WO2019137815A1 - Verfahren zur verwaltung und erkennung von baumaterial, insbesondere bei der errichtung von gebäuden - Google Patents

Verfahren zur verwaltung und erkennung von baumaterial, insbesondere bei der errichtung von gebäuden Download PDF

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WO2019137815A1
WO2019137815A1 PCT/EP2018/097045 EP2018097045W WO2019137815A1 WO 2019137815 A1 WO2019137815 A1 WO 2019137815A1 EP 2018097045 W EP2018097045 W EP 2018097045W WO 2019137815 A1 WO2019137815 A1 WO 2019137815A1
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Darno Alexander KETTERER
Andrew Allen
Kai Liu
Udo Schulz
Achim Brenk
Heiko KLEINEDER
Jens Koenig
Elmar STAUDACHER
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for managing building material
  • the present invention also relates to a computer program
  • machine-readable data carrier for storing the computer program and an electronic control unit by means of which the method according to the invention can be carried out.
  • BIM Building Information Modeling
  • DE 10 2004 048 255 A1 discloses an automatic control system for a work machine which can be used in the field of civil engineering, comprising a position determination system, a terrain model and a control device having.
  • the work machine works on a construction site that contains material to which the work machine is to work with a tool.
  • Positioning system determines a relative position of the work machine within the jobsite and generates a machine position signal.
  • Terrain Model contains data regarding a condition of the material.
  • the controller is coupled to the terrain model, takes that
  • Machine position signal determines a current state of the material as a function of the position signal and the terrain model and controls the work machine as a function of the current state of the material.
  • human operators can adequately respond to changing material properties, e.g. For work areas that are very difficult to cut with a tool or for excavators that are heavily loaded and enter an area of heavy or hard material, which requires the operator to lift the bucket to continue forward movement of the excavator.
  • the invention is based on the idea, in particular used in the field of construction materials based on their ingredients and
  • Substance concentrations e.g. to detect or analyze by means of spectral sensors, so as to provide a building material detection or quality detection of building material.
  • Implementation of a construction measure provides in particular that by means of a sensor at least one material size or material property of the
  • Building material can be detected or analyzed by means of a sensor system and by means of known per se algorithms of machine vision, so as a improved building material detection or texture detection of
  • Identification of the quality of construction material can improve the quality of construction and significantly reduce construction times and construction costs. In addition, this is a comparison with the prior art improved stock or
  • the construction quality of a construction measure can be checked by determining relevant quantities such as the choice of material, the material combination, the material quality, the material processing, etc. by means of said sensors and with corresponding specifications, e.g. from the said BIM (Building Information Modeling).
  • BIM Building Information Modeling
  • the proposed method can also be provided that during the implementation of the construction measure by means of a sensor at least one material size or material property of the building material is detected, that the detected material size of the building material is compared with preferably previously calculated computationally data or values of the corresponding material size , and that if the deviation of the material quantities compared, preferably by a predefinable threshold, a change in the
  • Such an intervention in the construction process may consist in that one or more operating variables of a construction machine or a
  • Construction vehicle is or will be changed to adapt the respective construction measure to any changed material properties or the like.
  • Texture detection of building material can be used per se known methods of spectroscopy or spectrometry. In these physical methods, a radiation is decomposed according to a certain property such as energy, wavelength, mass, etc. and the resulting
  • the radiation used may comprise the entire range of the electromagnetic waves or particle beams and / or the mechanical waves.
  • the material properties of a medium located between the source and the spectrometer can be determined in a manner known per se by means of the
  • infrared radiation of a given spectrum is irradiated onto a sample, it is possible to determine from the wavelength distribution of the reflected light the presence and the amount of specific ingredients.
  • the process is used, inter alia, in the food industry and agriculture.
  • water, fat, carbohydrates, sugar, or protein content of foods, the cotton content in textiles, the degree of contamination of laundry, etc. can be measured.
  • utility objects have approximately equal reflectivity in both the visible and near infrared regions, while near-infrared chlorophyll-containing vegetation has a significantly higher reflectivity.
  • z. B. also green
  • Utility objects are distinguished by equally green vegetation sensory
  • Object detection are used, e.g. Appearance-based methods that capture the characteristic of an object type (e.g., a person) based on a training data set preferably formed of image data.
  • a training data set preferably formed of image data.
  • Such a data record contains different characteristics of a single object type and expresses the possible, different characteristics of a single object.
  • Training images generated characteristics. A collection of such characteristics is then summarized into an overall description of the object type. In order to be able to uniquely assign a feature vector to an object type, a so-called “classifier” must be trained. A collection of such feature vectors can then be used to describe the appearance of an object in a predeterminable image plane.
  • the mentioned feature vectors or feature numbers of the classifier describing the respective object can be converted into interlaced and automatically generated weights into a number which indicates the probability for the object to be classified in a current search window.
  • a number of image examples can be used, which represent different characteristics of the respective object. This allows machine learning of characteristic, image-based properties of a given object.
