Nutzung digitaler Methoden zur Realisierung eines Digitalen Zwillings von Brückenbauwerken

Zur Bewältigung der Herausforderungen der alternden Infrastruktur und des Fachkräftemangels kann die Digitalisierung durch Effizienzsteigerungen einen wesentlichen Beitrag leisten. Die Zielsetzung ist die Realisierung eines Digitalen Zwillings der Infrastruktur, der das Bauwerksmanagement sowohl auf technischer als auch auf administrativer Ebene effizienter gestaltet. Die Bauwerksüberwachung erfolgt über die Erfassung physischer Veränderungen und deren Übertragung auf das digitale Abbild, das eine Analyse der Ursachen ermöglicht. Zur Erreichung dieser Ziele werden digitale Methoden wie Building Information Modelling (BIM) und Ontologien eingesetzt. Ontologien sind maschineninterpretierbare Modelle, die Bauwerksinformationen sowie das zugrunde liegende Expertenwissen vereinen und somit eine effizientere Administration ermöglichen. BIM ermöglicht die Verknüpfung semantischer, alphanumerischer und geometrischer Informationen. Der bidirektionale Informationsaustausch zwischen realen Brückenbauwerken und digitalem Abbild ist der Kern des Digitalen Zwillings. Dieser Ansatz wird bislang nur in einer begrenzten Anzahl von Projekten teilweise umgesetzt, weshalb ein Blick auf die unterschiedlichen Vorgehensweisen mit ihren Vor‐ und Nachteilen sowie die damit verbundenen Herausforderungen sinnvoll ist. Es wird eine Vorgehensweise für die Erstellung von Teilsystemen Digitaler Zwillinge von Brückenbauwerken auf Basis von Structural Health Monitoring und Ontologien vorgestellt.

Digitalization can make an important contribution to overcome the challenges of ageing infrastructure and the shortage of skilled workers by increasing efficiency. The aim is to create a digital twin of the transportation infrastructure that makes construction management more efficient at both technical and administrative levels. Structural health monitoring is carried out by recording physical changes using sensors and transferring them to the digital model, which enables the causes to be analyzed directly. Digital methods such as BIM and ontologies are used to achieve these goals. Ontologies are machine‐interpretable models that combine building information and underlying expert knowledge, thus enabling more efficient administration. BIM enables the linking of semantic, alphanumeric and geometric information. The bidirectional exchange of information between real bridges and the digital model represents the core of the digital twin. However, this has so far only been partially implemented in a small number of projects, which is why a look at the different approaches with their advantages and disadvantages as well as the associated challenges is useful. In addition, a procedure is presented that can be used as a template for the creation of central subsystems of digital twins of bridges based on Structural Health Monitoring and Ontologies.