Wegweiser Themen – Digitaler Zwilling Bundesfernstrassen

Auswirkung des Digitalen Zwillings

homePORT — Mon, 22 Jan 2024 19:12:53 +0000

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Auswirkung des Digitalen Zwillings

Lernen Sie die konkreten Auswirkungen des digitalen Zwillings auf Menschen und Arbeitswelt kennen.

Das Erhaltungsmanagement im Bundesfernstraßennetz setzt sich aus einer Vielzahl unterschiedlicher Prozesse zusammen und regelt zusammengefasst die gesamte Erhaltung der bundesweiten Bauwerke ab Inbetriebnahme bis hin zum Rückbau. Akteure des Erhaltungsmanagements profitieren durch umfangreichere und qualitativ hochwertigere Informationen von dem Digitalen Zwilling und können diese vorausschauend für eine effizientere Erhaltungsplanung des Infrastrukturbestands verwenden. Erfahren Sie, inwiefern die Erhaltung von den Erneuerungen profitiert und wie sich ihre Prozesse positiv verändern.

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Auswirkung des Digitalen Zwillings

Die Einführung des Digitalen Zwillings und seine Integration in das Erhaltungsmanagement wird zu einer echtzeitfähigeren und objektiveren Aussage über den visuellen und strukturellen Zustand des Bauwerks und seiner Bauteile führen. Die neue Methode des Digitalen Zwillings wird demnach eine erhebliche Auswirkung auf diverse Aspekte des bisherigen Erhaltungsmanagements sowie alle seiner Komponenten haben.

Im Dokument werden bereits in allen Kapiteln aus Sicht der Autor:innen die Auswirkungen auf unterschiedliche Bereiche beschrieben und festgehalten. In diesem Kapitel werden diese Aspekte stichpunktartig, geordnet und zusammengefasst, in fünf unterschiedlichen Bereichen dargestellt. Dem Leser soll damit abschließend nochmals konzentriert aufgezeigt werden, wo zukünftig Auswirkungen durch den Einsatz des Digitalen Zwillings zu erwarten sind.

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Beitrag – Digitaler Zwilling von Brücken

Digitaler Zwilling als Basis für ein nachhaltiges Bauwesen

homePORT — Mon, 22 Jan 2024 19:11:29 +0000

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Digitaler Zwilling als Basis für ein nachhaltiges Bauwesen

Finden Sie heraus, wie der Digitale Zwilling der Baubranche hilft ihren CO2-Ausstoß nachhaltig zu senken.

Um den Klimawandel abzuschwächen gilt das Hauptziel, den CO2-Ausstoß maßgeblich zu verringern. Eines der größten Potentiale, um in der Baubranche CO2-Emissionen zu verringern, liegt in der längeren Nutzungs- und Lebensdauer von Bauwerken. Erfahren Sie, wie der Digitale Zwilling längere Lebensdauern von Bauwerken ermöglicht und wie groß die Reduktionspotentiale dadurch sind.

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Digitaler Zwilling als Basis für ein nachhaltiges Bauwesen

Die Welt verändert sich merkbar – der Klimawandel schreitet voran und die weitere prognostizierte klimatische Entwicklung ist beunruhigend. Das Auftauen der Permafrostböden wird durch den enormen CO2-Ausstoß weltweit angetrieben und die ausgesprochenen Klimaziele, u. a. das Erreichen des 2-Grad-Ziels, könnten bereits in den nächsten Jahrzehnten als gescheitert bezeichnet werden.

Um den Klimawandel noch abzuschwächen, gilt das Hauptziel, den CO2-Ausstoß maßgeblich zu verringern. Dass die Baubranche hier einen wesentlichen Treiber des Klimawandels darstellt und dementsprechend einen erheblichen Beitrag zur Reduzierung des CO2-Verbrauchs leisten kann und muss, zeigen folgende Zahlen:

Dem Bausektor können rund 35 % des Energiebedarfs sowie 38 % der gesamten CO2-Emissionen zugeordnet werden. Ein Großteil lässt sich dabei auf die Zementproduktion zurückführen. Darüber hinaus fallen ca. 55 % des Gesamtabfallaufkommens und 50 % der inländischen Rohstoffentnahme auf den Bausektor. Folgerichtig sollten bei zukünftigen Bauprojekten der ressourcentechnische Aufwand und der CO2-Verbrauch einen bedeutenden Stellenwert bekommen.

Dabei liegt in der Nutzung vorhandener Bausubstanz eines der größten Potenziale des nachhaltigen Bauens. Durch die längere Nutzungs- und Lebensdauer von Bauwerken kann der Zeitpunkt von ressourcenintensiven Investitionen maßgeblich nach hinten verschoben und so umweltschädliche Emission verringert werden. 70 % des gesamten Potenzials der Reduzierung des Zementverbrauchs liegen in der längeren Nutzungs- und Lebensdauer von Bauwerken.

Dass insbesondere in den Infrastrukturbauwerken viel Handlungspotential steckt, zeigt die alternde Bauwerksstruktur in Deutschland. Die meisten Brücken wurden in den Jahren 1960 bis 1985 erbaut, wobei die Anforderungen an die Bauwerke stets gestiegen sind: Höhere Verkehrslasten und der voranschreitende Altersprozess reduzieren die angestrebte Sicherheit. Das Resultat: Die Nachrechnungen erfüllen die Nachweise, im Vergleich zu Neubauten, nicht und der Ersatzneubau ist oftmals die Konsequenz. Dabei bleibt der wahre Bauwerkszustand meist unbeachtet.

