IT Supported Construction Project Management Methodology Based on Process and Product Model and Quality Management

Computer Integrated Construction Project Management (CPM) supported by product and process models can be seen as a future type of integration structure facilitating the solution of various management problems in the fragmented Construction Industry. The key to success is directly correlated with the comprehensive integration of currently isolated IT applications. However, despite that a number of initiatives have been developed, no fully generic models have yet to be formally standardized. This topic has been the subject of intensive research during the last decades. In this thesis a Computer Integrated CPM approach, which is supported by IFC (Industry Foundation Classes) and ISO9001:2000 Quality Management System, is proposed. The main aim is to provide integration of product, process and organizational information to help achieve the interoperability of the involved actors and tools in a concurrent environment. According to implied requirements which are represented in the ‘state of the art’ section, the fundamental concepts are presented in two parts as: (1) realization of CPM in an IT concept and (2) formalization of IFC Views for software interoperability on the example of Bidding Preparation Phase. In order to realize a generic framework using a high-level process core model named Organizational Management Process (OMP) model, different aspects have been brought together into a consistent life cycle structure. These are: (1) a set of layered processes based on ISO procedural definitions, (2) software integration requirements based on Construction Management Phases, (3) application methods of the Procurement System and (4) Organizational data. This provides for synchronizing technical products, processes, documents, and actors in their inter-relationship. The framework is hierarchically structured in three layers Phases – Processes - Product data. The developed IT Management Processes (ITMP) which are used as a baseline for the IFC Views implementation are derived from the OMP. Moreover, in order to support completeness, a mapping structure between processes and scenarios based on the Procurement Systems was constituted. The representation of OMP and ITMP is provided by using the ARIS eEPC (extended event-driven process chain) modeling method. On the basis of a generalized representation of product data, a system-wide integration model for heterogeneous client applications which supports different CPM areas can be achieved. IFC Product Data Model integrates different domains thereby enabling coordination of bidding preparations. However, there is a need to realize individual model subsets. i.e. views of the product model. In this context, adaptable views were developed based on ITMP. The defined resources’ relevancies to IFC Objects are examined by realizing central information elements. These provide a mapping structure between process resources and IFC Classes. On that basis integration of process and product models can be accomplished. In order to realize IFC Views, IFC Concepts and IFC Instance Diagrams were developed based on IFC View Definition Format. The grouping of IFC Concepts enables the implementation of the adaptable IFC Views that are required for standardized system integration. This is achieved with the help of formal specification using the Generalized Subset Definition Schema. The validation has been made based on an alphanumerical comparison. The selected 3D full-model and the developed IFC View for Product Catalog models are compared in this context. There are two consequences observed. In the first case, which also addresses Unit Price Procurement systems, the desired results were obtained by filtering the required data. However, when the results were compared for Design & Build and Lump-sum Procurement Systems (contracts), an extension need was observed in the IFC Model. The solution is provided via formalization of cost data and material analysis information by an extension of IFC Concept namely ‘IfcConstructionResource’ with new classes and with new relations. Thereby a common information model based on the data schema of the IFC standard is constituted.Das von Produkt- und Prozessmodellen unterstützte computerintegrierte Bauprojektmanagement (CPM) kann als der zukünftige Typ der Integrationsstruktur angesehen werden, der die Lösung verschiedener Baumanagementprobleme in der fragmentierten Bauindustrie erleichtern kann. Der Schlüssel zum Erfolg steht in direkter