  • negative pictorial counter-representations of the respective object can also be taken as an exclusion criterion, so to speak, in order to further increase the recognition quality.
  • the computer program according to the invention is set up to carry out each step of the method, in particular if it runs on a computing device or a control device. It allows the implementation of the
  • the machine-readable data carrier is provided on which the computer program according to the invention is stored.
  • the likewise proposed electronic control unit which cooperates with a named sensor system comprises in particular a recognizer for detecting a specified material size or property of the building material on the basis of the detected sensor signals, a model calculator for calculating said material size or property of the building material on the basis of a predefinable Material or object model, a comparator for comparing the detected and the calculated material size or property of the building material and a working with a BIM system or a working machine agents together, by means of which, if necessary, a change in the building design or the construction process or an intervention in the construction process is made.
  • Fig. 1 shows an embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 2 shows an electronic control device designed for the application of the method according to the invention on the basis of a schematic block diagram.
  • sensors for identifying and analyzing building materials are based on their ingredients and concentrations, e.g. Spectral sensors and / or radar sensors and / or optical sensors for detecting the external shape or design of building materials at the respective site are stationary or movable.
  • the stationary sensors may be those which are fixedly mounted on buildings, light poles or fixed base stations.
  • the sensors can also be pivotable and / or focusable.
  • Non-stationary sensors can be those which are mounted on or on mobile objects such as vehicles, machines, drones, etc., and / or are carried or operated by persons.
  • At least one material size or material property of the building material is detected 105 by means of sensors mentioned or described below
  • corresponding data size is calculated by means of a model calculation 1 10.
  • the data of the detected 105 and the calculated 110 material size are compared 1 15. If the comparison 115 results in a deviation which is preferably within an empirically predeterminable threshold value, then the beginning of the routine, e.g. before step 105, jumped back. However, if comparison 1 15 shows that the deviation is outside the specified threshold, then the present one is changed
  • Building planning or the construction process or an intrusion into the construction process 120 which may be that one or more operating variables of a construction machine or a construction vehicle is / are changed to adapt the respective affected construction measure to the material properties or the like may change.
  • the type of material of the respective building material in a conventional manner by means of spectral sensors, radar sensors, etc. is determined.
  • preprocessed building materials e.g. of bricks, wall elements, etc.
  • optical sensors By means of algorithms known per se in the field of image processing, features such as e.g. Edges, corners, surfaces etc. are extracted.
  • geometric objects such as e.g. Classify bricks, wall elements, pipes, roof tiles, etc.
  • the surface finish i.
  • Textures or grains, colors, etc., of non-preprocessed building materials such as bulk materials or aggregates, e.g. Of sand, gravel, etc., are recognized in a conventional manner by means of optical sensors.
  • Humidity, etc. e.g. be determined in a conventional manner by means of a camera and / or by means of spectral sensors of the construction progress.
  • the setting and the heat of hydration released with it are measured, or the degree of moisture or degree of drying in the case of the screed and from this an optimal or as soon as possible release of a following
  • the results of sensory measurements can be in one
  • the material procurement can also be implemented as a learning system, comparing previous predictive material orders with later actual orders, thus improving prediction.
  • the material order can also distinguish whether
  • Materials can be stored or delivered by means of just-in-time procurement.
  • Position be provided. This can be a correct
  • Material storage, material removal, material order, material storage and correct material removal are checked and ensured.
  • Material information can also be created a 3D material flow model.
  • all built-in materials of the (total) object are preferably listed georeferenced, in particular even if these materials are no longer visible or visible from the outside in the course of the construction progress.
  • the material flows can still have a time stamp in the corresponding 3D (overall) object model.
  • the personal and machine services can be further optimized.
  • Construction drawings the construction process, the construction stages and the construction schedule in terms of the BIM system available. Only in this way can the described target-actual comparison of the information captured by the sensor with those in the 3D object model be carried out.
  • the results of the target-actual comparison of the construction progress can also be determined by means of virtual reality methods known per se, e.g. in a stereoscopic 3D display system according to the prior art.
  • a recognizer 210 By means of a recognizer 210, a named material size or property of the building material is detected on the basis of the detected sensor signals.
  • a model calculator 215 By means of a model calculator 215, the relevant material size or property of the building material on the basis of a specifiable material or
  • Object model preferably already in advance of a construction measure, calculated.
  • a comparator 220 the data recognized by the recognizer 210 and computed by the model calculator 215 are determined
  • Material size or property of the building material compared.
  • the result of the comparison is supplied to an agent 225 which cooperates with a said BIM system or with a construction machine or a construction vehicle 230.