Ein Digitaler Zwilling verspricht die Möglichkeit, Bauwerke realistischer zu bewerten und die tatsächlichen Zustands- und Bestandsinformationen mit der rechnerischen Bewertung der Sicherheit in Einklang zu bringen. Die Kombination aus Diagnostik, Monitoring und entsprechender Datenanalyse ermöglicht, das Bauwerk objektiv zu betrachten und den aktuellen Zustand kontinuierlich zu bewerten. So können Tragreserven verfügbar gemacht werden, ohne die erforderliche Standsicherheit einzubüßen. Digitale Zwillinge stellen damit nicht nur ein Werkzeug dar, um Bauwerke länger zu erhalten und so einen wesentlichen Beitrag zum nachhaltigen Bauen zu leisten, sondern bieten einen großen Mehrwert für die Baubranche: Geringere Kosten durch Erhalt, Verringerung der Abfallproduktion und eine Chance für die Einhaltung der Klimaziele.

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Beitrag – Digitaler Zwilling von Brücken

IT-Architektur und Datenmanagement für den Digitalen Zwilling

homePORT — Mon, 22 Jan 2024 19:10:11 +0000

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IT-Architektur und Datenmanagement für den Digitalen Zwilling

Lernen Sie die IT-Architektur und das Datenmanagement zu Verarbeitung der Daten im Digitalen Zwilling kennen.

Ein digitaler Zwilling setzt sich aus diversen fachlichen, datenbasierten, technischen und Geometrie-Daten zusammen. Um diese Datenvielfalt beherrschen zu können, sind eine leistungsstarke IT-Architektur und ein performantes Datenmanagement unabdingbar. Erfahren Sie, wie die IT-Infrastruktur und das Datenmanagement zusammenwirken, um die Verarbeitung großer Datenmengen mit dem Big-Data-Ansatz und die Implementierung von Fachlogik zu leisten.

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IT-Architektur und Datenmanagement für den Digitalen Zwilling

Ein Digitaler Zwilling als Abbild eines realen Bauwerks setzt sich aus diversen fachlichen, datenbasierten, technischen und geometrischen Daten zusammen. Aus dieser Datenvielfalt kann durch fachlich gestützte Betrachtung der Mehrwehrt aus einem Digitalen Zwilling gewonnen werden. Aufgrund der daraus resultierenden hohen Datenlast kann die Zusammenführung, Betrachtung und Bewertung dieser Daten nur stichprobenartig manuell erfolgen. Daher ist eine Softwareplattform zur fortlaufenden automatisierten Prozessierung neuer und bestehender Daten erforderlich.

Ergebnisse kontinuierlich laufender, wiederkehrender und rekursiver Verarbeitungsprozesse reflektieren den Zustand des Digitalen Zwillings. Für einen aktuellen Zustand ist eine hohe Verfügbarkeit und Aktualität dieser Daten Voraussetzung und kann durch eine leistungsstarke IT-Architektur realisiert werden.

Zur Verarbeitung und Bewertung von Daten ist Fachlogik erforderlich, die Eingang in die automatisierte Verarbeitung finden muss. Die Übersetzung von Fachlogik in Softwarecode stellt oftmals eine Hürde dar. Durch eine klare architektonische Trennung von implementierter Fachlogik und Architektur zur automatisierten Datenverarbeitung kann ein System langfristig gewartet und gepflegt werden. Geeignete Datenaustauschformate und Schnittstellen ermöglichen eine fortlaufende fachliche und technische Erweiterbarkeit und lösen Abhängigkeiten von Programmiersprachen bei der Umsetzung und Entwicklung.

In diesem Kapitel wird auf die Trennung einer reinen Architektur zur Verarbeitung großer Datenmengen im Big-Data-Ansatz und der Implementierung von Fachlogik eingegangen. Eine geplante Zielarchitektur soll projektspezifische Anforderungen an Skalierbarkeit, Robustheit, Sicherheit und Erweiterbarkeit erfüllen. Daher sind Teile der Architektur je nach Projektanforderungen und Umfang auszulegen. Die beschriebenen Architekturgrundlagen sind auf die Anforderungen kleiner und großer Architekturen übertragbar.

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Beitrag – Digitaler Zwilling von Brücken

Bauwerksmonitoring: Die dynamische Datenquelle

homePORT — Mon, 22 Jan 2024 19:08:52 +0000

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Bauwerksmonitoring: Die dynamische Datenquelle

Lernen Sie die fünf Schritte zur Erstellung eines Monitoringkonzepts kennen und erfahren Sie, wie Monitoring zum Erhalt von Brücken eingesetzt werden kann.

Das Bauwerksmonitoring generiert Zustandsinformationen mittels sensorischer Messungen. Bisher werden Brücken lediglich problembezogen und in Ausnahmefällen mit einem Bauwerksmonitoring ausgestattet. Die grundsätzlichen Mehrwerte von Monitoring im Kontext einer kontinuierlichen Überwachung und prädiktiven Erhaltung werden nur punktuell gehoben. Erfahren Sie mehr zu den Vorteilen eines kontinuierlichen Monitorings und der Umsetzung im Digitalen Zwilling.

