SPP 2187:  Adaptive Modulbauweisen mit Fließfertigungsmethoden - Präzisionsschnellbau der Zukunft

• Fachliche Zuordnung: Bauwesen und Architektur ; Maschinenbau und Produktionstechnik
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 402702316

Ziel des Schwerpunktprogramms ist es, die grundlegenden wissenschaftlichen Methoden für eine Herstellung von teiladaptiven Modulen aus Hochleistungsbeton in industrieller Fließfertigung zu entwickeln. Die Module sollen Seriencharakter besitzen und im Schnellbau montierbar sein. Die optische Individualität der zusammengesetzten Tragstruktur ist dabei zu erhalten, so dass skalierbare, adaptive und auch über die Nutzungszeit wandelbare Module und passende Fertigungskonzepte gesucht sind. Wissenschaftlich sind Forscher aus den Bereichen Massivbau, Fertigungstechnik und Ingenieurinformatik angesprochen, und zwar in den folgenden drei konkreten Forschungsfeldern: Entwerfen und Konstruieren unter dem Aspekt der Modularisierung, Fertigungssysteme und Produktionskonzepte für skalierbare Module sowie durchgängig digitale Modelle für die Prozesse. Forschungsziele der ersten Förderperiode (FP1) waren grundlegende methodische Entwicklungen in den einzelnen Themenfeldern und erste Interaktionen. In FP2 soll der Fokus vom einzelnen Modul auch auf Themen des Tragwerks und der ganzheitlichen digitalen Repräsentation gelegt werden. Konkret geht es u. a. um die Integration von Bauzuständen und Wandelbarkeit in die Modulkonzepte, von neuen Messtechniken der Qualitätskontrolle in die digitalen Modelle und Fertigungskonzepte mit cyber-physischen Systemen. Das Koordinationsprojekt dient dem kohärenten Gesamterfolg des Schwerpunktprogramms und gliedert sich dazu in die drei Anteile: strukturelle Koordination, inhaltliche Koordination und Vernetzung der Arbeiten und Generalisierung zu allgemeingültigen Gesamtstrategien. Die strukturelle Koordination erfolgt gesteuert durch den Koordinator und einen Programmausschuss. Maßnahmen sind Veranstaltungen auf verschiedenen Ebenen, diverse Förder- und Weiterbildungsmaßnahmen, Anschubförderungen, Maßnahmen zur Internationalisierung, eine gemeinschaftliche Repräsentation des Verbunds, gezielte Öffentlichkeitsarbeit sowie Austausch- und Kommunikationsplattformen. Inhaltlich wird die Vernetzung durch den Anschluss aller Teilprojekte an die digitale Gesamtrepräsentation eingefordert. Die eingerichtete Austauschplattform wird sukzessiv in ihren Datenstrukturen erweitert. Es werden Interaktionsketten zwischen den Teilprojekten initiiert und projektübergreifend zwei Demonstratoren der neuen Bauweise entwickelt, und zwar ein realer struktureller und ein virtueller Demonstrator als smart factory. Die Generalisierung und Zusammenführung der Entwicklungen im Programm erfolgen grundlagenorientiert methodisch aus dem Zentralprojekt. In FP1 lag der Fokus auf Methoden für Stab- und Scheibenstrukturen unter Integration prozessbedingter Unschärfe in Material und Geometrie. In FP2 sollen Modelle zur Fugenausbildung, für Bauzustände des Modulbaus, Methoden der Wandelbarkeit und die Steuerung der digitalen Verknüpfung zur smart factory erarbeitet werden. Es führt den Verbund kohärent zusammen und dient dem Schluss von Lücken insgesamt.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme

Projekte

• Agentenbasierte Methoden für die fertigungsgerechte Planung adaptiver Modulbauweisen aus Betonfertigteilen (Antragsteller Menges, Achim )
• Brückenbauwerke mit komplexer Geometrie durch facettierte Flächenelemente aus carbonbewehrtem Ultrahochleistungsbeton - Graphbasierte Zerlegung und trajektoriensensitive Fertigung (Antragsteller Borrmann, André ;  Fischer, Oliver )
• Der digitale Baukasten – Simulationsbasierte Modelle und Methoden für den Entwurf modularer Tragsysteme aus Beton, 2. Phase (Antragsteller Wüchner, Roland )
• Entwicklung einer konsistenten digitalen Prozesskette vom adaptierbaren modularen Brückenentwurf zur intelligenten additiven Fertigung mittels cyber-physischer Systeme (Antragsteller Borrmann, André ;  Fischer, Oliver )
• Entwicklung einer simulationsbasierten Methode zur Bewertung von Zerlegungsstrategien von Baustrukturen in einzelne Module aus produktionstechnischer Sicht in der frühen Phase der Modul- bzw. Baukastenentwicklung (Antragsteller Schmidt, Thorsten )
• Entwicklung eines adaptierbaren Fertigungsverfahrens für modulare leichte Betonbauteile mittels voll-rezyklierbaren Schalungssystemen (Antragsteller Sobek, Werner ;  Verl, Alexander )
• Fließfertigungsmethoden für adaptive materialminimierte Moduldecken mit Mikrovorspannung und hochpräzisen Fugen (Antragsteller Claßen, Martin ;  Hegger, Josef )
• Intelligente Modularisierung für den skalierbaren Betonbau durch Adaption der Methoden zur Baukastenentwicklung (Antragsteller Albers, Albert ;  Stark, Alexander )
• Kontinuierliche Fertigung von dünnwandigen faserverstärkten Präzisions-Betonelementen für freige-formte Modulbauweisen (KoBeMo) (Antragstellerinnen / Antragsteller Gelbrich, Sandra ;  Kroll, Lothar )
• Konzepte zur lebenszyklus-basierten Aktualisierung und Interaktion von Digitalen Zwillingen für vorgefertigte Betonmodule (Antragsteller Gerhard, Detlef ;  König, Markus )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Mark, Peter )
• Modulare Segmentbauweise mit nachträglich durch CFKSpannglieder vorgespannten Carbonbetonsegmenten und Inline-Qualitätssicherung durch Computertomographie (Antragsteller Schlaich, Mike ;  Simon, Sven )
• Qualitätsgesicherte Fließfertigung leichter UHFB-Stabelemente mittels Künstlicher Neuronaler Netze (Antragsteller Lohaus, Ludger ;  Rolfes, Raimund )
• Schalungsfreie Fließfertigung adaptiver Tragstrukturen aus variablen Rahmenelementen - ACDC and beyond (Antragsteller Lordick, Daniel ;  Mechtcherine, Viktor )
• Toleranzfreie Serienfertigung von Hochleistungsbetonbauteilen durch transient-interaktive Kopplung von Entwurf und Produktion (Antragstellerinnen / Antragsteller Lanza, Gisela ;  Mark, Peter )

• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Peter Mark