  • agent 225 is possibly a change in the

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verwalten von Baumaterial zur Durchführung einer Baumaßnahme mittels eines Systems zur Gebäudedatenmodellierung (BIM), bei dem insbesondere vorgesehen ist, dass mittels einer Sensorik (205) wenigstens eine Materialgröße bzw. Materialeigenschaft des Baumaterials erfasst wird (105) und dass die erfasste Materialgröße bzw. Materialeigenschaft des Baumaterials bei der Gebäudedatenmodellierung zugrundegelegt wird (110). Auf der Grundlage der erfassten (105) Materialgröße bzw. Materialeigenschaft des Baumaterials kann insbesondere eine Änderung der Gebäudeplanung bzw. des Bauablaufs oder ein Eingriff in den Bauablauf vorgenommen werden (120).

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Verwaltung und Erkennung von Baumaterial, insbesondere bei der
Errichtung von Gebäuden
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verwalten von Baumaterial,
insbesondere zum Erkennen von Baumaterial bzw. Baumaterialeigenschaften, gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm, ein
maschinenlesbarer Datenträger zur Speicherung des Computerprogramms und ein elektronisches Steuergerät, mittels derer das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.
Stand der Technik
Die an sich bekannte Methode des„Building Information Modeling“ (BIM = Gebäudedatenmodellierung) ermöglicht eine optimierte Planung, Ausführung und Bewirtschaftung von Gebäuden mittels Datenverarbeitung. Dabei werden alle relevanten Gebäudedaten digital modelliert, kombiniert und erfasst. Ein Gebäude ist dabei als virtuelles Gebäudemodell mittels eines Computermodells geometrisch visualisiert. Dabei wird zwischen einem parametrischen
Gebäudemodell und einem intelligenten Gebäudemodell unterschieden. Im parametrischen Gebäudemodell können sämtliche Elemente (Wände, Decken, Bemaßungen, Beschriftungen, Objekte, Schnittlinien, etc.) zueinander in
Abhängigkeiten gebracht werden, während beim intelligenten Gebäudemodell die Intelligenz auf einzelne Objekte beschränkt ist. Die BIM-Methode wird im
Bauwesen zur Bauplanung und Bauausführung sowie auch bei der späteren Gebäude- bzw. Hausverwaltung eingesetzt.
Aus DE 10 2004 048 255 A1 geht ein automatisches Steuersystem für eine im Bereich des Bauwesens einsetzbare Arbeitsmaschine hervor, welches ein Positionsbestimmungssystem, ein Geländemodell und eine Steuervorrichtung aufweist. Die Arbeitsmaschine arbeitet auf einer Baustelle, die Material enthält, an dem die Arbeitsmaschine mit einem Werkzeug arbeiten soll. Das
Positionsbestimmungssystem bestimmt eine relative Lage der Arbeitsmaschine innerhalb der Baustelle und erzeugt ein Maschinenpositionssignal. Das
Geländemodell enthält Daten bezüglich eines Zustandes des Materials. Die Steuervorrichtung ist mit dem Geländemodell gekoppelt, nimmt das
Maschinenpositionssignal auf und bestimmt einen gegenwärtigen Zustand des Materials als eine Funktion des Positionssignals und des Geländemodells und steuert die Arbeitsmaschine als eine Funktion des gegenwärtigen Zustandes des Materials. Mit diesem Steuersystem können menschliche Bediener adäquat auf sich verändernde Materialeigenschaften reagieren, z.B. bei Arbeitsbereichen, die sehr schwer mit einem Werkzeug zu durchschneiden sind oder bei Baggern, die schwer beladen sind und in einen Bereich mit schwerem oder hartem Material eintreten, wodurch der Bediener die Baggerschaufel anheben muss, um die Vorwärtsbewegung des Baggers fortsetzen zu können.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, insbesondere im Bereich des Bauwesens verwendete Baustoffe anhand ihrer Inhaltstoffe und
Stoffkonzentrationen z.B. mittels Spektralsensoren zu erkennen bzw. zu analysieren, um so eine Baumaterialerkennung bzw. Beschaffenheitserkennung von Baumaterial bereitzustellen.
Das vorgeschlagene Verfahren zum Verwalten von Baumaterial zur
Durchführung einer Baumaßnahme sieht insbesondere vor, dass mittels einer Sensorik wenigstens eine Materialgröße bzw. Materialeigenschaft des
Baumaterials erfasst wird, dass die erfasste Materialgröße bzw.
Materialeigenschaft des Baumaterials bei einer Gebäudedatenmodellierung (BIM) zugrunde gelegt wird. Im Rahmen der BIM kann vorgesehen sein, dass auf der Grundlage der erfassten Materialgröße bzw. Materialeigenschaft des
Baumaterials eine Änderung der Gebäudeplanung bzw. des Bauablaufs oder ein Eingriff in den Bauablauf vorgenommen wird
Alternativ oder zusätzlich kann die äußere Form bzw. Gestaltung des
Baumaterials mittels einer Sensorik sowie mittels an sich bekannter Algorithmen des maschinellen Sehens erkannt bzw. analysiert werden, um so eine verbesserte Baumaterialerkennung bzw. Beschaffenheitserkennung des
Baumaterials bereitzustellen.