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Bauwerksmonitoring: Die dynamische Datenquelle

Unter Bauwerksmonitoring wird die kontinuierliche und systematische Überwachung eines Bauwerks mittels eines sensorischen Messsystems verstanden. Bauwerksmonitoring wird aktuell i. d. R. problembezogen und in Ausnahmefällen bei Brücken eingesetzt. Die Mehrwerte von Monitoring im Kontext einer kontinuierlichen Überwachung und prädiktiven Erhaltung werden noch nicht genutzt. Im Kontext des Digitalen Zwillings, wie er in diesem Beitrag definiert wird, spielt das Bauwerksmonitoring ab einem Reifegrad von 2 eine zentrale Rolle durch die automatische Generierung von Daten und deren Austausch in Echtzeit über den Lebenszyklus des Bauwerks. Deshalb wird das Monitoring als „dynamische“ Datenquelle bezeichnet.

Brücken sind große, komplexe Bauwerke mit einer geplanten Lebensdauer von mehr als 100 Jahren und sehr langsam stattfindenden Zustandsentwicklungen. Eine kontinuierliche Überwachung zur Einbindung der Messergebnisse in die Bewertung des Bauwerkszustands bedarf deshalb bei der Konzeption und Definition der zu überwachenden Bereiche eines methodischen Vorgehens.

Basierend auf den bisherigen Erfahrungen wird in diesem Beitrag eine Vorgehensweise in fünf aufeinanderfolgenden Schritten vorgestellt.

In Schritt 1 werden im Rahmen einer Sensitivitätsanalyse die zu überwachenden Sachverhalte, die maßgebende Schädigungsprozesse und neuralgische Bauwerksbereiche identifiziert und definiert. In Schritt 2 werden basierend auf dieser Analyse die geeignete Sensorik und das zugehörige Messlayout gewählt, wobei zwischen lokaler und globaler Bauwerksüberwachung unterschieden wird.

Danach wird in Schritt 3 definiert, wie die erhobenen Messdaten im Hinblick auf die Erzeugung von Zustandsinformationen analysiert werden. In Schritt 4 werden zur Erfüllung der Ziele die Anforderungen an die Messdatenerfassung und -übertragung definiert. In Schritt 5 werden all diese Informationen in einem strukturierten Dokument – dem Monitoringkonzept – zusammengeführt.

Es wird schnell ersichtlich, dass der erste Schritt (Sensitivitätsanalyse) am wichtigsten, aber auch am komplexesten ist. Im Beitrag wird für diesen Schritt eine Methodik vorgestellt, in der die Analyse der Brücke nach vier Kriterien erfolgt. Innerhalb der modellbasierten Analyse werden die statischen Tragsicherheits- und Gebrauchstauglichkeitsnachweise analysiert.

Im Rahmen der zustandsbasierten Analyse werden die erfassten und bereits vorhandenen Schäden und Mängel analysiert. Bei der erfahrungsbasierten Analyse hingegen werden die undokumentierten Erfahrungen der Objektbetreuenden (z. B. Brückenprüfer:in, Anlagenmanager:in) herangezogen. Diese Ansätze beziehen sich alle konkret auf das zu untersuchende Objekt. In Ergänzung dazu wird bei der entwurfsbasierten Analyse eine systematische Auswertung bestehender ähnlicher Brückenbauwerke herangezogen. Ergänzend zur Konzeption werden in diesem Beitrag auch für Umsetzung und Dokumentation des Monitorings Hinweise für die Einbettung in den Digitalen Zwilling gegeben. Darüber hinaus werden spezifische Anforderungen an Daten und System in der Betriebsphase des Monitorings zusammengefasst.

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Sensoren und der Digitale Zwilling

Im Bauwesen können unterstützend Sensoren eingesetzt werden. Sie liefern zusätzliche bauwerksspezifische Informationen, die eine verbesserte Zustandsbewertung ermöglichen. Außerdem können Sie dabei helfen, erforderliche Kompensationsmaßnahmen verträglich zu gestalten oder zu überwachen. Wie können Sensoren im Erhaltungsmanagement eines Bauwerkes eingesetzt werden? Welche Sensorinformationen sind in den Digitalen Zwilling zu integrieren? Müssen auch die Sensoren selbst auf ihre Zuverlässigkeit geprüft werden? Wie ist die Umsetzung bei smartBRIDGE Hamburg? Mehr zur Integration von Sensorinformationen in den Digitalen Zwilling finden Sie in diesem Video.

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Beitrag – Digitaler Zwilling von Brücken

Mensch-Maschine-Schnittstelle und Visualisierung

homePORT — Mon, 22 Jan 2024 19:08:52 +0000

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Mensch-Maschine-Schnittstelle und Visualisierung

Lernen Sie die intuitive Bedienbarkeit und gute Visualisierung kennen, die für den Digitalen Zwilling notwendig sind.

Eine ansprechende Visualisierung und intuitive Bedienbarkeit sind die Grundvoraussetzung dafür, dass die Nutzer:innen den Digitalen Zwilling annehmen, motiviert in ihr Arbeitsleben einbinden und somit von dessen Vorteilen profitieren. Erfahren Sie, was für eine gute Visualisierung notwendig ist und wie eine intuitive Bedienbarkeit erreicht werden kann.

