Emrich, Š. (2013). Deployment of mathematical simulation models for space management [Dissertation, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://doi.org/10.34726/hss.2013.21380
In den entwickelten Ländern Europas sind Gebäude für etwa ein Drittel aller Treibhausgasemissionen verantwortlich. Nichtsdestotrotz ist die effiziente Nutzung (hohe Auslastung) von Räumen ein weitgehend unbekanntes Thema, welches als Möglichkeit zur Senkung von Kosten und Emissionen von der Branche erst entdeckt wird. Bedingt durch diese Tatsache existieren bislang auch kaum Strategien zur Effizienzsteigerung in diesem Bereich. Mathematische Modellbildung und Simulation (MMS) bietet eine breite Palette an Werkzeugen und Ansätzen um Systeme zu analysieren und zu verbessern, beziehungsweise um Antworten auf Fragen zu finden, die in der Realität nicht oder nur zu einem extrem hohen "Preis" beantwortet werden können. Bislang wird MMS jedoch im Allgemeinen in der Immobilienbranche nicht genutzt. Der Beitrag dieser Dissertation liegt darin, die oben beschriebene Lücke zwischen Flächennutzung beziehungsweise Flächenmanagement und MMS zu schließen. Als Einleitung wird das Problem der Raumnutzung/des Flächenmanagements samt Identifikation von potentiell interessanten Objekten (Schul- und Universitätsgebäude) und der (rechtlichen) Hürden erörtert. Danach wird die klassische Definition des MMS-Prozesses erweitert, um das Risiko von Missverständnissen und schlechtem Projektdesign bei MMS-Projekten zu reduzieren. Es folgt eine Evaluierung der mathematischen Optionen zur Verbesserung der Flächennutzung, welche einen Mangel an praktikablen Lösungen für reale Anwendungsfälle auf diesem Gebiet (Timetabling und Scheduling) feststellt. Es wird daher der Fokus vom Timetabling auf Raum-Kontingentierung verlegt, wofür eine entsprechende "Werkzeugsammlung" entwickelt wird. Diese umfasst Methoden für die Systemanalyse, den Modelleinsatz und die -einbettung sowie Ansätze für die mathematische Modellierung respektiver Systeme. Für die Systemanalyse werden die Business Process Modelling Notation (BPMN) zugunsten besserer Lesbarkeit modifiziert und der Prozess der Stakeholder Analyse (SHA) formalisiert. Für die Unterstützung beim Modelleinsatz werden Methoden aus der Informatik (Entity Relationship Modelling) transferiert und mit Techniken aus der Informationsvisualisierung kombiniert. Darauf basierend wird ein Leitfaden für die Einsatzplanung entwickelt, mittels welchem Hindernisse bei der Modelleinbettung im Realsystem identifiziert werden und entsprechende Projektmodifikationen durchgeführt werden können. Schließlich werden mathematische Definitionen entwickelt welche es ermöglichen die Probleme der Flächennutzung zu formalisieren und zu quantifizieren. Dieser entwickelte "Werkzeugkasten" wird in einer Fallstudie an der TU Wien angewandt und auf seine Tauglichkeit hin geprüft. Im Zuge dieses Projektes muss jedoch festgestellt werden, dass die (anfangs identifizierten) institutionellen Hindernisse den geplanten Einsatz behindern. Mithilfe des entwickelten Leitfadens können jedoch Behelfslösungen erarbeitet werden, welche zu einem vernünftigen Ergebnis führen. In der Hoffnung, dass in der Privatwirtschaft finanzielle Einsparungen ein hinreichender Anreiz für eine konsequente Umsetzung von entsprechenden Projekten sind, wird ein dynamisches, agentenbasiertes Simulationsmodell für Büroflächen entwickelt. Dieses Modell wird zusammen mit allgemeinen Ergebnissen für diesen Anwendungsbereich präsentiert. Die Dissertation zeigt das große Potential für die Verbesserung der Flächennutzungsintensität mittels MMS. Neben der Entwicklung und Bereitstellung von Methoden für Anwender beider Disziplinen (MMS und Flächenmanagement), welche die interdisziplinäre Kooperation verbessern sollten, werden Empfehlungen für die Beseitigung der verbliebenen (institutionellen) Hindernisse ausgesprochen.
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Buildings are responsible for roughly one third of greenhouse gas (GHG) emissions within developed countries, yet space utilization efficiency is still a widely unidentified topic. With the sector only starting to become aware of it as a means to reduce GHG emissions and save (financial) resources there are hardly any strategies to improve space utilization efficiency. Mathematical modeling and simulation (MMS) offers a wide variety of tools and approaches to analyze and improve systems and for producing answers to problems that cannot (or only at a very high "price") be answered in real life. Yet, at the time being MMS is generally not being used in the realm of real estate management. This thesis' original contribution to knowledge is bridging the gap between space management and MMS, covering multiple aspects of the problem. First an introduction to the problem of space utilization and management, including identification of potentially interesting objects (educational facilities) and (legal) obstacles, is given. Next the classical definition of the MMS-process is expanded in order to reduce chances for misunderstandings and poor project-design in MMS-projects, followed by an evaluation of the mathematical options for improvement of space utilization, which shows a lack of practical solutions to solve real-world problems in this area (timetabling and scheduling). Subsequently the focus is shifted from timetabling to room allocation, for which a tool-set is assembled. This includes methods for system analysis, model-deployment and -integration and approaches for mathematical modeling of the respective systems. For system analysis the Business Process Modelling Notation (BPMN) is adapted for improved efficiency and the Stakeholder Analysis (SHA) process is formalized. For model-deployment methods from computer sciences (Entity Relationship Modelling) are transferred and combined with techniques from information visualization. Based on this a guideline for deployment of mathematical simulation models is created, which allows identification of obstacles for model-deployment within real-world systems and provides options for project modification to overcome those. Finally mathematical definitions are introduced, allowing formalization and quantification of the problems faced in space management. This elaborated theoretic base is put to test in a case study at Vienna University of Technology (TU Vienna). In the course of the project it is found that the institutional obstacles (identified at the very beginning) hinder great improvement. Workarounds, based on the developed deployment guideline, still allow for a reasonable outcome of the simulation project. In the hope that financial savings are a sufficiently strong motivation for a thorough implementation in the private sector, an outlook is given for improvement of space utilization in the field of office buildings. For this a dynamic, agent-based (AB) simulation model is developed and presented along with general results for this business area. The thesis shows the big potential that MMS offers for improvement of space management utilization. Besides providing the tools for practitioners of both areas (MMS and real estate development) which should allow improved interdisciplinary cooperation, recommendations are given to overcome the (institutional) obstacles that remain.
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