Anhand der vorgeschlagenen Baumaterialerkennung bzw.
Beschaffenheitserkennung von Baumaterial kann die Bauqualität verbessert werden und Bauzeiten sowie Baukosten erheblich verringert werden. Zudem wird damit eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrats- bzw.
Verbrauchsverwaltung von Baustoffen ermöglicht.
Darüber hinaus kann die Bauqualität einer Baumaßnahme überprüft werden, indem relevante Größen wie die Materialauswahl, die Materialkombination, die Materialgüte, die Materialverarbeitung, etc. mittels genannter Sensoren erfasst bzw. ermittelt werden und mit entsprechenden Vorgaben, z.B. aus dem genannten BIM (Building Information Modeling), verglichen werden. Dadurch können qualitätsbezogene Fehler bei der Herstellung von Bauwerken und Gebäuden wirksam vermieden werden.
Auch können die Lieferung, die Bevorratung und die Verarbeitung von
Baumaterial bzw. Baustoffen sowie Bauteilen auf Baustellen mittels des vorgeschlagenen Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik präziser gemessen, überprüft und dokumentiert werden. Dies ist insbesondere bei Baustoffen vorteilhaft, welche nach ihrer Verarbeitung nicht mehr sichtbar sind, oder von denen später im Schadensfall keine Materialproben mehr aus dem jeweiligen Bauobjekt bzw. Bauwerk entnommen werden können.
Darüber hinaus kann durch eine präzisere Bestimmung von für die Bevorratung von Materialien für einen aktuellen bzw. geplanten Bauprozess erforderlichen Materialmengen sowie durch eine genauere Kenntnis von Lieferzeiten die Bevorratung bzw. die Lagerung von Baustoffen und Bauteilen besser vorausschauend optimiert werden.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren kann zudem vorsehen sein, dass während der Durchführung der Baumaßnahme mittels einer Sensorik wenigstens eine Materialgröße bzw. Materialeigenschaft des Baumaterials erfasst wird, dass die erfasste Materialgröße des Baumaterials mit bevorzugt im Vorfeld rechnerisch ermittelten Daten bzw. Werten der entsprechenden Materialgröße verglichen wird, und dass bei erkannter Abweichung der verglichenen Materialgrößen, bevorzugt um einen vorgebbaren Schwellenwert, eine Änderung der
Gebäudeplanung bzw. des Bauablaufs oder ein Eingriff in den Bauablauf vorgenommen wird. Ein solcher Eingriff in den Bauablauf kann darin bestehen, dass eine oder mehrere Betriebsgrößen einer Baumaschine oder eines
Baufahrzeugs geändert wird bzw. werden, um die jeweilige Baumaßnahme an ggf. geänderte Materialeigenschaften oder dergleichen anzupassen.
Bei der genannten Sensorik zur Baumaterialerfassung bzw.
Beschaffenheitserfassung von Baumaterial können an sich bekannte Methoden der Spektroskopie bzw. Spektrometrie zum Einsatz kommen. Bei diesen physikalischen Methoden wird eine Strahlung nach einer bestimmten Eigenschaft wie Energie, Wellenlänge, Masse etc. zerlegt und die sich ergebende
Intensitätsverteilung (bzw. Intensitätsspektrum) gemessen. Die verwendete Strahlung kann dabei den gesamten Bereich der elektromagnetischen Wellen bzw. Teilchenstrahlen und/oder der mechanischen Wellen umfassen. Dadurch lassen sich in an sich bekannter Weise die Materialeigenschaften eines zwischen der Quelle und dem Spektrometer befindlichen Mediums mittels der
Absorptionsspektroskopie untersuchen.
Alternativ oder zusätzlich kommt bei der genannten Sensorik die bekannte Methode der IR-(lnfrarot-) Spektroskopie in Betracht, welche sich das
charakteristische Absorptionsverhalten bestimmter Molekülbindungen zunutze macht. Wird Infrarotstrahlung eines vorgegebenen Spektrums auf eine Probe eingestrahlt, so kann man aus der Wellenlängenverteilung des reflektierten Lichts das Vorhandensein und die Menge bestimmter Inhaltsstoffe ermitteln. Das Verfahren wird unter anderem in der Lebensmittelindustrie und Landwirtschaft eingesetzt. So lassen sich beispielsweise Wasser-, Fett-, Kohlenhydrate-, Zucker-, oder Proteingehalte von Lebensmitteln, der Baumwollanteil in Textilien, der Verschmutzungsgrad von Wäsche etc. messen. Zudem besitzen Nutzobjekte sowohl im sichtbaren als auch im nahen infraroten Bereich eine ungefähr gleiche Reflektivität, während chlorophyllhaltige Vegetation im nahen Infrarot einen deutlich höheren Reflexionsgrad besitzt. Somit können z. B. auch grüne
Nutzobjekte von ebenso grüner Vegetation sensorisch unterschieden werden
Alternativ oder zusätzlich kommen bei der genannten Sensorik an sich bekannte Systeme zur Erkennung von Objekten mittels einer optischen Kamera und/oder einer Radarantenne und/oder einem Laserstrahl in Betracht. Solche Sensorsysteme sind insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik zur Erkennung von Objekten, z.B. von Personen, für diverse Assistenzfunktionen bis hin zum automatisierten Fahren bekannt geworden, z.B. die sogenannte „Chassis Systems Control“ sowie das sogenannte„Driver Assistance System“ der vorliegenden Anmelderin.
