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Ein Beitrag zur Entwicklung von Baustellenversorgungssystemen

Kleiner, Jonas (2023)
Ein Beitrag zur Entwicklung von Baustellenversorgungssystemen.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00024343
Ph.D. Thesis, Primary publication, Publisher's Version

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Item Type: Ph.D. Thesis
Type of entry: Primary publication
Title: Ein Beitrag zur Entwicklung von Baustellenversorgungssystemen
Language: German
Referees: Motzko, Prof. Dr. Christoph ; Hofstadtler, Prof. Dr. Christian
Date: 2023
Place of Publication: Darmstadt
Collation: XIV, 272 Seiten
Date of oral examination: 17 July 2023
DOI: 10.26083/tuprints-00024343
Abstract:

Im Rahmen der Dissertation wird die gegenwärtige Versorgungssituation von Baustellen analysiert. Den identifizierten Schwachstellen wird mit der Entwicklung eines Baustellenversorgungssystems begegnet. Abschließend erfolgt die Systemintegration in das bestehende Baulogistikprozessmodell. Die Entwicklung und Integration des Baustellenversorgungssystems basiert dabei auf einer Kombination aus Literaturstudium, Baustellen- und Laborstudien sowie Experteninterviews. In Kapitel 1 werden die Ausgangssituation und Problemstellung, die Ziele sowie die Forschungsmethodik und der Aufbau der Arbeit geschildert. Die Ausgangssituation und Problemstellung der Arbeit werden durch die Erörterungen zu den Potenzialen bei der Baulogistikorganisation und -koordination sowie den Schwachstellen bei der Baulogistikrealisierung dargestellt und es wird die Notwendigkeit zur Berücksichtigung der modernen Technologien sowie der Lean Logistics innerhalb der Arbeit begründet. Die Ziele der Arbeit werden aus der Ausgangssituation und Problemstellung abgeleitet und durch die Formulierung von Forschungsfragen konkretisiert. Es wird das Erfordernis zur Entwicklung eines innovativen Baustellenversorgungssystems sowie dessen Systemintegration in das bestehende Baulogistikprozessmodell dargelegt. In Kapitel 2 werden die Grundlagen zur Logistik, zur Baulogistik sowie zur Lean Logistics und zur Digitalisierung erörtert. Die Ausführungen zu den Grundlagen der Logistik und Baulogistik dienen als Ausgangspunkt für die in Kapitel 3 beschriebenen Basiselemente der Systembildung sowie für die Systemintegration in Kapitel 5. In den Unterkapiteln zur Lean Logistics und zur Digitalisierung werden die bei der Entwicklung des Baustellenversorgungssystems jeweils zu berücksichtigenden Aspekte sowie die daraus resultierenden Möglichkeiten herausgearbeitet. In Kapitel 3 werden die Basiselemente der Systembildung erläutert. Diese Basiselemente sind ein prozess- und flussorientierter Ansatz des unternehmensübergreifenden Supply-Chain-Managements, eine Umsetzung des Konzepts Warenverteilzentrum sowie der Einsatz eines polysensoralen Systems zur automatischen Bauprozessidentifikation nach dem ereignisbasierten Ansatz und damit verbunden eine Prozesssteuerung und -regelung in Echtzeit. Die Potenziale und positiven Auswirkungen eines Warenverteilzentrums in der Bauindustrie werden durch eine Analyse von publizierten Projektberichten herausgearbeitet und anhand der Auswertung von Experteninterviews verifiziert. In Kapitel 4 werden die Systementwicklung und die Systemevaluation des Baustellenversorgungssystems beschrieben. Die durchgeführte Situationsanalyse zum gegenwärtigen Baustellenversorgungsprozess verdeutlicht die Notwendigkeit der Systementwicklung. Die Situationsanalyse, die entlang der Prozesskette Bestellung, Avisierung, Anlieferung und Lagerung erfolgt, zeigt u. a., dass der Bestellprozess als analog, wenig nachvollziehbar und transparent sowie durch manuelle Tätigkeiten als fehleranfällig zu beschreiben ist. Außerdem ist bei der Nutzung von Avisierungssystemen festzustellen, dass diese seitens der Projektbeteiligten nicht konsequent beachtet werden und im Falle der Nutzung Abweichungen hinsichtlich der avisierten und den tatsächlichen Ankunfts- und Abfahrtszeiten der Transportfahrzeuge sowie deren Aufenthaltsdauer auf der Baustelle zu konstatieren sind. Des Weiteren kann belegt werden, dass JIT-Transporte aktuell die Ausnahme darstellen und Lagertransporte dominant sind. Aufbauend auf der Situationsanalyse sowie den theoretischen Grundlagen werden die Anforderungen an das Baustellenversorgungssystem analysiert. Es wird u. a. herausgearbeitet, dass ein zentral gesteuertes baulogistisches Gesamtsystem erforderlich ist, welches gewerke- und subsystemübergreifend zu gestalten