Projekti / Programi
Razvoj, modeliranje in optimiranje objektov in procesov v gradbeništvu in prometu
01. januar 2017
- 31. december 2021
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.01.00 |
Tehnika |
Gradbeništvo |
|
| 2.19.00 |
Tehnika |
Promet |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T220 |
Tehnološke vede |
Gradbeništvo, hidravlika, priobalna tehnologija, mehanika zemljin |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.01 |
Tehniške in tehnološke vede |
Gradbeništvo |
Gradbeništvo, promet, energetska učinkovitost, les, steklo, jeklo, beton, kompoziti, ploskovne konstrukcije, hale, modeliranje, optimizacija, optimizacija konstrukcij, planiranje projektov, MINLP, avtomatizacija v gradbeništvu, informacijsko modeliranje objektov, BIM, alternativna krožna križišča
Raziskovalci (15)
Organizacije (1)
Povzetek
Namen predlaganega raziskovalnega programa je razvoj, modeliranje in optimiranje objektov in procesov v gradbeništvu in prometu.
Raziskave na področju lesene gradnje bodo pomenile nadaljevanje študij glede optimalne oblike leseno-steklenih stanovanjskih enot z optimalnim deležem zasteklitev in maksimalnim bivalnim ugodjem, ki jih lahko uporabimo kot novogradnje ali pa konstrukcijski moduli nadgradnje. Dosedanje študije bomo razširili tudi v analize večetažnih leseno-steklenih stavb za načrtno izbrana različna klimatska področja. Ker bodo objekti zasnovani po principu pasivnih strategij, bomo razvili inovativne stropne elemente z betonsko tlačno ploščo, stekleno stojino in leseno pasnico, ki bodo omogočali maksimalno akumuliranje pasivne solarne energije, statično pa tudi premagovanje večjih razponov, kot je bilo do sedaj poznano.
Na področju optimizacije konstrukcij bomo optimirali različne ploskovne konstrukcije (AB plošče, rebraste AB plošče, sovprežne konstrukcije les-beton, sovprežne konstrukcije jeklo-beton) in tri različne tipe konstrukcij enonadstropnih jeklenih hal (iz izključno I profilov, s paličnimi nosilci in iz paličnih stebrov in nosilcev). Prvi cilj raziskave bo ugotoviti katera ploskovna konstrukcija je optimalna za določen razpon in obtežbo. Dugi cilj pa bo utgotoviti, kateri tip jeklenih okvirjev je primeren za podan razpon in obtežbo. Za vse omenjene konstrukcije bo potrebno razviti NLP in MINLP optimizacijske modele. Razvite bodo podrobne stroškovne namenske funkcije konstrukcij. Izvedli bomo večparametrične stroškovne MINLP optimizacije omenjenih konstrukcij v smeri minimiranja izdelavnih stroškov. Izračunali bomo optimalni dizajn konstrukcij in zatem izrisali primerjalne diagrame.
Na področju operativnega gradbeništva nameravamo nadaljevati raziskovalno delo z vidika optimalnega planiranja projektov. Fokusirali se bomo na razvoj modelov MINLP za diskretno optimizacijo projektnih planov (gantogramov, histogramov, S-krivulj) pod omejenimi resursi in stroški. Osredotočili se bomo na avtomatizirano izdelavo izvedbenih načrtov gradnje, še posebej uporabnih terminskih planov, na osnovi BIM modela in definirane tehnologije gradnje, ter učinkovitemu avtomatiziranemu spremljanju gradnje, ki bo omogočalo spremljanje vseh aktivnosti tudi v notranjosti objekta.
Naša raziskava bo vsebovala tudi modeliranje novih tipov krožnih križišč oz. alternativnih tipov krožnih križišč in njihovo medsebojno primerjavo s stališča pretočnosti, prometne varnosti in vpliva na okolje.
