Data representation in steel pre-fabrication: a multi-modal approach for interoperability, automation and reuse

Jung, Victoria Clarita; Feldmann, Markus; Brell-Cokcan, Sigrid

doi:44944

Data representation in steel pre-fabrication: a multi-modal approach for interoperability, automation and reuse = Datenrepräsentation in der Stahlvorfertigung: ein multimodaler Ansatz für Interoperabilität, Automatisierung und Wiederverwendung

Jung, Victoria Clarita^RWTH*

2025 & 2026

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Victoria Jung

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2025

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2025

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2026

Genehmigende Fakultät
Fak02

Hauptberichter/Gutachter
Brell-Cokcan, Sigrid (Thesis advisor)^RWTH* ; Feldmann, Markus (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2025-12-16

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2026-00763
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1026249/files/1026249.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Individualisierte Bauproduktion (211510)

Projekte

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
DSTV-NC (frei) ; construction (frei) ; digitalization (frei) ; interoperability (frei) ; steel pre-fabrication (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 720

Kurzfassung
Angesichts des steigenden Bedarfs an nachhaltigen Bauweisen rücken Baustoffe mit hoher Wiederverwendbarkeit und rückbaufähigen Verbindungstechniken zunehmend in den Fokus. Insbesondere Stahl verfügt in diesem Zusammenhang über vielversprechende Eigenschaften, die einen positiven Beitrag zur Reduzierung von Emissionen und Müll leisten können. Eine der zentralen Herausforderungen für die breite Umsetzung der Wiederverwendung von Stahl ist das Fehlen einer durchgängigen, digitalen und interoperablen Datengrundlage. Dies betrifft nicht nur die Rückbauphase, sondern ist entlang der gesamten Wertschöpfungskette im Bauwesen von Bedeutung. Durch die vorgelagerte Fertigung von Stahl sind sowohl horizontale Digitalisierungsstrategien, die einen standardisierten Datenaustausch zwischen verschiedenen Akteuren ermöglichen, als auch vertikale Strategien gefragt, um innerbetriebliche Prozesse und Stakeholder zu vernetzen. Derzeit erschweren jedoch uneinheitliche Datenformate und proprietäre Softwarelösungen einen solchen Datenaustausch erheblich. In der Stahlfertigung hat sich das DSTV-NC Format als gängiger Standard zur Beschreibung von Geometriedaten und zur Ansteuerung konventioneller Fertigungsmaschinen etabliert. Es erreicht jedoch seine Grenzen bei der Erfüllung moderner Interoperabilitätsanforderungen und der Unterstützung neuer automatisierter Fertigungsprozesse, wie der robotischen Bearbeitung. Um die Digitalisierung der Fertigung und die Wiederverwendung von Bauteilen im Sinne einer zirkulären Bauwirtschaft voranzutreiben, ist ein flexibleres und semantisch reichhaltigeres Datenmodell erforderlich. Im Rahmen dieser Forschungsarbeit wird ein multi-modaler Ansatz zur Datenrepräsentation in der Stahlvorverarbeitung untersucht. Dabei werden sowohl das Industry Foundation Classes (IFC)-Schema als auch ontologiebasierte Frameworks als mögliche Nachfolger zum DSTV-NC Format betrachtet. Eine detaillierte Analyse der für neue Fertigungs- und Wiederverwendungsprozesse erforderlichen Datenstrukturen bildet die Grundlage für die Entwicklung. Ihre Praxistauglichkeit wird anhand prototypischer robotergestützter Stahlfertigung evaluiert. Angesichts der Ergebnisse wird ein kombinierter Ansatz empfohlen. Das IFC-Schema dient als standardisiertes Datenmodell, mit dem projektübergreifende Informationen innerhalb einer Common Data Environment (CDE) gespeichert und zugänglich gemacht werden. Ergänzend ermöglichen ontologiebasierte Modelle die flexible und domänenspezifische Abbildung von Daten. Diese kompatible Datenarchitektur unterstützt horizontale und vertikale Digitalisierung. Die Dissertation analysiert praktische Herausforderungen bei der Integration des Datenmodells in bestehende Planungs- und Fertigungsprozesse, zeigt Standardisierungsansätze auf und trägt so zur digitalen Transformation im Stahlbau sowie zur Förderung zirkulärer Prinzipien durch verbesserte Dateninteroperabilität bei.

In view of the growing demand for sustainable construction methods, building materials with high reusability and deconstructable connection techniques are increasingly coming to the fore. In this particular context, steel has been identified as having the potential to positively contribute to the reduction of emissions and waste. One of the key challenges for the widespread implementation of steel reuse is the lack of a consistent, digital and interoperable data basis. This not only affects the deconstruction phase, but is also important along the entire value chain in the construction industry. The upstream production of steel requires both horizontal digitalisation strategies that enable standardised data exchange between different actors and vertical strategies are important to connect internal processes, systems and stakeholders. However, the presence of inconsistent data formats and proprietary software solutions increase the complexity of such data exchange. While the DSTV-NC format has become an established standard for representing geometric data and enabling conventional steel fabrication, it no longer meets the requirements for modern interoperability or supports emerging fabrication methods such as robotic processing. Advancing digital fabrication and facilitating material reuse in line with circular construction principles therefore requires a more flexible and semantically enriched data model. This dissertation proposes a multi-modal approach to data representation in steel pre-fabrication. Both the Industry Foundation Classes (IFC) schema and ontology-based frameworks are investigated as potential successors to the DSTV-NC format. A detailed analysis of the data structures required for novel fabrication and reuse processes form the basis for the development of both models. Their practical applicability is evaluated through prototype implementations in robotic steel fabrication. Based on the findings, a combined approach is recommended. The IFC schema serves as a standardised data model that allows cross-project information to be stored within a Common Data Environment (CDE), ensuring accessibility for all relevant parties. Ontology-based models can complement this by enabling flexible, domain-specific modelling of detailed data. This interoperable data architecture supports both horizontal and vertical digitalisation. The dissertation also examines the practical challenges of integrating the proposed data model into existing planning and fabrication workflows, and identifies specific opportunities for standardisation. The outcomes contribute to the advancement of digital transformation in steel construction and simultaneously promote circular economy principles through enhanced data interoperability and process automation.

OpenAccess:
PDF
(zusätzliche Dateien)