ist und die vorgelagerten Produktions- und Logistikprozesse sowie die Bauproduktions- und Baulogistikprozesse unternehmensübergreifend berücksichtigt und synchronisiert. Dies erfordert einen durchgängigen, automatisierten, systematisierten und digitalisierten Informationsfluss und -austausch sowie eine verbesserte Kommunikation aller Prozessbeteiligten. Darüber hinaus werden Anforderungen bezüglich einer nachhaltigeren Baulogistik definiert. Die Anforderungsanalyse impliziert zum einen die Anwendung eines Warenverteilzentrums sowie zum anderen die Nutzung eines polysensoralen Systems zur automatischen Bauprozessidentifikation innerhalb des Baustellenversorgungssystems. Die Notwendigkeit der Integration eines polysensoralen Systems sowie eines Warenverteilzentrums wird anhand einer Systembeschreibung präzisiert. Auf Basis der erarbeiteten funktionalen und technischen Systemanforderungen werden der Systemaufbau und der Systemablauf des polysensoralen Systems entwickelt und dargestellt. Abschließend wird die prototypische Umsetzung und Evaluation des entwickelten Systems anhand von drei definierten Anwendungsfällen in Form von Labor- und Feldversuchen durchgeführt. Im Zuge der Systementwicklung und Systemevaluation werden gemäß dem ereignisbasierten Ansatz zunächst Prozessketten der sensorisch zu erfassenden Ereignisse entwickelt und entsprechende Prozessindikatoren definiert. Als Prozessindikatoren, die als Messgröße sensorisch erfasst werden, dienen die Position, das Gewicht, die Bewegung und die Neigung. Die sensorische Erfassung der Messgrößen respektive die Datenerfassung über Sensoren erfolgt über ein IoT-Funksystem, bestehend aus Datenerfassung, Datenübertragung, Datenstrukturierung sowie Datenaufbereitung und Datenauswertung. Im Rahmen der drei Anwendungsfälle „Intelligenter Materialfluss“, „Intelligente Palette“ und „Intelligentes Bauteil“ wird belegt, dass das entwickelte polysensorale System und die eingesetzten Sensoren eine automatisierte Prozessidentifikation und damit verbunden eine sensorische Erfassung der definierten Prozessketten und darauf basierender komplexer Ereignisse ermöglichen. Die Visualisierung der Daten kann über Dashboards entsprechend der erarbeiteten Mock-Ups erfolgen. Ferner können zur Informationsaufbereitung innerhalb von Bauwerksmodellen die exemplarisch entwickelten Plug-ins genutzt werden. In Kapitel 5 wird das entwickelte Baustellenversorgungssystem in das bestehende Baulogistikprozessmodell integriert. Die Integration erfolgt nach den Phasen der Baulogistikinitiierung, -planung, -organisation und -realisierung. Des Weiteren wird das Baustellenversorgungssystem in Bezug zur Nachhaltigkeit diskutiert. In der Baulogistikinitiierungsphase erfolgt schwerpunktmäßig die Analyse der Baulogistikattribute vor dem Hintergrund einer Anwendung des Baustellenversorgungssystems und die sich daraus ergebende Präzisierung und Erweiterung der Baulogistikattribute. Zur Veranschaulichung der analysierten, diskutierten und dargestellten Baulogistikattribute werden plastische Projektbeispiele respektive Projektprofile erarbeitet. In der Baulogistikplanungsphase werden die zusätzlichen Planungsaufgaben, die sich bei der Umsetzung des Baustellenversorgungssystems ergeben, erörtert. Hierzu zählen bspw. die Entwicklung zusätzlicher baulogistischer Lösungsvarianten, die eine Integration des Baustellenversorgungssystems beinhalten, die Ressourcenplanung der physischen Infrastruktur des Baustellenversorgungssystems oder die materialspezifische Analyse, inwiefern ein bestimmtes Material für die Anlieferung über die physische Infrastruktur des Baustellenversorgungssystems geeignet oder nicht geeignet ist. Für diese Planungsaufgabe wird eine Entscheidungshilfe erarbeitet und vorgestellt. In der Baulogistikorganisationsphase wird das spezifische Baulogistikhandbuch für das Baustellenversorgungssystem hergeleitet und damit in Verbindung stehende Aspekte wie bspw. der Betreiber oder die Zuordnung von Verantwortungsbereichen beschrieben. In der Baulogistikrealisierungsphase erfolgt die Umsetzung des dargestellten Baulogistikhandbuchs durch den Betreiber des Baustellenversorgungssystems sowie den weiteren Bauprojektbeteiligten. In diesem Zuge kann auf Grund der beschriebenen Beachtung der Nachhaltigkeit in den vorgelagerten Planungsphasen und damit verbunden die Orientierung an den Regularien der Nachhaltigkeitsberichterstattung sowie den Kriterienkatalogen und Bewertungsrichtlinien der Zertifizierungssysteme die Baulogistik in der Realisierungsphase einen positiven Einfluss auf die Nachhaltigkeit ausüben.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