Alternativ oder zusätzlich können an sich bekannte Methoden der
Objekterkennung zum Einsatz kommen, z.B. erscheinungsbasierte Verfahren, welche die Charakteristik eines Objekttyps (z.B. einer Person) auf der Basis eines bevorzugt aus Bilddaten gebildeten Trainingsdatensatzes erfassen. Ein solcher Datensatz beinhaltet unterschiedliche Ausprägungen eines einzelnen Objekttyps und drückt die möglichen, unterschiedlichen Ausprägungen eines einzelnen Objektes aus. In der Entwicklungs- und Applikationsphase werden in einem Trainingsschritt, d.h. sozusagen„offline“, aus entsprechenden
Trainingsbildern charakteristische Merkmale erzeugt. Eine Sammlung von solchen Merkmalen wird dann zu einer Gesamtbeschreibung des Objekttyps zusammengefasst. Um nun einen Merkmalsvektor eindeutig einem Objekttyp zuordnen zu können, muss ein sogenannter„Klassifikator“ trainiert werden. Eine Sammlung solcher Merkmalsvektoren kann dann verwendet werden, um die Erscheinung eines Objektes in einer vorgebbaren Bildebene zu beschreiben.
Für die Objekterkennung können die genannten, das jeweilige Objekt beschreibenden Merkmalsvektoren bzw. Merkmalszahlen des Klassifikators über verschachtelte und automatisch generierte Gewichte in eine Zahl umgerechnet werden, welche die Wahrscheinlichkeit für das zu klassifizierende Objekt in einem aktuellen Suchfenster angibt.
Für die Erkennung eines gewünschten Objekttyps, z.B. eines bestimmten Werkzeugs, Fahrzeugs oder einer Person, können eine Anzahl von Bild- Beispielen zugrunde gelegt werden, welche unterschiedliche Ausprägungen des jeweiligen Objektes darstellen. Dadurch wird ein maschinelles Lernen von charakteristischen, bildbasierten Eigenschaften eines gegebenen Objektes ermöglicht. Zusätzlich können dabei auch negative bildliche Gegendarstellungen des jeweiligen Objektes sozusagen als Ausschlusskriterium zugrunde gelegt werden, um die Erkennungsgüte noch weiter zu erhöhen. Das erfindungsgemäße Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung des
erfindungsgemäßen Verfahrens in einem elektronischen Steuergerät, ohne an diesem bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist der maschinenlesbare Datenträger vorgesehen, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Durch Aufspielen des erfindungsgemäßen Computerprogramms auf ein elektronisches Steuergerät wird das
erfindungsgemäße elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um eine im Bereich des Bauwesens einsetzbare Arbeitsmaschine zu steuern.
Das ebenfalls vorgeschlagene, mit einer genannten Sensorik zusammen arbeitende elektronische Steuergerät umfasst insbesondere einen Erkenner zur Erkennung einer genannten Materialgröße bzw. Eigenschaft des Baumaterials auf der Grundlage der erfassten Sensorsignale, einen Modellberechner zur Berechnung der genannten Materialgröße bzw. Eigenschaft des Baumaterials auf der Grundlage eines vorgebbaren Material- bzw. Objektmodells, einen Vergleicher zum Vergleichen der erkannten und der berechneten Materialgröße bzw. Eigenschaft des Baumaterials sowie einen mit einem genannten BIM- System oder einer Arbeitsmaschine zusammen arbeitenden Agenten, mittels dessen ggf. eine genannte Änderung der Gebäudeplanung bzw. des Bauablaufs oder ein Eingriff in den Bauablauf vorgenommen wird.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens
anhand eines Flussdiagramms. Fig. 2 zeigt ein zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtetes elektronisches Steuergerät anhand eines schematischen Blockdiagramms.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum
Verwalten von Baumaterial wird vorausgesetzt, dass Sensoren zur Erkennung und Analyse von Baustoffen anhand ihrer Inhaltstoffe und Konzentrationen, z.B. Spektralsensoren und/oder Radarsensoren und/oder optische Sensoren zur Erfassung der äußeren Form bzw. Gestaltung von Baustoffen an der jeweiligen Baustelle ortsfest oder beweglich vorhanden sind. Bei den ortsfesten Sensoren kann es sich um solche handeln, welche an Gebäuden, Lichtmasten oder auch festen Basisstationen ortsfest verbaut sind. Die Sensoren können zudem schwenkbar und/oder fokussierbar sein. Bei nicht ortsfesten Sensoren kann es sich um solche handeln, welche auf bzw. an ortsveränderlichen Objekten wie Fahrzeugen, Maschinen, Drohnen etc. montiert sind und/oder von Personen getragen bzw. bedient werden.