Pomen za razvoj znanosti
Delo na raziskovalnem programu bi pomenilo sistematsko nadgradnjo do sedaj opravljenih raziskav na enotažnem leseno-steklenem modulu konstrukcijske nadgradnje s tem, da bi razvili modul nadgradnje tudi za različne klimatske pogoje, različne tipologije obstoječih stavb in poiskali alternativne možnosti modula kot dvoetažne konstrukcije. S tem bi bistveno razširili dosedanja spoznanja glede obnašanja leseno-steklenih objektov različnih oblik v različnih klimatskih področjih. Z razvojem inovativnih sovprežnih leseno-steklenih stropnih elementov z betonsko ploščo in razvitimi matematičnimi računskimi modeli bi bistveno prispevali k razvoju temeljnjih predpostavk s področja sovprežnih lesenih konstrukcij in uporabe različnih adhezivov.
V predlaganem programu bi nadaljevali z raziskavami, s katerimi smo v preteklosti že izvedli večparametrično optimiranje sovprežnih stropnih konstrukcij iz betona in jekla ter konstrukcij jeklenih hal iz standardnih I profilov. Konkurenčni razponi različnih tipov ploskovnih konstrukcij pa za podan razpon in obtežbo še niso bili določeni na osnovi večparametričnega MINLP stroškovnega optimiranja in Evrokod standardov. Enako tudi ne konkurenčni razponi različnih tipov glavnih okvirjev enonadstropnih jeklenih hal. MINLP optimizacijski modeli in podrobne stroškovne namenske funkcije različnih omenjenih konstrukcij še niso bili razviti.
Predlagane raziskave bodo prispevale k razvoju znanosti na področju planiranja projektov. Predmet raziskovanja bo MINLP model, ki omogoča eksaktno optimalno planiranje projektnih aktivnosti pri izbranem proizvodnem procesu ob sočasnem planiranju (ne)linearno omejenih resursov in celotnih stroškov gradbenega projekta v vsaki diskretni enoti delovnega časa, ter do sedaj še ni bil razvit. MINLP model bo zagotavljal eksaktne optimalne izhodne podatke za učinkovito projektno vodenje gradnje, kot so gantogrami, histogrami in S-krivulje, ki se najpogosteje uporabljajo v praksi.
Pričakovani rezultati bodo predstavljali pomemben prispevek na področju raziskav in razvoja avtomatizacije načrtovanja in spremljanja gradnje ter s tem vplivali na razvoj gradbene informatike in gradbeništva. V preteklosti smo z novimi koncepti že dokazali izvirnost zamisli na področju gradbene informatike. Te bomo razvijali naprej (virtualni produktni model, avtomatizirano spremljanje gradnje s pomočjo 4D modela, avtomatizacija gradnje) in ob tem oblikovali nove (povezovanje informacijskega modela objekta z računalniško berljivim znanjem o tehnologijah gradnje, nove metode za avtomatizacijo in optimizacijo izdelave izvedbenih načrtov gradnje, nove metode avtomatizacije gradnje).
Razvoj novega učinkovitejšega končnega elementa bo pomenil sistematsko dopolnitev do sedaj razvitih končnih elementov razpokanih nosilcev za tlačno osno obremenjenje linijske elemente. S tem bi bistveno razširili uporabnost poenostavljenega računskega modela, kar bi omogočilo kvalitetnejše študije in posledično nova spoznanja glede obnašanja objektov razpokanih konstrukcij med potresom. Novi končni element oziroma kvalitetnejši računski model konstrukcije bi tudi povečal možnosti za učinkovito izvedbo relativno mladega znanstvenega področja inverzne identifikacije, ki pa vedno bolj pridobiva na veljavi.
