Hundert plus – Verlängerung der Lebensdauer komplexer Baustrukturen durch intelligente Digitalisierung

Der Zustand eines Bauwerks ist mit fortschreitendem Lebensalter von einer immer schneller zunehmenden Degradation geprägt. Um die Nutzbarkeit komplexer Bauwerke zu verlängern, sind deutlich mehr Informationen zu einem viel früheren Zeitpunkt erforderlich als heute üblich. Um dieses Defizit drastisch zu verringern und zu einer prädiktiven Instandhaltung zu gelangen, bedarf es grundlegender Forschung zu den Methoden der Erfassung, Verknüpfung und Bewertung aller Daten zu Geometrie, Material, Beanspruchung und Alterung. Die Digitalisierung, insbesondere das Konzept des digitalen Zwillings, erlangt in diesem Kontext eine völlig neue Bedeutung. Sie ermöglicht die Kombination und Echtzeitauswertung sämtlicher für Betrieb und Instandhaltung erforderlicher Daten. Das Bauwesen steht hier jedoch vor besonderen inhaltlichen und methodischen Herausforderungen: Bauwerke, v. a. der Verkehrsinfrastruktur, sind immer Unikate. Sie sind geprägt durch enorme Dimensionen und haben eine erheblich höhere Lebensdauer als andere technische Anlagen. Ihre Änderungsrate infolge Deterioration ist sehr gering und somit kaum messbar. Diesen Herausforderungen widmet sich das SPP „100+“ in drei interdisziplinären Forschungsbereichen: Digitale Modelle, Digitale Verknüpfung, Zustandsindikatoren.

Der Bereich „Digitale Modelle“ entwickelt Methoden, um aus heterogenen Bestandsdaten von Ingenieurbauwerken, unterstützt durch digitale Bauaufnahmeverfahren, weitgehend automatisiert georeferenzierte, objektorientierte 3D-Modelle zu erzeugen, die neben der Geometrie auch semantische Informationen enthalten.

Der Bereich „Digitale Verknüpfung“ ist, wie die zeitvarianten Zustandsinformationen des realen Objektes in Echtzeit aufbereitet und mit dem digitalen Zwilling verknüpft werden können.

Um riesige Datenmengen automatisiert in eine vom Menschen schnell und weitgehend intuitiv erfassbare Zustandsinformation umzuwandeln, entwickelt der Bereich „Zustandsindikatoren“ Methoden für deren automatisierte Ableitung aus kontinuierlichen Messdaten und aus Daten der klassischen Instandhaltung und Inspektion.

Die entwickelten Methoden zur Modellgenerierung, zur digitalen Verknüpfung und zur Ableitung von Zustandsindikatoren sollen an einem Demonstratorbauwerk (Die Nibelungenbrücke Worms, siehe Abbildung 1) getestet und validiert werden.

Um das Validierungsobjekt vorzubereiten und genügend Daten zu erhalten, sind vier Arbeitspakete vorgesehen (siehe Abbildung 2).