Nach dem bevorzugt durch den Beginn einer Baumaßnahme getriggerten Start 100 der in Fig. 1 gezeigten Routine wird wenigstens eine Materialgröße bzw. Materialeigenschaft des Baumaterials mittels genannter bzw. nachfolgend beschriebener Sensoren erfasst 105. Bevorzugt im Vorfeld wird die
entsprechende Materialgröße anhand einer Modellrechnung berechnet 1 10. Die Daten der erfassten 105 und der berechneten 110 Materialgröße werden verglichen 1 15. Ergibt der Vergleich 115 eine Abweichung, welche bevorzugt innerhalb eines empirisch vorgebbaren Schwellenwertes liegt, dann wird wieder an den Anfang der Routine, z.B. vor den Schritt 105, zurückgesprungen. Ergibt der Vergleich 1 15 allerdings, dass die Abweichung außerhalb des genannten Schwellenwertes liegt, dann erfolgt eine Änderung der vorliegenden
Gebäudeplanung bzw. des Bauablaufs oder ein Eingriff in den Bauablauf 120, der darin bestehen kann, dass eine oder mehrere Betriebsgrößen einer Baumaschine oder eines Baufahrzeugs geändert wird/werden, um die jeweils betroffene Baumaßnahme an die ggf. geänderten Materialeigenschaften oder dergleichen anzupassen. Bei der sensorischen Erfassung einer genannten Materialgröße kann vorgesehen sein, dass die Materialart des jeweiligen Baustoffs in an sich bekannter Weise mittels Spektralsensoren, Radarsensoren etc. ermittelt wird. Denkbar sind dabei auch Verfahren der Sensordatenfusion, welche die Materialermittlung
detaillierter, genauer und damit auch zuverlässiger machen.
Bei der sensorischen Erfassung kann auch vorgesehen sein, dass die äußere Form bzw. die räumliche Gestaltung von vorverarbeiteten Baustoffen, z.B. von Ziegeln, Wandelementen etc., mittels optischer Sensoren erkannt wird. Mittels an sich bekannter Algorithmen im Bereich der Bildverarbeitung können aus den dabei gewonnenen Bildinformationen Merkmale wie z.B. Kanten, Ecken, Flächen etc. extrahiert werden. So lassen sich geometrische Objekte wie z.B. Ziegel, Wandelemente, Rohre, Dachziegel etc. klassifizieren.
Alternativ oder zusätzlich kann auch die Oberflächenbeschaffenheit, d.h.
Texturen oder Körnungen, Farben etc., von nicht vorverarbeiteten Baustoffen wie Schüttgütern oder Zuschlagstoffen, z.B. von Sand, Kies etc., in an sich bekannter Weise mittels optischer Sensoren erkannt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann durch Messung von Wärmeabstrahlung,
Feuchtigkeit, etc., z.B. in an sich bekannter Weise mittels einer Kamera und/oder mittels Spektralsensoren der Baufortschritt bestimmt werden. So kann z.B. bei Beton das Abbinden und die damit freiwerdende Hydrationswärme oder bei Estrich der Feuchtigkeits- bzw. Trocknungsgrad gemessen werden und daraus eine optimale bzw. möglichst zeitnahe Freigabe eines nachfolgenden
Bauschrittes erfolgen.
Die Ergebnisse der sensorischen Messungen können in einer
Baufortschrittsdokumentation des BIM (Building Information Modeling) gespeichert werden. Dies ist insbesondere für solche Baustoffe vorteilhaft, welche nach ihrer Verarbeitung nicht mehr sichtbar sind oder von denen später im Schadensfall keine Materialproben mehr genommen werden können.
Zudem lassen sich aus den erfassten und fusionierten Daten die
Materialbewegungen, der Materialvorrat und der Materialverbrauch auf der Baustelle und entsprechenden Vorratslagern bestimmen und im BIM-System verwalten. Zudem kann anhand der im BIM-System gespeicherten Bauplanung der zukünftige Materialverbrauch, bzw. für jede Materialart die Vorratsdauer und damit die zukünftig erforderliche Materialmenge bei der Materialbevorratung, ermittelt werden. Die materialspezifische Vorratsdauer und die Kenntnis der Bestell- und Lieferzeiten bei den Zulieferern können dazu genutzt werden, rechtzeitig Materialbestellungen bzw. Materialanforderungen auszulösen, so dass keine Bauverzögerungen eintreten.
Die Materialbeschaffung kann auch als ein lernendes System implementiert werden, wobei vorherige prädiktive Materialbestellungen mit später tatsächlich erfolgenden Bestellungen abgeglichen werden, womit die Prädiktion verbessert werden kann. Die Materialbestellung kann dabei auch unterscheiden, ob
Materialien zwischengelagert werden können oder im Wege einer„Just-in-Time“- Beschaffung angeliefert werden müssen.