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Mensch-Maschine-Schnittstelle und Visualisierung

Ein Digitaler Zwilling ist ein Konglomerat heterogener, jedoch kontextualisierter und strukturierter Daten und daraus entstehender Informationen. Um Zugang zu diesen Daten und Informationen zu erhalten oder um Einfluss auf solche Daten ausüben zu können, ist eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMS) erforderlich. Erst durch eine strukturierte und benutzer:innenfreundliche MMS können Mehrwert und Wissen aus den verknüpften Daten gehoben werden.

Aus den verschiedenen beteiligten Akteuren, die den Digitalen Zwilling entwickeln, betreiben und nutzen, können verschiedene Nutzer:innengruppen identifiziert werden, die unterschiedliche Verantwortlichkeiten, Aufgaben, Kompetenzen und Bedürfnisse besitzen. Die MMS soll möglichst auf die Anforderungen, Rechte, aber auch auf die Bedürfnisse der verschiedenen Nutzer:innengruppen zugeschnitten sein. Die Aufgabe bei der Entwicklung der MMS besteht demnach nicht nur in der fachlich richtigen Wiedergabe von Informationen, sondern auch in der Art, wie die Inhalte dargestellt werden und wie eine einfache, intuitive und effiziente Bedienung möglich ist.

Um die unterschiedlichen Anforderungen der verschiedenen Nutzer:innengruppen berücksichtigen zu können, ist eine mehrstufige Mensch-Maschine-Schnittstelle aus heutiger Sicht die zweckmäßige Lösung. Diese kann aus den folgenden Ebenen bestehen:

1 – Eine aggregierte Gesamtübersicht mit abstrahierten Kennzahlen für einen schnellen und vollständigen Überblick über den aktuellen Bauwerkszustand. Die integrale aggregierte Gesamtübersicht mit Raumbezug in einem 3D-Modell ermöglicht gerade bei komplexen Tragwerken die Informationen und deren Zusammenhang intuitiv erfassen und verstehen zu können.

2 – Expert:innenansicht(en) zur Analyse der Detaildaten mit der Möglichkeit einer freien und individuellen Datenexploration. Bei Auffälligkeiten oder bei speziellen Fragen im Zuge der laufenden Erhaltungstätigkeiten haben Nutzer:innen damit die Möglichkeit, die Rohdaten bedarfsgerecht zu sichten und zu analysieren. Eine Verknüpfung zwischen der aggregierten Ansicht (1) und den Expert:innendashboards (2) ermöglicht eine lückenlose, intuitive, strukturierte sowie schnelle Exploration der Daten.

3 – Eingabe
Die verschiedenen Datensätze, die im Digitalen Zwilling einzubinden sind, müssen initial angelegt werden. Dazu sind entsprechende Eingabeschnittstellen notwendig.

4 – Konfiguration
Zur Initialisierung des Digitalen Zwillings ist eine anfängliche Konfiguration vorzunehmen. In der Betriebsphase sind Anpassungen oder Erweiterungen der Erstkonfiguration notwendig. Zu diesen Zwecken ist eine geeignete Konfigurationsschnittstelle vorzusehen.

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Beitrag – Digitaler Zwilling von Brücken

Digitaler Zwilling und BIM

homePORT — Mon, 22 Jan 2024 19:07:48 +0000

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Digitaler Zwilling und BIM

Entdecken Sie die wichtigsten Komponenten des Digitalen Zwillings unter Integration von BIM.

Lernen Sie das Zukunftsbild des Digitalen Zwillings und BIM kennen unter Integration der beiden verknüpften Methoden in Planung, Ausführung und Betrieb von Infrastrukturbauwerken. Erfahren Sie außerdem mehr über den Prozess der Erstellung eines Digitalen Zwillings in einem interdisziplinären Team.

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Digitaler Zwilling und BIM

In diesem Dokument wird der Digitale Zwilling im Kontext der Nutzungsphase, bestehend aus Betrieb und Erhalt von Brücken, eingebettet. Ziel des Digitalen Zwillings ist es, einen informationellen Mehrwert zu liefern, um die gegenwärtige und zukünftige Sicherheit von Infrastrukturbauwerken zu gewährleisten und die Anlagenverfügbarkeit zu erhöhen. Dafür greift der Digitale Zwilling auf eine Vielzahl von Datenquellen zurück, die in der Regel heterogene und unverarbeitete Daten enthalten. Diese Datenstränge werden im Digitalen Zwilling zusammengeführt und gesamtheitlich betrachtet, ausgewertet und zu Informationen verarbeitet. Die Informationen werden den Nutzer:innen über ein intuitives „Frontend“ in strukturierter und georeferenzierter Art und Weise zur Verfügung gestellt.

In Abhängigkeit des Reifegrades wird ein Digitaler Zwilling aus unterschiedlichen Datenquellen gespeist. Die wichtigste Komponente des Digitalen Zwillings ist allerdings das BIM-Modell. Diese fundamentale Datenquelle dient als Basis für die Navigation in der Visualisierung, zur Verortung von Datenquellen und zur Abbildung der Bauwerkstaxonomie. Darüber hinaus werden wichtige Informationen aus der Bauwerksprüfung, aus der Bauwerksdiagnostik und in Abhängigkeit des Reifegrads aus dem Bauwerksmonitoring innerhalb des BIM-Modells
verortet sowie visualisiert. Zusätzlich können weitere zustandsrelevante Daten (z. B. Satellitenbilder, Fahrzeug- oder Smartphone-Daten) einbezogen werden.

