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Entwicklung einer agentenbasierten Terminplanoptimierung im Bauwesen unter Berücksichtigung ressourcenabhängiger Prozesslängen


Die Ablaufplanung im Bauwesen erfolgt über die Gestaltung von Terminplänen, welche meist manuell erstellt werden. In diesem Forschungsprojekt soll ein neuartiger, auf einem Multi-Agenten-System basierender Ansatz verfolgt werden, optimierte Ablaufpläne unter Berücksichtigung sämtlicher Randbedingungen und Zielgrößen zu generieren und somit die Produktivität von Bauvorhaben zu steigern.

Ausgangssituation

Trotz des enormen involvierten Kapitals erfolgt die Planung von Baumaßnahmen häufig wenig detailliert und wird infolgedessen in die Bauausführung verlagert. Der resultierende hohe Koordinations- und Anpassungsaufwand senkt die Produktivität und führt letztendlich zu Verzögerungen im Bauablauf.
Großprojekte im Bauwesen sind gekennzeichnet durch eine große Anzahl teilnehmender Akteure und eine Vielzahl interner sowie externer Abhängigkeiten. Der Gesamtablauf lässt sich in einzelne Vorgänge unterteilen, die jeweils einen geschlossenen Arbeitsschritt abbilden. Zu deren Erfüllung sind ein oder mehrere Ressourcen gleichen bzw. verschiedenen Typs notwendig. Letztere werden üblicherweise für mehrere Vorgänge verwendet, sind jedoch nur begrenzt verfügbar. Damit ergeben sich neben den konventionellen Vorgänger-Nachfolger-Beziehungen weitere Zwangsbedingungen, so dass die optimale Zuordnung (üblicherweise zur Minimierung der Ge-samtdauer) der Ressourcen zu den einzelnen Vorgängen ein NP-schweres Problem darstellt.
Die manuelle Erstellung von Bauablaufplänen unter Berücksichtigung aller Randbedingungen stößt hierbei an ihre Grenzen, was zur Folge hat, dass entweder großzügige Pufferzeiten eingeplant oder essenzielle Abhängigkeiten außer Acht gelassen werden. In der Forschung werden deshalb verschiedenste Ansätze verfolgt, um dieses Problem zu lösen.
Alle bisherigen Ansätzen zur automatischen Ermittlung der optimalen Ausführungsreihenfolge haben jedoch gemeinsam, dass sie gute Ergebnisse nur mit entsprechend hohem (Rechen-)Aufwand erreichen.

Projektziel

Ziel ist durch den Einsatz der agentenbasierten Projektplanung die Produktivität des Gesamtprozesses von Bauvorhaben zu steigern, indem nach verschiedenen Zielgrößen optimierte Ablaufpläne generiert werden. Als mögliche Zielgrößen kommen dabei unter anderem in Betracht:
•    Gesamtdauer
•    Kosten
•    Benötigte Ressourcenanzahl
•    Gleichmäßige Auslastung der Ressourcen
•    Robustheit des Plans

In Abhängigkeit der entsprechenden Zielgröße sollen verfügbaren Ressourcen den Bauabläufen so zugewiesen werden, dass sich ein Gesamtoptimum für den Ablauf der Baumaßnahme ergibt. Abbildung 1 zeigt verschiedene Ausführungsmöglichkeiten eines beispielhaften Projektplans, die durch unterschiedliche Verteilungsregeln entstehen.

 

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Abb. 1: Alternative Ausführungen eines Projektplans

 

Hierbei ist besonders der Einfluss variabler Ressourcenzuweisungen auf die Prozessdauer und die entsprechenden Arbeitsketten sowie deren Konsequenzen für das Gesamtprojekt von Interesse.
Dies soll durch die Entwicklung einer Methodik für Agentensysteme zur Ermittlung optimierter Projektpläne einschließlich eines Bietsystems (Börse) für die Ausschreibung von prozessorien-tierten Tätigkeiten erreicht werden.
Somit soll neben der Verkürzung der Projektlauf-zeit auch eine Steigerung der Transparenz von Bauvorhaben erreicht werden.
Die Ausführung des Bauvorhabens unterliegt vielfältigen Einflüssen, von denen einige in der Regel nicht oder nur unzureichend planbar sind. Daher soll zusätzlich die Möglichkeit geschaffen werden, den gegenwärtigen Ist-Zustand des Bauprojekts aufwandsarm abbilden und den noch ausstehenden Prozessplan auf Basis der aktuellen Daten überarbeiten zu können.

Vorgehensweise

Die Durchführung des Forschungsvorhabens erfolgt anhand von fünf Arbeitspaketen (siehe Abbildung 2).

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Abb. 2: Vorgehensweise

 

Um gängige Probleme bei der Terminplanung von Baustellen zu ermitteln, werden in einem ersten Schritt Referenzszenarien aufgestellt, die als Grundlage für die nachfolgenden Arbeitspakete dienen.
Darauffolgend werden in AP 2 die Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Ressourcentypen sowie deren Anzahl und der spezifischen Dauer eines Vorganges aus dem Ablaufplan er-mittelt und zu allgemeingültigen Kennfeldern und Funktionen abstrahiert, die auf ein möglichst realistisches Abbild der einzelnen Vorgänge schließen lassen. Zudem zählt zu den angestrebten Ergebnissen dieses Arbeitsschrittes eine Handlungsempfehlung für die Klassifizierung und Einordnung aller betrachteten Bauprozesse zur Modellierung der Ressourcenabhängigkeiten mit den gegebenen Kennfeldern.
Die Modellierung der Prozess- und Ressourcenagenten sowie der Börse erfolgt weitgehend parallel in den nächsten beiden Arbeitspaketen. Dabei sollen autonome, lernende und kooperative Prozess- und Ressourcenagenten entstehen, die in einem Mulitagentensystem interagieren können, um eigene und gemeinschaftliche Ziele zu erreichen. Für die Zuweisung der Ressour-cenagenten zu den Prozessen ist eine Börse erforderlich, an der unter Berücksichtigung der geforderten Zielgrößen die Verteilung der Ressourcen zu den Prozessen durchgeführt wird.
Die zuvor entwickelten Modelle und Untersuchungen werden abschließend in ein gemeinsa-mes Simulationsmodell implementiert werden. Mit diesem können Experimente durchgeführt und so unter anderem die Auswirkungen von variablen Prozesslängen aufgrund variabler Res-sourcenanzahl oder statistischer Verteilungen untersucht werden.

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Ansprechpartner

 

Tel  +49.89.289.15975
Fax  +49.89.289.15922
E-Mail: florian.wenzler@tum.de

Raum MW 0502

 

 Förderung

 

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DFG-Forschungsvorhaben
GU 427/22-1