Es ist anzumerken, dass die genannten logistischen Maßnahmen auch beim Abtransport von Abfallmaterialien, z.B. nach einem Materialaushub, einem Gebäudeabriss, etc. entsprechend anwendbar sind.
Sind globale GNSS-Messpunkte bzw. Georeferenzpunkte auf der Baustelle ortsfest oder nicht ortsfest vorhanden, so können die wie beschrieben sensorisch ermittelten Materialarten und Materialmengen noch mit einer globalen
Positionsdatum versehenen werden. Dadurch können eine korrekte
Materialbevorratung, Materialentnahme, Materialbestellung, Materialablage sowie ein korrekter Materialverbau überprüft und sichergestellt werden.
Auf der Grundlage der beschriebenen Erfassung und Verarbeitung von
Materialinformationen kann zudem ein 3D-Materialflussmodell erstellt werden. In diesem Modell sind sämtliche verbauten Materialien des (Gesamt-) Objektes bevorzugt georeferenziert aufgeführt, und zwar insbesondere auch dann, wenn diese Materialien im Laufe des Baufortschritts nicht mehr von außen einsehbar bzw. sichtbar sind. Zusätzlich zu den genannten Informationen können die Materialflüsse noch einen Zeitstempel im entsprechenden 3D (Gesamt-) Objektmodell aufweisen.
Mit an sich bekannten Algorithmen zur Objekterkennung können Personen, Maschinen, Werkzeuge und anderer Gegenstände erkannt bzw. klassifiziert werden. Dadurch kann zusätzlich erkannt werden, ob und ggf. wie viele Arbeitsmittelobjekte, d.h. Personen, Maschinen, etc., an welchem Teil des (Gesamt-) Objektes georeferenziert vorhanden sind. Dabei ist auch erkennbar, ob diese Arbeitsmittelobjekte in Bewegung bzw. aktiv sind, und diese
zusätzlichen Informationen in dem 3D-Objektmodell mit vermerkt werden.
Zusammen mit den Materialflussinformationen können dadurch die Personen- und Maschinenleistungen weiter optimiert werden.
Es ist anzumerken, dass bei dem beschriebenen Verfahren vorausgesetzt wird, dass Informationen zur Bauplanung des jeweiligen Bauobjektes, z.B. die
Bauzeichnungen, der Bauablauf, die Bauabschnitte und den Bauzeitenplan betreffend im BIM-System vorliegen. Nur dadurch kann der beschriebene Soll- Ist-Vergleich der von der Sensorik erfassten Informationen mit denen im 3D- Objektmodell durchgeführt werden.
Aus den Ergebnissen des genannten Soll-Ist-Vergleich kann sowohl die
Richtigkeit bezüglich des Vorhandenseins der verbauten Materialien, bezüglich des Fertigstellungsgrades des Bauvorhabens, sowie der globalen Position, der Maße und der Oberflächenbeschaffenheit der verbauten Materialien überprüft werden. Auch kann anhand einer festgestellten Soll-Ist-Abweichung erkannt werden, ob der Zeitplan des Bauablaufs eingehalten wird. Die Ergebnisse des Soll-Ist-Vergleichs des Baufortschritts können zudem mittels an sich bekannter Methoden der virtuellen Realität, z.B. in einem stereoskopischen 3D- Anzeigesystem gemäß dem Stand der Technik, visualisiert werden.
Aufgrund der vorliegenden, digitalisierten Informationen zur Bauplanung können auch Prädiktionen und damit Hinweise an Baubeteiligte, z.B. bezüglich der zu verwendenden Materialien, erfolgen. So können anhand von Feststellungen aus dem genannten Soll-Ist-Vergleich und dem geplanten Bauablauf die in einem nachfolgenden Arbeitsschritt zu verwendenden Materialien sowie entsprechende Teile des Bauplans dem Bauleiter oder Bediener eines Baufahrzeugs oder einer Baumaschine unmittelbar, z.B. mittels visueller 3D-Darstellung („augmented reality“) auf einem Display, zusammen mit einer realen Video- oder Bildaufnahme des Bauobjektes sowie synthetisch eingefügten Bauobjekten, angezeigt werden. Dadurch kann auch eine falsche Materialverwendung sofort erkannt werden und entsprechende Gegenmaßnahmen unmittelbar erfolgen. Das beschriebene Verfahren kann in Form eines Steuerprogramms für ein elektronisches Steuergerät zur Steuerung einer hier betroffenen Baumaßnahme bzw. der genannten Sensorik realisiert werden. Ein solches, zur Ausführung des vorbeschriebenen Verfahrens geeignetes elektronisches Steuergerät, ist in Fig. 2 schematisch dargestellt.