Within the scope of the doctoral thesis, the current supply situation of construction sites is analysed. The weaknesses identified are countered with the development of a construction site supply system. Finally, the system is integrated into the existing construction logistics process model. The development and integration of the construction site supply system is based on a combination of literature studies, construction site and laboratory studies and expert interviews. Chapter 1 describes the initial situation and the problem, the objectives, the research methodology and the structure of the thesis. The initial situation and problem of the thesis are presented through the discussion of the potentials in the organisation and coordination of construction logistics as well as the weak points in the implementation of construction logistics, and the necessity of taking modern technologies and lean logistics into account within the thesis is justified. The objectives of the work are derived from the initial situation and problem definition and are concretised by formulating research questions. The need for the development of an innovative construction site supply system and its system integration into the existing construction logistics process model is presented. Chapter 2 discusses the basics of logistics, construction logistics, lean logistics and digitalisation. The explanations on the basics of logistics and construction logistics serve as a starting point for the basic elements of system building described in chapter 3 and for system integration in chapter 5. In the subchapters on lean logistics and digitalisation, the aspects to be taken into account in the development of the construction site supply system and the resulting possibilities are worked out. Chapter 3 explains the basic elements of system building. These basic elements are a process- and flow-oriented approach of cross-company supply chain management, an implementation of the goods distribution centre concept as well as the use of a polysensory system for automatic construction process identification according to the event-based approach and associated real-time process control and regulation. The potentials and positive effects of a goods distribution centre in the construction industry are worked out by analysing published project reports and verified by evaluating interviews with experts. Chapter 4 describes the system development and system evaluation of the construction site supply system. The situation analysis of the current construction site supply process illustrates the necessity of system development. The situation analysis, which is carried out along the process chain of ordering, notification, delivery and storage, shows, among other things, that the ordering process can be described as analogue, not very comprehensible and transparent, and error-prone due to manual activities. In addition, it can be seen that the use of notification systems is not consistently observed by those involved in the project and that, in the case of their use, deviations can be observed with regard to the notified and actual arrival and departure times of the transport vehicles as well as their length of stay on the construction site. Furthermore, it can be proven that JIT transports are currently the exception and storage transports are dominant. Based on the situation analysis and the theoretical principles, the requirements for the construction site supply system are analysed. Among other things, it is worked out that a centrally controlled overall construction logistics system is required, which is to be designed across trades and subsystems and takes into account and synchronises the upstream production and logistics processes as well as the construction production and construction logistics processes across companies. This requires a continuous, automated, systematised and digitalised flow and exchange of information as well as improved communication between all those involved in the process. Furthermore, requirements are defined with regard to more sustainable construction logistics. The requirements analysis implies on the one hand the use of a goods distribution centre and on the other hand the use of a polysensor system for automatic construction process identification within the construction site supply system. The necessity of integrating a polysensory system and a