Advancements in Digital Construction Logistics: Developing a Digital Twin Framework for Automated Construction Logistics Management

The increasing complexity of construction logistics processes and the growing demand for efficiency, transparency, and adaptability highlight the need for innovative digital solutions on construction sites. This dissertation addresses these challenges by developing a concept for a Digital Construction Logistics Twin— so called ConLogTwin. Utilizing the theoretical background of Digital Twins—data fusion, modelling, interaction between physical and virtual entities, and service provision—the work proposes a modular framework that enables the integration of heterogeneous data sources and supports automated scheduling and monitoring of logistics processes on construction sites. This objective is approached through a variety of concepts. A rule-based data fusion approach links building information modelling (BIM) models, specification data, and catalogue information. Building on this foundation, the framework introduces a modular Digital Twin—ConLogTwin—tailored to construction logistics. Its service-oriented design allows the integration of heterogeneous data sources while supporting monitoring, scheduling, and control of logistics processes. In addition to the ConLogTwin, several comple mentary systems enhance the framework’s practical utility. ’SmartPallet’ provides an IoT-based altimeter solution that enables precise material tracking across vertical construction sites. An AR-based indoor navigation tool supports construction workers by guiding them directly to designated storage zones within complex building structures, thereby reducing search times and streamlining daily operations. Together, these systems demonstrate how digital services can extend the functionality of a logistics-focused Digital Twin and address practical challenges on construction sites. While not all technological components have been validated under real construction conditions, the dissertation outlines their integration potential and provides a blueprint for practical implementation and the development of an AI-based Digital Twin for construction logistics management. The developed ConLogTwinoffers ascalable solution that enhances coordination and decision-making on construction sites. This demonstrates how Digital Twins can serve as a ’single source of truth’ in construction logistics, laying the groundwork for further advancements in automation, transparency, and resource-efficient management in the construction industry.

Die zunehmende Komplexität von Baulogistikprozessen und die wachsende Nachfrage nach Effizienz, Transparenz und Anpassungsfähigkeit auf Baustellen verdeutlichen den Bedarf an innovativen digitalen Lösungen. Die Dissertation liefert hier einen wertvollen Beitrag durch die Entwicklung eines Konzepts für einen digitalen Baulogistik-Zwilling (ConLogTwin). Aufbauend auf den theoretischen Grundlagen des Digitalen Zwillings– bestehend aus Datenfusion, Modellierung, Interaktion und Servicebereitstellung wird ein modularer Rahmen vorgeschlagen, der die Integration heterogener Datenquellen ermöglicht und die automatisierte Planung und Überwachung von Logistikprozessen auf Baustellen unterstützt. Die Arbeit leistet mehrere wesentliche Beiträge zur Weiterentwicklung digitaler Methoden in der Baulogistik. Ein regelbasierter Datenfusionsansatz verknüpft Gebäudemodelle (BIM-Modelle) mit Spezifikationsdaten und Kataloginformationen. Auf dieser Grundlage führt das Framework den modularen Digitalen Zwilling „ConLogTwin“ ein, der speziell auf die Baulogistik zugeschnitten ist. Dank seines serviceorientierten Designs können heterogene Datenquellen integriert werden und die Überwachung, Planung und Steuerung von Logistikprozessen wird unterstützt. Zusätzlich zum ConLogTwin verbessern mehrere ergänzende Systeme den praktischen Nutzen des Frameworks. „SmartPallet“ bietet eine IoT-basierte Höhenmesslösung, die eine präzise Materialverfolgung auf vertikalen Baustellen ermöglicht. Ein AR-basiertes Indoor-Navigationstool unterstützt das Baustellenpersonal, indem es sie direkt zu den vorgesehenen Lagerbereichen innerhalb komplexer Gebäudestrukturen führt. Dadurch werden Suchzeiten reduziert und die täglichen Abläufe optimiert. Zusammen zeigen diese Systeme, wie digitale Dienste die Funktionalität eines digitalen Zwillings für die Baulogistik erweitern und praktische Herausforderungen auf Baustellen bewältigen können. Obwohl nicht alle technologischen Komponenten unter realen Baubedingungen validiert wurden, skizziert die Dissertation ihr Integrationspotenzial und liefert eine Blaupause für die praktische Umsetzung und Weiterentwicklung hin zu einem KI-basierten Digitalen Zwilling für die Steuerung der Baulogistik. Der entwickelte ConLogTwin bietet eine skalierbare Lösung, die die Koordination und Entscheidungsfindung auf Baustellen verbessert. Es wird gezeigt, wie Digital Twins als „Single Source of Truth“ in der Baulogistik genutzt werden können und legt damit den Grundstein für weitere Fortschritte in der Automatisierung, Transparenz und dem ressourceneffizienten Management in der Bauindustrie.