Das in Fig. 2 schematisch dargestellte, durch die Strichelung angedeutete elektronische Steuergerät 200 arbeitet mit einer beschriebenen Sensorik 205 zusammen bzw. erhält von der Sensorik 205 entsprechende Sensordaten. Mittels eines Erkenners 210 wird eine genannte Materialgröße bzw. Eigenschaft des Baumaterials auf der Grundlage der erfassten Sensorsignale erkannt. Mittels eines Modellberechners 215 wird die betreffende Materialgröße bzw. Eigenschaft des Baumaterials auf der Grundlage eines vorgebbaren Material- bzw.
Objektmodells, bevorzugt bereits im Vorfeld zu einer Baumaßnahme, berechnet. Mittels eines Vergleichers 220 werden die von dem Erkenner 210 erkannten und die von dem Modellberechner 215 berechneten Daten bezüglich der
Materialgröße bzw. Eigenschaft des Baumaterials verglichen. Das Ergebnis des Vergleichs wird einem Agenten 225 zugeführt, der mit einem genannten BIM- System oder mit einer Baumaschine bzw. einem Baufahrzeug 230 zusammen arbeitet. Mittels des Agenten 225 wird ggf. eine genannte Änderung der
Gebäudeplanung bzw. des Bauablaufs oder ein Eingriff in den Bauablauf vorgenommen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Verwalten von Baumaterial zur Durchführung einer
Baumaßnahme mittels eines Systems zur Gebäudedatenmodellierung (BIM), dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Sensorik (205) wenigstens eine Materialgröße bzw. Materialeigenschaft des Baumaterials erfasst wird (105) und dass die erfasste Materialgröße bzw. Materialeigenschaft des
Baumaterials bei der Gebäudedatenmodellierung zugrunde gelegt wird (1 10).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auf der
Grundlage der erfassten (105) Materialgröße bzw. Materialeigenschaft des Baumaterials eine Änderung der Gebäudeplanung bzw. des Bauablaufs oder ein Eingriff in den Bauablauf vorgenommen wird (120).
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass während der Durchführung der Baumaßnahme mittels der Sensorik (205) die wenigstens eine Materialgröße bzw. Materialeigenschaft des Baumaterials erfasst wird (105), dass die erfasste Materialgröße des Baumaterials mit rechnerisch ermittelten Daten der entsprechenden Materialgröße verglichen wird (115), und dass bei erkannter Abweichung der verglichenen Materialgrößen eine Änderung der Gebäudeplanung oder Änderung des Bauablaufs oder ein Eingriff in den Bauablauf vorgenommen wird (120).
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei erkannter Abweichung der verglichenen Materialgrößen um einen vorgebbaren
Schwellenwert (1 15) eine Änderung der Gebäudeplanung oder Änderung des Bauablaufs oder ein Eingriff in den Bauablauf vorgenommen wird (120).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass mittels der Sensorik (205) die äußere Form des Baumaterials erfasst wird und die erfasste äußere Form des Baumaterials mittels eines Algorithmus' des maschinellen Sehens erkannt bzw. analysiert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass mittels der Sensorik (205) die Materialauswahl, die Materialkombination, die Materialgüte und/oder die Materialverarbeitung ermittelt wird/werden und die so ermittelten Daten mit entsprechenden, aus der Gebäudedatenmodellierung vorgegebenen Daten verglichen werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass mittels der Sensorik (205) eine Objekterkennung durchgeführt wird, wobei die Charakteristik eines Objekttyps auf der Grundlage eines Trainingsdatensatzes erfasst wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für einen
Objekttyp charakteristische Merkmale erzeugt werden und daraus ein Merkmalsvektor gebildet wird, für den ein trainierbarer Klassifikator bereitgestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Objekt
beschreibende Merkmalsvektoren über automatisch generierte Gewichte in einen Wert umgerechnet werden, welche die Wahrscheinlichkeit für das zu klassifizierende Objekt in einem aktuellen Suchfenster angibt.
10. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
1 1. Maschinenlesbarer Datenträger, auf welchem ein Computerprogramm
gemäß Anspruch 10 gespeichert ist.
12. Elektronisches Steuergerät (200), welches eingerichtet ist, ein System zur Gebäudedatenmodellierung (BIM) und/oder eine Baumaschine (230) mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 zu steuern.
13. Elektronisches Steuergerät nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Erkenner (210) zur Erkennung der Materialgröße bzw. Eigenschaft des Baumaterials auf der Grundlage wenigstens eines von einer Sensorik (205) bereitgestellten Sensorsignals, einen Modellberechner (215) zur Berechnung der Materialgröße bzw. Eigenschaft des Baumaterials auf der Grundlage eines vorgebbaren Material- bzw. Objektmodells, einen Vergleicher (220) zum Vergleich der von dem Erkenner (210) erkannten und von dem
Modellberechner (215) berechneten Daten, und einem Agenten (225) zur Durchführung einer Änderung der Gebäudeplanung bzw. des Bauablaufs oder eines Eingriffs in den Bauablauf, in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs.
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