In höheren Reifegraden ist das Herzstück des Digitalen Zwillings die automatisierte Datenverarbeitung, durch welche die Rohdaten zu aggregierten Zustandsinformationen verarbeitet werden und auf deren Grundlagen Zustände prognostiziert werden können. Aber auch nicht aggregierte Informationen von Dritten lassen sich innerhalb des Digitalen Zwillings importieren (Embedded-Data) oder verlinken (Linked-Data).

All diese Informationen werden den Nutzenden durch eine Mensch-Maschine-Schnittstelle strukturiert, bedarfsgerecht und intuitiv zur Verfügung gestellt. Wurde BIM bislang überwiegend für die Planung und den Bau von Infrastrukturbauwerken angewandt, ermöglicht der Digitale Zwilling die Überführung der BIM-Methode nun auch in den Bauwerksbetrieb, womit der BIM-Definition im Masterplan BIM Bundesfernstraßen entsprochen wird.

Die Erstellung von Digitalen Zwillingen für Infrastrukturbauwerke ist eine neue und interdisziplinäre Aufgabe. Die erforderlichen Teilaufgaben können derart spezifisch sein, dass Fachleute zur Koordinierung und Umsetzung dieser Aufgaben erforderlich sind. Darüber hinaus können die derzeitigen typischen Vergabemöglichkeiten für Ingenieur- oder Bauleistungen diesen neuen Entwicklungen noch nicht Rechnung tragen und sind deshalb i.d.R. ungeeignet, um entsprechende Leistungen auszuschreiben und zu vergeben. Daher werden nachfolgend auch die an der Erstellung von Digitalen Zwillingen beteiligten Akteure und die erforderlichen Prozesse vorgestellt. Dies bildet eine Grundlage für Auftraggeber- und Auftragnehmer:innen, um gerade in der Phase der Pilotierung, z. B. im Rahmen von digitalen Testfeldern, diese neue Aufgabe zu beschreiben, zu strukturieren und eine gemeinsame vertragliche Basis zu schaffen. Die Prozessbeschreibung ermöglicht damit eine zweckmäßige und geeignete Leistungsbeschreibung bzw. Ausschreibung.

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Data Analytics: Aggregation der Bauwerksinformationen

homePORT — Mon, 22 Jan 2024 19:07:31 +0000

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Data Analytics: Aggregation der Bauwerksinformationen

Finden Sie heraus, wie die Daten aus Bauwerksprüfung, Monitoring und Diagnostik vereint und aggregiert werden.

Die aktuell primär reaktive Instandhaltungsstrategie kann durch die hochfrequente Überwachung in eine zustandsorientierte oder bei ausreichender Datenhistorie gar in eine prädiktive Instandhaltungsstrategie überführt werden. Entdecken Sie, wie diese Daten zusammengeführt, aggregiert und zu Zustandsindikatoren veredelt werden und somit eine objektive Bewertung des Bauwerkszustand basierend auf Bauwerksprüfung, Monitoring und Diagnostik ermöglichen.

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Data Analytics: Aggregation und Automatisierung der Zustandsbewertung

Aus den Fachdisziplinen der Bauwerksprüfung, -diagnostik, -monitoring sowie der rechnerischen Nachweisführung lassen sich Daten akquirieren, die den Zustand und die Tragfähigkeit eines Bauwerkes beschreiben. Diese unstrukturierten Daten sind in ihrer Rohform zunächst kontextfreie Angaben. Aus Daten werden Informationen, wenn sie verwaltet, analysiert und kontextbezogen interpretiert werden. Erst die Informationen führen zu einem Erkenntnisgewinn, wodurch Entscheidungen ermöglicht werden. Häufig können Informationen im Kontext zueinander existieren, sich gegenseitig beeinflussen oder gar bedingen. Eine Aggregation dieser Informationen kann folglich zu einer optimierten Bewertung des Bauwerkzustandes und der Tragfähigkeit beitragen.

Der Digitale Zwilling bietet hierfür eine Grundlage. Die Informationen können in strukturierter, hierarchisierter Form an einem Bauwerksmodell exakt verortet werden. Der Mehrwert entsteht dabei nicht nur durch das verbesserte Datenmanagement, sondern auch durch die Möglichkeit, die Informationen durch die exakte Lokalisierung zu kontextualisieren. Die Herausforderung besteht aktuell darin, dass die Vorgehensweisen der einzelnen Fachdisziplinen bei der Erfassung, Verarbeitung und Bewertung der Informationen keinem übergreifenden, einheitlichen Vorgehen folgen. Die Informationen münden zu unterschiedlichen Zeitpunkten in unterschiedlichen Zustandskennzahlen. Auch sorgt die variierende Art der Datenablage für erschwerte Bedingungen bei der Kontextualisierung der Einzelinformationen.

Zur aggregierten Darstellung und Bewertung dieser Informationen im Digitalen Zwilling ist eine Vereinheitlichung der Prozesse von Vorteil. Damit dies gelingen kann, ist eine klare Strukturierung der Prozesse notwendig.

