Herausforderungen für die Simulation in der Bauwirtschaft am Beispiel einer Tunnelbaustelle

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1 Herausforderungen für die Simulation in der Bauwirtschaft am Beispiel einer Tunnelbaustelle Dr. Gerhard Höfinger BPM Bau Prozess Management GmbH SimForum, Linz, 11. Oktober 2011

2 STRABAG Supply Chain Optimierung Hoch- und Ingenieurbau Servicebetriebe Verkehrswegebau Sondersparten und Konzessionen Transportvolumen Baustellen Transportkosten Transportaufträge ~ 100 Mio. Tonnen p.a. > p.a. ~ 900 Mio. p.a. ~ 4 Mio. p.a. 2 Gerhard Höfinger

3 Chancen für Optimierung und Simulation in der Bauwirtschaft Hohe Beträge, große Massen Planung beruht wenig auf Optimierung, oft allein auf Erfahrungswerten QUALIFIZIERTE ABSCHÄTZUNGEN EINSATZMÖGLICHKEIT FÜR SIMULATION RISIKEN MINIMIEREN OPTIMIEREN RICHTIG REAGIEREN AUSSCHREIBUNG PLANUNG AUSFÜHRUNG 3 Gerhard Höfinger

4 Simulation am Bau ist neu: Die Entscheidungsträger bis auf Ebene der Bauleiter müssen vom Konzept der simulationsgestützten Logistikoptimierung erst überzeugt werden - Investition in Referenzprojekte - Besondere Beachtung der Visualisierung und Datenaufbereitung jedes mal anders: Jede Baustelle ist ein Prototyp. Immer wieder werden neue Ideen ausprobiert, verschiedene Kombinationen von Maschinen verwendet, neue Gebäudekonstruktionen kommen zum Einsatz. - Modularer Aufbau der Modelle - Hohe Flexibilität der Komponenten 4 Gerhard Höfinger

5 Modelle für den Bau sind vielfältig (Arbeiter, Maschinen, Logistik) - Kopplung unterschiedlicher Modellierungsansätze - Freie Bewegung von Agenten in der Fläche - Entsprechende Steuerung und Planung (Abbildung der Logik des Bauleiters) müssen Logistik und Einbau verknüpfen - Arbeit mit unterschiedlichen Maßstäben - Gegenseitige Beeinflussung von Anlieferung und Einbau sind stark parametrisiert, da sich viele Projektdaten oft noch in letzter Minute ändern bzw. Bauherrenwünsche berücksichtigt werden - Zeitpläne ändern sich laufend - Materialeinsatz und Personaleinsatz können nach Bedarf gesteigert werden 5 Gerhard Höfinger

6 Dynamische Modellentwicklung Modelle müssen modular aufgebaut werden, Detaillierungsgrad ändert sich mit dem Projektforschritt Bau(-groß-)projekte sind nie vor Baubeginn komplett durchgeplant Einzelne Systembausteine bleiben fast bis zum Schluss black boxes Gründe liegen z.b. - in der Arbeits- und Planungskultur - in der Marktentwicklung (Preisentwicklung eingesetzter Materialien und Technologien) - in nachträglichen Sonderwünschen (sg. Nachträgen) der Bauherren 6 Gerhard Höfinger

7 Modellierungsansätze Discrete Event Simulation Eine Baustelle kann in manchen Situationen wie eine Fabrik gesehen werden: Aus Lagern, unter Verwendung bestimmter Ressourcen, wird an einem festgelegten Ort eingebaut. Agent Based Simulation Viele Einheiten arbeiten autonom: Die Arbeiter erfüllen unterschiedlichste Aufgaben, Bagger bewegen sich, gesteuert durch Arbeiter, frei über das Baufeld, Lastwagen bedienen beim Aushub die Bagger System Dynamics Prozesse erzeugen Materialflüsse, z.b. Abbau in Steinbrüchen, große Erdbewegungen auf Straßenbaustellen Transport durch LKW, Förderbänder, Radlader kann bezogen auf relevante Zeiträume als Änderungsrate für Lagergrößen angesehen werden 7 Gerhard Höfinger