goods distribution centre is specified by means of a system description. Based on the elaborated functional and technical system requirements, the system structure and the system sequence of the polysensory system are developed and presented. Finally, the prototypical implementation and evaluation of the developed system is carried out on the basis of three defined use cases in the form of laboratory and field tests. In the course of the system development and system evaluation, process chains of the events to be sensory recorded are first developed in accordance with the event-based approach and corresponding process indicators are defined. Position, weight, movement and inclination serve as process indicators that are recorded as measured variables by sensors. The sensory acquisition of the measured variables or the data acquisition via sensors is carried out via an IoT system, consisting of data acquisition, data transmission, data structuring as well as data processing and data evaluation. In the context of the three use cases "intelligent material flow", "intelligent pallet" and "intelligent component", it is demonstrated that the developed polysensory system and the sensors used enable automated process identification and, associated with this, sensory recording of the defined process chains and complex events based on them. The data can be visualised via dashboards according to the mock-ups developed. Furthermore, the plug-ins developed as examples can be used to process information within building models. In chapter 5, the developed construction site supply system is integrated into the existing construction logistics process model. The integration is carried out according to the phases of construction logistics initiation, planning, organisation and realisation. Furthermore, the construction site supply system is discussed in relation to sustainability. In the construction logistics initiation phase, the focus is on the analysis of the construction logistics attributes against the background of an application of the construction site supply system and the resulting specification and expansion of the construction logistics attributes. To illustrate the analysed, discussed and presented construction logistics attributes, project examples and project profiles are developed. In the construction logistics planning phase, the additional planning tasks that arise during the implementation of the construction site supply system are discussed. This includes, for example, the development of additional construction logistics solution variants that include an integration of the construction site supply system, the resource planning of the physical infrastructure of the construction site supply system or the material-specific analysis of the extent to which a certain material is suitable or unsuitable for delivery via the physical infrastructure of the construction site supply system. A decision support tool is developed and presented for this planning task. In the construction logistics organisation phase, the specific construction logistics manual for the construction site supply system is derived and related aspects such as the operator or the allocation of areas of responsibility are described. In the construction logistics realisation phase, the operator of the construction site supply system and the other parties involved in the construction project implement the construction logistics manual described. In the course of this, construction logistics can have a positive influence on sustainability in the realisation phase due to the described attention to sustainability in the upstream planning phases and the associated orientation towards the regulations of sustainability reporting as well as the criteria catalogues and evaluation guidelines of the certification systems.

English
Status: Publisher's Version
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-243436
Classification DDC: 600 Technology, medicine, applied sciences > 620 Engineering and machine engineering
600 Technology, medicine, applied sciences > 624 Civil engineering and environmental protection engineering
600 Technology, medicine, applied sciences > 690 Building and construction
Divisions: 13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences > Institute of Construction Management
Date Deposited: 26 Jul 2023 12:27
Last Modified: 27 Jul 2023 10:57
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/24343
PPN: 509943764
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