Die Bauwerksprüfung und die rechnerische Nachweisführung stellen die unabdingbaren Hauptdisziplinen zur Bewertung des Bauwerkes dar. Beide münden in der Praxis in getrennten Zustandskennzahlen, welche einerseits durch die Erfassung von Schäden und Mängeln den Bauwerkszustand und andererseits durch die Untersuchung der Lastabtragungseigenschaften und Einwirkungsbedingungen die Tragfähigkeit und das Lastniveau beschreiben. Als unterstützende Disziplinen dienen hier das Monitoring und die Diagnostik durch die Generierung zusätzlicher, bauwerksspezifischer Informationen. Diese bauwerkspezifischen Informationen können entweder in den Zustandskennzahlen münden oder sie kennzeichnen einen Handlungsbedarf innerhalb der Hauptdisziplinen. Besonders das Monitoring bietet durch die Möglichkeit der hochfrequenten Messung eine höherfrequente Erfassung des Bauwerkszustandes und möglicher Veränderungen von Lastniveaus und Lastabtragungseigenschaften.

Die aktuell primär reaktive Instandhaltungsstrategie kann durch die hochfrequente Überwachung in eine zustandsorientierte oder bei ausreichendem Datenbestand gar in eine prädiktive Instandhaltungsstrategie überführt werden. Dabei bestimmt die Ausprägung des
Data-Analytics-Bausteins eines Digitalen Zwillings, ob es sich um einen Reifegrad von 2, 3 oder 4 handelt.

Es wird darüber hinaus ein alternativer Ansatz zur Zustandsaggregation aus dem Projekt smartBRIDGE Hamburg gezeigt, bei dem durch einheitlich bewertete Zustandsindikatoren eine Aggregation aller Informationen ermöglicht wird. Die Hauptdisziplinen der Bauwerksprüfung und rechnerischen Nachweisführung werden aufgrund der Tatsache, dass sie letztlich die Standsicherheit des Bauwerkes beschreiben, mit einheitlichen, zustandsnotenähnlichen Zustandskennzahlen bewertet.

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Zusammenführung der Zustandsinformationen aus Monitoring, Diagnostik und Bauwerksprüfung

Das Potenzial des Digitalen Zwillings von Bauwerken ist am größten, wenn Zustandsinformationen aus allen verfügbaren Quellen integriert werden. Was sind die Vorteile, wenn die Zustandsdaten im Digitalen Zwilling zusammengeführt werden? Wie werden die Informationen aus Monitoring, Diagnostik und Bauwerksprüfung im Rahmen von smartBRIDGE Hamburg integriert? Wie schafft man es, ganzheitliche Zustandsnoten aus den drei Quellen zusammenzuführen und entlang der Bauwerksstruktur zu aggregieren? Welche praktischen Beispiele wurden beim Digitalen Zwilling der Köhlbrandbrücke umgesetzt? Informieren Sie sich in diesem Video über die Ermittlung eines ganzheitlichen Bauwerkszustands.

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Bauwerksprüfung: Die integrale und visuelle Bewertungsbasis

homePORT — Mon, 22 Jan 2024 19:07:30 +0000

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Bauwerksprüfung: Die integrale und visuelle Bewertungsbasis

Erfahren Sie, wie der Digitale Zwilling die Bauwerksprüfung unterstützen kann.

Die Bauwerksprüfung, geregelt nach der DIN 1076 und weiter ausgeführt für Ingenieurbauwerke in der RI-EBWPRÜF, findet regulär mindestens alle 3 Jahre in unterschiedlicher Tiefe statt. Sie erfasst den visuellen Zustand der einzelnen Bauteile sowie des gesamten Bauwerks. Entdecken Sie, welche Vorteile die Integration der Bauwerksprüfung in den Digitalen Zwilling generiert und wie die Bauwerksprüfer:innen vom Digitalen Zwilling profitieren können.

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Bauwerksprüfung: Die integrale und visuelle Bewertungsbasis

Die Bauwerksprüfung, geregelt nach der DIN 1076 und weiter ausgeführt für Ingenieurbauwerke in der RI-EBWPRÜF, findet regulär mindestens alle 3 Jahre in unterschiedlichen Arten statt. Sie erfasst den visuellen Zustand der einzelnen Bauteile sowie des gesamten Bauwerks. Geschulte Bauwerksprüfer:innen inspizieren zusammen mit einem Prüftrupp bei der Hauptprüfung das Bauwerk handnah, dokumentieren sämtliche Schäden sowie Mängel und verorten diese teils noch händisch auf Bauwerksplänen.

Auf Grundlage eines stetig wachsenden Schadenskatalogs werden alle Schäden bzw. Mängel nach ihrem Sicherheitsrisiko bezüglich Standsicherheit, Dauerhaftigkeit und Verkehrssicherheit sowie Schadensschwere beurteilt. Darauf aufbauend berechnet ein bundesweit einheitlicher Algorithmus anhand aller vorhanden Schäden und Mängel den Zustand der einzelnen Bauteile und vergibt eine Zustandsnote, die im Bereich von 1,0 bis 4,0 liegt. Die Zustände der einzelnen Bauteile folgen einem Aggregationsprozess und bilden schlussendlich den Zustand des gesamten Bauwerks. Die Dokumentation der Bauwerksprüfung findet bislang in der Informationsdatenbank SIB-Bauwerke statt.
Neben dem Traglastindex, der mit einem Vergleich zwischen Ziellastniveau und aktueller Brückentragfähigkeit die tatsächlichen Defizite der Tragfähigkeit darstellt – aber weitestgehend unabhängig vom visuellen Zustand vergeben wird –, ist die Zustandsnote des Bauwerks eine der wichtigsten Kennzahlen für die Erhaltungsplanung des gesamten Brückenbestands der Bundesfernstraßen.