Beziehung zu einer umfassenden Integration derzeit getrennter IT-Anwendungen. Trotz zahlreich entwickelter Ansätze, die zur Verfügung gestellt wurden, sind bisher noch keine vollständig generischen Modelle formell standardisiert worden, obwohl dies in den letzten Jahrzehnten ein Thema intensiver Forschung war. In dieser Promotionsschrift wird eine computerintegrierte CPM-Methode, die auf Basis der IFC (Industry Foundation Classes) und dem Qualitätsmanagement ISO 9001:2000 aufbaut, vorgeschlagen. Das Hauptziel besteht in der Schaffung der Integration von Produkt-, Prozess- und Organisationsinformationen, um die Interoperabilität der beteiligten Akteure und Tools in einer parallelen Umgebung erreichen zu können. Entsprechend den Anforderungen, die im Abschnitt „Stand der Technik“ aufgeführt sind, werden die vorgeschlagenen, grundlegenden Konzepte in zwei Bereiche aufgeteilt: (1) Umsetzung der CPM-Prozesse in ein IT-Konzept und (2) Formalisierung der IFC-Sichten für die Interoperabilität von Software, beispielhaft ausgeführt für die der Ausschreibungsphase. Um einen generischen Rahmen unter Verwendung eines hochrangigen Prozesskernmodells, das als organisatorischer Managementprozess (OMP) bezeichnet wird, zu realisieren, werden zuerst die verschiedenen Aspekte in einer konsistenten Lebenszyklenstruktur zusammengefügt. Diese sind: (1) eine Menge hierarchisch geschichteter Prozesse, erstellt auf der Grundlage der Verfahrensdefinitionen von ISO 9001, (2) die Softwareintegrationsanforderungen auf der Grundlage der Baumanagementphasen, (3) die Anwendungsmethoden des Beschaffungssystems und (4) die Organisationsdaten. Dadurch wird die Synchronisation der in Wechselbeziehung stehenden technischen Produkte, Prozesse, Dokumente und Akteure geschaffen. Das gesamte System ist hierarchisch in die drei Ebenen Phasen – Prozesse – Produktdaten strukturiert. Die entwickelten IT-Managementprozesse (ITMP), die als Grundlage für die IFC-Implementierungssichten dienen, werden aus dem OMP hergeleitet. Der Vollständigkeit halber, wird eine Abbildungsstruktur zwischen den Prozessen und den Szenarien, die die Beschaffungssysteme beschreiben, entwickelt. Die Darstellung der OMP und ITMP erfolgt unter Verwendung der erweiterten ereignisgesteuerten Prozessketten (eEPK) nach der ARIS-Modelliermethode. Auf der Grundlage einer verallgemeinerten Darstellung der Prozessdaten kann das systemweite Integrationsmodell für heterogene Client-Anwendungen, das verschiedene CPM-Bereiche unterstützt, erreicht werden. Das IFC-Produktdatenmodell integriert verschiedene Domänen und ermöglicht somit die Koordinierung der hier beispielhaft gewählten Ausschreibungsbearbeitungen. Hierzu ist es notwendig, Teilmodelle, d. h. Sichten des Produktmodells zu erzeugen. Entsprechend wurden anpassbare Sichten auf der Grundlage von ITMP entwickelt. Die Bedeutung der in diesem Zusammenhang identifizierten Informationsprozessressourcen in Bezug auf die IFC-Objekte wurde durch die Einführung zentraler Informationselemente, sog. IFC Concepts, untersucht. Diese stellen eine Abbildungsstruktur zwischen den Prozessressourcen und IFC-Klassen zur Verfügung. Auf dieser Grundlage konnte die Integration von Prozess- und Produktmodellen erreicht werden. Um die IFC-Sichten zu realisieren, wurden auf der Grundlage des IFC-Sichtendefinitionsformats IFC-Konzepte und IFC-Instanzendiagramme entwickelt. Die Gruppierung in IFC-Konzepten ermöglichte die Implementierung von anpassbaren IFC-Sichten, die für die standardisierte Systemintegration erforderlich sind. Diese wird mit Hilfe einer formellen Spezifikation unter Verwendung der verallgemeinerten Subset-Definitionsschema-Methode (GMSD) erreicht. Die Validierung erfolgte auf der Grundlage eines alphanumerischen Vergleichs, in dem ein ausgewähltes 3D-Produktmodell und die daraus entwickelte IFC-Sicht für das Produktkatalogmodell verglichen wurden. Es ergaben sich zwei Schlussfolgerungen. Im ersten Fall, der auch das Einheitspreisbeschaffungssystem betrifft, konnten die gewünschten Ergebnisse direkt durch Filterung der erforderlichen Daten erhalten werden. Beim Vergleich der Ergebnisse sowohl für Pauschal-, als auch für Entwurfs- und Baubeschaffungssysteme (Verträge) wurde jedoch festgestellt, dass für das IFC-Modell ein Erweiterungsbedarf besteht. Eine Lösung wurde über die Formalisierung der Kostendaten und Materialanalyseinformationen durch Erweiterung des IFC-Konzepts IfcBauRessource mit neuen Klassen und mit neuen Beziehungen erreicht. Somit erhält man ein allgemeines Informationsmodell auf der Grundlage des Datenschemas des IFC-Standards