8 Discrete Event Simulation für Asphaltlogistik Eine einfache Logistikkette mit Asphaltmischanlagen als Quelle, einer Baustelle als Abnehmer und LKW in einem Straßennetzwerk dazwischen, Abbildung in AnyLogic mit der Enterprise Library 8 Gerhard Höfinger

9 Agent Based Simulation im Drainagenbau für Sportstätten Arbeiter, Bagger, Dumper, Radlader erfüllen unterschiedliche Aufgaben - Drainagen graben - Aushub transportieren - Rohre verlegen - Rohre verbinden - Gräben auffüllen - Bagger belädt Dumper Freie Bewegung in der Fläche mit variablen Hindernissen: offene Gräben können nicht befahren werden! Baufortschritt farblich kodiert und direkt am Plan dargestellt 9 Gerhard Höfinger

10 System Dynamics Modell für Gesteinsabbau im Steinbruch Gestein wird in regelmäßigen Abständen abgesprengt Bagger verladen auf LKW, die eine kurze Strecke bis zu einem Förderband fahren Diskrete Ereignisse mit AnyLogic State Charts Schnelle Modellierung Verständliche Visualisierung für den Kunden Experimente mit Kapazitäten und Arbeitszeiten 10 Gerhard Höfinger

11 Tunnelbaustelle Koralmtunnel Koralmbahn Koralmtunnel Länge des Tunnels: davon im Baulos KAT2: Ausbruchvolumen bei KAT2: 11 32,9 km ca 20 km ca 2,9 Mio m3 Gerhard Höfinger Tunnelbaustelle wird über Vertikalschacht versorgt Material aus Ausbruch und für Einbau läuft über Baustelleneinrichtung über Tage

12 Materialflüsse bei der Versorgung der Tunnelbaustelle Bahntransport / LKW-Transport Stahl Zement Kies Beton werk Tübbingproduktion Aufbereitung Deponie Perlkies Mörtel Tunnel 12 Gerhard Höfinger

13 Simulation vs. Excel-Kalkulation Erste Berechnung der Massenflüsse in Excel Verwendung der GLPK: Lineare Programmierung Erste Problemzonen konnten aufgezeigt werden (Deponie-Auslastung) ABER: Keine Berücksichtigung der Betriebszeiten der Bahn Keine Berücksichtigung der Laufzeiten der Förderbänder Keine Möglichkeit, Störungen darzustellen 13 Gerhard Höfinger

14 Koralmtunnel AnyLogic Modell Modellierung in AnyLogic Zusammenarbeit mit ACP Materialien in Bewegung als diskrete Einheiten Materialien im Lager als Massengut Neu entwickelt: z.b. reversible Förderbänder Bahntransport mit AnyLogic Rail Library Direkter Abgleich des Baufortschritts mit Lösung aus Excel 14 Gerhard Höfinger

15 Koralmtunnel AnyLogic Modell Einsatz von InFrame Synapse von ACP Für physikalische Einheiten je zwei Entities im Modell: Lokation und logischer Ablauf getrennt Simulation über gesamte Projektdauer möglich, Ausgabe nach.csv 15 Gerhard Höfinger

16 Ausblick Flächendeckender Einsatz von Simulation in der STRABAG - Vorerst nur bei Großprojekten mit entsprechender Komplexität - Schulung der Projektleiter, Bauleiter und Kalkulanten Weiterer Aufbau von Know-How bei STRAsco - Erfahrungen sammeln - Durch Kooperationen profitieren Automatisierte Anbindung an andere Werkzeuge für die Kalkulation - Bauplandatenbanken - Projekt(-zeit-)planung - Preislisten 16 Gerhard Höfinger

17 Vision Simulation als Kalkulationswerkzeug - Ausreichend modular und gekapselt, damit spezialisierte Anwender Simulation selbst bereits in der Angebotsphase einsetzen können - Risiken in der Kalkulation minimieren - Hinweis an Auftraggeber auf Schwierigkeiten im ausgeschriebenen Konzept: Wenn Mitbewerber hier billiger bieten, dann wird X passieren, weil sie Y nicht berücksichtigt haben Simulation als Standard in der Angebotslegung - Nachweis der Machbarkeit für den Auftraggeber - Transparente Darstellung der Kosten - Größere Vergleichbarkeit der Angebote der Mitbewerber 17 Gerhard Höfinger

18 18 Gerhard Höfinger Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!