BIM-gestützte Digitale Zwillinge für den Betrieb von Straßeninfrastruktur

Der BIM-Stufenplan des BMVI hat einen deutlichen Schub bei der Digitalisierung der Bauwirtschaft ausgelöst. Viele Planungsbüros sind heute in der Lage, BIM-Planungen in hoher Qualität durchzuführen. Für viele Anwendungsfälle der Planung und Ausführung liegen detaillierte Beschreibungen der Prozesse und Informationsanforderungen vor. Im Masterplan BIM Bundesfernstraßen des BMVI wird diese Entwicklung fortgeschrieben und der Regelprozess mit BIM ab 2025 festgelegt. Gleichzeitig wird hier das Zukunftsbild des „Digitalen Zwillings“ beschrieben, bei dem Herstellerdaten, Sensorik und künstliche Intelligenz eingebunden und mit digitalen Modellen verknüpft werden. Diese hat insbesondere Bedeutung für den Betrieb und die Instandhaltung von baulicher Infrastruktur – ein Bereich, der in der bisherigen Entwicklung zur BIM-Einführung noch nicht ausreichend Beachtung gefunden hat. Im Zuge der Umsetzung des Masterplan sollen eine Reihe von Testfeldern entstehen, in denen Konzepte und Technologien unter Realbedingungen erprobt und verfeinert werden.

Die Bedeutung Digitaler Modelle und Digitaler Zwillinge (DT – digital twins) für den gesamten Lebenszyklus von Produkten und insbesondere auch für die Betriebsphase wurde in der verar­beitenden Industrie bereits vor einiger Zeit erkannt. So führte Rolls Royce dieses Konzept bei der Fertigung und Überwachung seiner Triebwerke schon 2012 ein und konnte durch die Einbeziehung digitaler Zustandsinformationen erhebliche Einsparungen bei Wartung und Reparatur erzielen Digitale Zwillinge sind damit Teil der Industry 4.0 oder des Industrial Internet of Things, das sie eine umfassende digitale Aus­wertung von Produkten erlauben. Nach Boschert et al. (2016) besteht die Vision des digitalen Zwillings in einer umfassenden physischen und funktionalen Beschreibung eines Produkts, die während der Nutzungsphase kontinuierlich auf dem aktuellen Stand gehalten wird.

Um entsprechend dem DT-Konzept eine Zustandsbewertung in das digitale Abbild von Brücken und Straßenanla­gen zu integrieren, ist die Einbeziehung weiterer Informationsquellen (Sensoren, Fotografien etc.) unabdingbar. Die Nachfrage nach preiswerteren Betriebs- und Wartungs­systemen und die Notwendigkeit, regelmäßige Inspektionen an Infrastrukturbauwerken durchzuführen, machen die Relevanz von Digitalen Zwillingen deutlich.

Ziel des hier skizzierten Projekts ist die Ausarbeitung des Konzepts für den Einsatz Digitaler Zwillinge für den Betrieb und die Instandhaltung von Straßeninfrastruktur. Dabei steht zum einen der Übergang von der BIM-gestützten Planungs- bzw. Bauphase in die Betriebsphase im Vordergrund und zum anderen die eigentlichen Anwendungsfälle des Betriebs einschließlich Inspektion, Überwachung und Zustandsbewertung. Darüber hinaus soll das Konzept einer zentralen Datenplattform für Digitale Zwillinge entwickelt werden, bei der alle verfügbaren Informationen an zentraler Stelle zusammenfließen und sowohl für einzelne Bauwerke bzw. Streckenabschnitte als auch bauwerksübergreifend auswertbar gemacht werden. Zudem soll der Informationsaustausch zwischen der zentralen Datenplattform und bestehenden Datenbanken und Fachsystemen des Straßenbetriebs und der Erhaltung mit betrachtet werden und in das Konzept mit einfließen. Die entwickelten Konzepte sollen anhand eines realen Testfelds „Digitaler Zwilling“ in Bayern erprobt und validiert werden.