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06.10.1978 - 

Trotz verwirrender Vielfalt von Daten:

Integrierte DV-Unterstützung im Hochbau

Dr. Wolfgang Haas

Bei der statisch-konstruktiven Bearbeitung von Bauwerken wird in zunehmendem Maße eine möglichst geschlossene DV-Unterstützung angestrebt. Im Brückenbau ist es bereits vor mehr als zehn Jahren gelungen, eine lückenlose Programmkette von der Ermittlung der Querschnittswerte bis hin zu den nach den DIN-Normen erforderlichen Nachweisen zu entwickeln. Diese Aufgabe ließ sich in Teilaufgaben gliedern, die nacheinander gelöst werden konnten. Die entsprechenden Teilprogramme konnten bei der Berechnung wie die Glieder einer Kette hintereinander aufgereiht werden. Dieses Konzept der Programmkette, das im Brückenbau so erfolgreich wurde, versagte jedoch im Hochbau.

Wodurch unterscheiden sich nun der Brückenbau und der Hochbau, daß das im Brückenbau praktizierte Konzept der Programmkette im Hochbau nicht angewendet werden kann? Im Brückenbau wird zumindest der Oberbau als eine zusammenhängende Konstruktion betrachtet, die ungeteilt untersucht wird. Da stets das gesamte Bauwerk betrachtet wird, ergibt sich zwangsläufig eine sinnvolle Reihenfolge - Querschnittswerteberechnung, Schnittkraftermittlung, Überlagerung, Nachweise -, in der die Rechenschritte durchgeführt werden müssen.

Im Hochbau dagegen wird in viele getrennt zu untersuchende Bauteile, zum Beispiel Decken, Unterzüge, Stützen, Wände, Fundamente, unterteilt. Hier läßt sich die sinnvolle Reihenfolge der Rechenschritte nur noch innerhalb der statisch-konstruktiven Bearbeitung eines Bauteils festlegen. Man kann jedoch nicht den Gesamtablauf der Berechnung, also die Reihenfolge, in der die Bauteile zu untersuchen sind, festschreiben. Dies würde zu Recht als eine zu starke Einengung der Bearbeitungsabläufe empfunden und nicht akzeptiert werden. Der Anwender muß die Möglichkeit haben, die Reihenfolge, in der er die Bauteile untersuchen will, selbst festzulegen.

Untersucht man die benötigten Eingabeinformationen für die einzelnen im Hochbau verwendeten Programme, so ergibt sich zunächst eine verwirrende Vielfalt von Daten. Für eine Unterzugsberechnung benötigt man unter anderem FeIdweiten, Querschnittswerte und Lasten auf den Unterzug. Bei näherer Betrachtung zeigt es sich jedoch, daß sich fast alle derartigen Daten von sogenannten Basisdaten, vorwiegend geometrischer Natur, ableiten lassen. Diese Basisdaten sind im wesentlichen:

- die Lage und die geometrischen Abmessungen der Bauteile

- die Materialeigenschaften der Bauteile und

- die Belastung des Bauwerks.

Aus der Lage und den geometrischen Abmessungen der Bauteile lassen sich die Feldweiten und die Querschnittswerte sowie aus der Belastung des Bauwerks mit Lastfortleitungsprozeduren, etwa anhand von Auflagerkräften, die auf die Bauteile entfallenden Lasten ermitteln.

Aus der Sicht dieser Gegebenheiten erscheint das in Abb. 1 dargestellte datenbasisorientierte Softwarekonzept für die durchgehende DV-Unterstützung bei der statisch-konstruktiven Bearbeitung von Hochbauten zweckmäßig. Der zentrale Bestandteil dieses Konzepts ist eine "Datenbasis" mit den zugehörigen Verwaltungsprogrammen. Man kann sie mit einer technischen Datenbank vergleichen, in der die oben genannten vorwiegend geometrischen Basisdaten gespeichert sind.

Die Anwendungsprogramme für die statisch-konstruktive Bearbeitung, zum Beispiel Programme für die Berechnung von Hochbaudecken, Unterzügen, Hochhauskernen, werden über sogenannte Pre- und Postprozessoren an die Datenbasis angeschlossen. Die Hauptaufgabe des Preprozessors besteht darin, die benötigten Basisdaten bereitzustellen und aus ihnen die für die Berechnung benötigten Eingabedaten abzuleiten. Dieser Vorgang kann von einem Datensichtgerät überwacht und gesteuert werden (Abb. 2). Gegebenenfalls können auch zusätzliche Informationen eingegeben werden.

Der Postprozessor hat hauptsächlich die Aufgabe, die Ergebnisdaten, die zur vollständigen Beschreibung des Gebäudes benötigt werden, in der Datenbasis zu speichern. Bei Stahlbetonbauten ist das zum Beispiel die Bewehrung der einzelnen Bauteile. Auch dieser Vorgang kann, um die Datenbasis vor fehlerhaften Ergebnissen zu schützen, vom Anwender kontrolliert werden.

Zu diesem Konzept des Anschlusses von Programmen an die Datenbasis gibt es eine Analogie bei der Hardware. Dort werden Schnittstellenprobleme mit peripheren Geräten auch dezentral durch Interfaces gelöst. Pre- und Postprozessor könnte man also als softwaremäßige Interfaces bezeichnen, die die Schnittstelle zwischen dem Anwenderprogramm und der Datenbasis überbrücken.

Wo soll nun diese Schnittstelle zum Anwenderprogramm genau liegen? Bei dem hier geschilderten Vorhaben werden nicht interne Eingabetabellen, sondern die Eingabedaten selbst gewählt (Abb. 2). Diese auf den ersten Blick wenig elegant erscheinende Lösung des Schnittstellenproblems erweist sich jedoch aus folgenden Gründen als zweckmäßig:

- Es existieren häufig keine klaren internen Eingabetabellen als Schnittstelle zwischen Eingabeinterpretation und Rechenteil. Die Eingabe selbst ist jedoch stets als eindeutige Schnittstelle vorhanden.

- Die Eingabe ist im Gegensatz zu internen Tabellen stets gut dokumentiert.

- Die Eingabeinterpretation mit Fehlerdiagnostik und Eingabeprotokoll läuft wie im isoliert eingesetzten Anwendungsprogramm ab.

Auch im Hinblick auf die Programmentwicklung bietet dieses Vorgehen beträchtliche Vorteile:

- Die Datenbasis mit der zugehörigen Software kann unabhängig von den Anwendungsprogrammen entwickelt werden.

- Bereits vorhandene und zeitlich parallel zur Datenbasis zu entwickelnde Programme können mit relativ geringem Aufwand später an die Datenbasis angeschlossen werden.

- Die Anwendungsprogramme können sowohl "integriert" mit der Datenbasis als auch "konventionell" als Einzelprogramme (Software stand alones) eingesetzt wenden.

Das datenbasisorientierte Konzept ermöglicht also die gewünschte Flexibilität beim Einsatz der verschiedenen Anwendungsprogramme und bietet darüber hinaus noch beträchtliche Vorteile, sowohl beim Einsatz als auch bei der Entwicklung der Programme.

Das Vorhaben zur durchgehenden DV-Unterstützung bei der statisch-konstruktiven Bearbeitung von Hochbauten wird zur Zeit als ein Gemeinschaftsprojekt mehrerer Entwicklungsstellen realisiert. Es wird vom Bundesministerium für Forschung und Technologie, Projekt CAD, gefördert.

*Dr. W. Haas ist stellvertretender Geschäftsführer des Rechen- und Entwicklungsinstituts für EDV im Bauwesen - RIB e. V., Stuttgart