V zadnjem času se, zaradi različnih dejavnikov, vse pogosteje srečujemo s kompleksnimi prometnimi problemi, ki jih ni možno reševati analitično, zato je v takih primerih reševanju problemov smiselno pristopiti z uporabo mikrosimulacij. Mikrosimulacije so dandanes postale nuja v prometnem inženirstvu, saj bomo v prihodnosti – zaradi različnih vzrokov – bili prisiljeni iskati optimalne rešitve znotraj obstoječe, že zgrajene cestne infrastrukture. Alternativni tipi krožnih križišč so ena od teh optimalnih rešitev. Pri razumevanju procesov načrtovanja in kasneje projektiranja, izgradnje in uporabe prometnega omrežja obstaja vrsta vrzeli. V splošnem jih delimo na razumevanje procesov povpraševanja po prevozih ter procesov obnašanja pri
Pomen za razvoj Slovenije
Razen izboljšane energetske učinkovitosti stavbe z nameščenim leseno – steklenim modulom nadgradnje je prednost modulov tudi v pridobitvi novih uporabnih površin, s prodajo katerih se lahko delno pokrijejo stroški energetske sanacije obstoječe večstanovanjske stavbe. S sofinanciranjem energetske sanacije obstoječe stavbe, bi se delež delnih energetskih sanacij stavb zmanjšal, hkrati pa bi se povečal potencial za celostne energetske sanacije stavb, ki vodijo do bistveno višjih prihrankov energije na letni ravni.
Z razvojem leseno-steklenega modula kot novogradnje ali konstrukcijske nadgradnje pa bi se lahko v vsakem primeru bistveno povečala uporaba lesa kot neizkoriščenega naravnega bogastva Slovenije v lastni produkciji.
Z razvojem in uporabo različnih optimizacijskih tehnik lahko bistveno zmanjšamo stroške in porabo materialov pri gradnji objektov ter hkrati povečamo produktivnost in konkurenčno sposobnost gradbenih podjetij. Raziskava bo podala nove odgovore k optimalnemu snovanju različnih ploskovnih konstrukcij in enonadstropnih jeklenih hal. Izrisali bomo primerjalne diagrame, iz katerih bo lahko inženir za podan razpon in obtežbo določil optimalno konstrukcijo (jeklo ali les ali armirani beton ali sovprežno konstrukcijo).
Glavni možnosti uporabe razvitega modela razpokanega nosilca sta tako pri iskanju odziva na znano obtežbo, kot tudi v inverzni identifikaciji razpok. Čeprav gre diametralno nasprotni analizi, je njun skupni faktor povečanje varnosti. V primeru uporabe kvalitetnejšega razvitega modela v potresni analizi okvirnih konstrukcijskih sistemov bodo neposredni pozitivni ekonomski učinki vidni v manj konzervativnem modeliranju konstrukcij; v primerih uporabe v inverzni identifikaciji razpok pa bodo pozitivni ekonomski učinki nastopili posredno v obliki manjših stroškov sanacij zaradi možnosti zgodnejšega odkrivanja dejanskega stanja konstrukcije.
Predlagane raziskave imajo pomen za družbeno-ekonomski razvoj Slovenije. Namreč, optimizacija projektnih planov se v praksi največkrat izvaja preko zamudnega analitičnega preizkušanja različnih variant, ki v splošnem vodi v sub-optimalne rešitve z veliko prostora za organizacijske izboljšave (predvsem pri angažiranju resursov) in stroškovne prihranke. Predlagani pristop omogoča pridobitev eksaktnih optimalnih rezultatov in tako prispeva k izboljšanju trenutno prevladujoče prakse v gradbeni industriji. Optimalno ravnanje z resursi je tudi od splošnega pomena za družbo.
Gradbeništvo je področje, ki je izjemno pomembno za kakovost bivanja (npr. urbana področja, bivališča) in za razvoj družbe (npr. infrastrukturni objekti). S predlaganim raziskovalnim programom avtomatizacije izdelave izvedbenih načrtov in spremljanja gradnje bomo lahko pomembno prispevali h kakovosti in učinkovitosti gradnje in gradbenih objektov v njihovem celotnem življenjskem ciklu.
Osnovne značilnosti alternativnih tipov krožnih križišč so majhna uporaba prostora, visoka raven prometne varnosti, velika pretočnost prometa in zato posledično nizek vpliv na okolje.
Izsledki raziskav so že bili in bodo objavljeni v svetovni znanstveni literaturi, kar je že in bo še, prispevalo k promociji Slovenije in slovenske znanosti v svetu.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2017,
2018,
2019
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2017,
2018,
2019