Genaue Abläufe, Akteure und Prozesse zur Zustandsbewertung sowie Richtlinien der Bauwerksprüfung werden im ersten Teil dieses Kapitels detailliert vorgestellt. Anschließend werden die aktuellen Defizite aus Sicht der Autor:innen hervorgehoben. Die Bauwerksprüfung bildet durch normative Vorgaben und ihre große Bedeutung in der Erhaltungsplanung neben dem Bauwerksmonitoring und der Bauwerksdiagnostik eine von drei fundamentalen Informationsquellen im Digitalen Zwilling, um den aktuellen Zustand des Bauwerks wiedergeben zu können. Neben den Zustandsinformationen sind besonders die Angaben zu Schäden und deren Verortung in einem 3D-Modell ein großer Vorteil gegenüber dem bisherigen Vorgehen mittels Bestandsplänen.

Bauwerksprüfer:innen können sich im weiteren Verlauf der Nutzungsphase eines Bauwerks einfacher ein Bild des aktuellen Zustands der Brücke machen, die vorhandenen Schäden genauer identifizieren, verfolgen und zusätzliche Informationen aus Bauwerksmonitoring, Bauwerksdiagnostik sowie aggregierten Zustandsinformationen für eine objektivere Bewertung des Bauwerkszustands in Bauwerksprüfungen hinzuziehen.

Der zweite Teil des Kapitels diskutiert, wie die Bauwerksprüfung im Rahmen des Digitalen Zwillings zu verstehen ist, welche Veränderungen sich für die Prozesse ergeben werden und welche zukünftigen neuen Aufgaben in einer Bauwerksprüfung zu beachten sind – aber auch, welche Vorteile der Digitale Zwilling speziell für die Bauwerksprüfung bringt.

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Einbindung von Schäden im Digitalen Zwilling

Bauwerke werden im Rahmen einer visuellen Bauwerksprüfung alle 3-6 Jahre inspiziert und auf Schäden untersucht. Wie ist das aktuelle Vorgehen der Schadensdokumentation und welche Informationen liegen zu den Schäden vor? Welche Vorteile bietet die Integration der Informationen in einem Digitalen Zwilling? Wie ist die Integration in smartBRIDGE Hamburg realisiert worden? Antworten auf diese und weitere Fragen finden Sie im folgenden Video.

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Das BIM-Modell: Anforderungen und Aufbau

homePORT — Mon, 22 Jan 2024 19:06:51 +0000

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Das BIM-Modell: Anforderungen und Aufbau

Lernen Sie die Rolle des BIM-Modells im Digitalen Zwilling und die konkreten Anforderungen an das Modell kennen.

Das BIM-Modell erfüllt eine zentrale Aufgabe im Digitalen Zwilling. Doch wie sieht die BIM-Methode aus und wie kann diese für den Digitalen Zwilling verwendet werden? Neben der Definition von Mindestanforderungen und der Klärung der Form und des Umfangs der Datenaggregation werden in diesem Kapitel unterschiedlichste Komponenten des BIM-Modells im Hinblick auf die Nutzung im Digitalen Zwilling beleuchtet. Erfahren Sie, wie es am besten aufgebaut und strukturiert wird, damit Ihre Bauwerke und dessen Nutzer:innen nachhaltig davon profitieren.

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Das BIM-Modell: Anforderungen und Aufbau

Das BIM-Modell hat innerhalb des Digitalen Zwillings eine besondere Aufgabe – es bildet die Grundlage zur Erstellung des Zwillings. Darüber hinaus dient es als Basis für dreidimensionale Visualisierung, Verortung von Informationen und das Navigationskonzept innerhalb des „Frontends“.

Die Erstellung des BIM-Modells sollte nach der klassischen BIM-Methode erfolgen, wodurch die Zuständigkeiten und Akteure klar definiert sind. Die weiteren Anforderungen werden durch die Auftraggeber:innen-Informationsanforderungen (AIA) beschrieben und durch den BIM-Abwicklungsplan (BAP) aufgegriffen. Jeder Akteur ist dabei für sein eigenes Fachmodell verantwortlich. In einem CDE (Common Data Environment) können die Modelle verwaltet und versioniert werden.

Zur Nutzung des BIM-Modells im Digitalen Zwilling werden verschiedene Fachmodelle erforderlich. Die Grundlage bildet das Bauwerksmodell selbst. An dieses werden Mindestanforderungen bzgl. „Level of Detail“ und „Level of Information“ gestellt. Es sollte mindestens über einen solchen Detail- und Informationsgrad verfügen, dass die Informationen aus anderen Datenquellen mit ausreichender Genauigkeit verortet werden können. Eine genaue Festlegung muss im Einzelfall und in Abhängigkeit vom Use-Case, der Komplexität des Bauwerks und Datenquellen geschehen. Darüber hinaus enthält das Bauwerksmodell über seine Semantik die Taxonomie/Hierarchie des Bauwerks. Sie wird für Straßenbrücken durch die ASB-ING vorgegeben und muss im Digitalen Zwilling für die Navigation im Frontend – aber auch für die Datenaggregation bei höheren Reifegraden – zur Verfügung stehen.

Die Datenquellen Bauwerksinspektion, -monitoring und -diagnostik werden über eigene Fachmodelle mit eigenen zuständigen Akteuren in den Digitalen Zwilling integriert. Sie dienen hauptsächlich der Informationsverortung, können jedoch auch selbst Informationen (z. B. über Schäden, Sensoren und Untersuchungen) enthalten (Embedded-Data). Alternativ liegen die Informationen in anderen Systemen vor und es erfolgt eine Verknüpfung zwischen der Verortung im BIM-Modell und den weiteren Quellen (Linked-Data). Ob und inwieweit die Daten in den Fachmodellen selbst enthalten sind oder nur eine Verknüpfung zwischen Ort und Information über den Digitalen Zwilling stattfindet, muss im Einzelfall entschieden werden. Verschiedene Kriterien dafür werden in diesem Kapitel benannt.

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Was ist ein Digitaler Zwilling?

homePORT — Mon, 22 Jan 2024 19:06:33 +0000

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Was ist ein Digitaler Zwilling?

Lernen Sie die Definition des Digitalen Zwillings und dessen fünf verschiedene Reifegrade kennen.

Digitale Zwillinge haben das Potential, in unterschiedlichster Art und Weise eingesetzt zu werden und Mehrwert zu stiften. Wegen der vielen Unterschiede in Kriterien und Funktionsweise haben sich Klassifikationen für Digitale Zwillinge etabliert. Was sind Reifegrade? Welche Arten von Digitalen Zwillingen gibt es und worin unterscheiden sie sich? Welche Mehrwerte schaffen diese? Erfahren Sie, in welche Kategorien Digitale Zwillinge eingeteilt werden und welche Arten von Digitalen Zwillingen es bezüglich des Bauwesens gibt.

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Was ist ein Digitaler Zwilling?

Ein Digitaler Zwilling ist ein digitales Abbild eines physischen Systems, wobei das reale System und sein virtuelles Abbild bestenfalls über den gesamten Lebenszyklus durch einen automatischen Daten- und Informationsaustausch in Echtzeit miteinander verknüpft sind. Je nach Komplexität und Reifegrad sammelt der Digitale Zwilling unterschiedliche Daten seines realen Zwillings, verwaltet, analysiert, bewertet und visualisiert diese und ermöglicht schlussendlich je nach Anwendungsfall zum Beispiel die Überprüfung des Soll-Ist-Zustandes oder die Anwendung prädiktiver Instandhaltungskonzepte. Er kann somit dem Nachvollziehen der Vergangenheit, der Kontrolle der Gegenwart und der Prognose der Zukunft dienen.

Um eine eindeutigere Beschreibung der Fähigkeiten eines Digitalen Zwillings zu ermöglichen, haben sich fünf Reifegrade etabliert. Beginnend mit Reifegrad 1 besteht ein Digitaler Zwilling einzig aus einer virtuellen Nachbildung des realen Objekts mit der Einbindung von objektbezogenen (Zustands-)Daten. Im Reifegrad 2 werden zusätzlich sensorbasierte Messdaten für dessen Zustandsbewertung in Echtzeit genutzt.

Ein Digitaler Zwilling im Reifegrad 3 nutzt diese Daten weiterführend und erstellt Zustandsprognosen, aus denen er im Reifegrad 4 mit Hilfe von maschinellem Lernen eigenständig Handlungsempfehlungen entwickelt. Im höchsten Reifegrad 5 ist der Digitale Zwilling autonom, lernt und handelt selbstständig. Aktuelle Entwicklungen gehen im Infrastrukturbereich allerdings noch nicht über den Reifegrad 3 hinaus.

Neben dem Reifegrad lassen sich auch verschiedene Arten von Digitalen Zwillingen unterscheiden. Grundsätzlich gibt es Komponentenzwillinge, Objektzwillinge und Systemzwillinge. Ein Komponentenzwilling bildet lediglich ein einzelnes funktionierendes Bauteil ab (Querträger, Hänger, Lager etc.). Ein Objektzwilling ist ein Abbild des gesamten baulichen Objekts mit mehreren internen Komponenten. Und ein System aus mehreren zusammenhängenden Objektzwillingen der gleichen oder ähnlichen Domäne lässt sich durch einen Systemzwilling abbilden.

Darüber hinaus existieren Prozesszwillinge und vernetzte Zwillinge, wobei erstere tendenziell Prozesse wie z. B. Lieferketten oder auch Erhaltungsprozesse abbilden; letztere domäneübergreifende Zwillinge (Wohngebäude, Infrastruktur, Fabriken etc.) miteinander verbinden.

Alle Arten von Digitalen Zwillingen haben in ihren unterschiedlichen Reifegraden das Ziel, einen Mehrwert zu erschaffen: Indem sie es ermöglichen, das Verhalten des realen Objekts genauer zu verstehen, um daraus abgeleitet präzisere und damit bessere Entscheidungen für das physische System zu treffen.

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