smartBRIDGE
Hamburg

Die Gegenwart der Zukunft

Die Köhlbrandbrücke erwacht zum Leben! – smartBRIDGE Hamburg ist das ambitionierte Projekt eines Technologie- und Bauingenieur-Konsortiums im Auftrag der Hamburg Port Authority. Die Frage: Wie kann das Instandhaltungsmanagement der in die Jahre gekommenen Köhlbrandbrücke, Wahrzeichen und Hauptschlagader des Hamburger Hafens, optimiert werden? Die Antwort: Digitale Transformation! Die Lösung: In Form ihres Digitalen Zwillings wird die Köhlbrandbrücke zum Leben erweckt, um analoge und digitale Zustandsdaten zu vereinen. Präzisere Schadensprognosen und damit ein prädiktives und nachhaltiges Erhaltungsmanagement sind das Ergebnis.

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Brücken mit Bewusstsein

Das Instandhaltungsmanagement umfasst alle Strategien, Tätigkeiten und Maßnahmen zum Erhalt oder der Wiederherstellung eines funktionsfähigen Zustands eines Bauwerks. Gefragt ist eine möglichst zukunftstaugliche Zustandsbeurteilung, um die bedarfsgerechte Ressourcenverteilung zu optimieren. Das Ziel: Die Lebensdauer von Bauwerken verlängern. Insbesondere für Infrastrukturen ist eine moderne Instandhaltungsstrategie der Eckpfeiler eines nachhaltigen und smarten Erhaltungsmanagements. Brücken etwa sind ihrem eigenen Alterungsprozess und einem zunehmenden Verkehrs- und Handelsaufkommen ausgesetzt. Je nach Standort kommen spezifische Anforderungen für ihre reibungslose Nutzung hinzu. Brücken werden in erhöhtem Maße strapaziert. Den Auswirkungen kann und sollte mit modernster Technologie entgegengewirkt werden.

smartBRIDGE ist ein Pilotprojekt, mit dem Ziel, die Instandhaltung der Köhlbrandbrücke im Hamburger Hafen zu optimieren. Die Software erschafft einen Digitalen Zwilling, eine Echtzeitrepräsentation der realen Brücke auf Basis all ihrer zur Verfügung stehenden Zustandsdaten, um ihre Instandhaltung durch alle damit betrauten Akteuren zu verbessern.

(c) 2017 hpa-Bildarchiv: Martin Elsen, Sandra Fielker (Bild Eigentümerin)

Die Kanalisierung der Informationsflut

Mit smartBRIDGE Hamburg als Echtzeit-Repräsentation bewältigt die Instandhaltung die zentralisierte Analyse aller aggregierten Zustandsdaten der Köhlbrandbrücke. Befunde aus zyklischer Bauwerksprüfung nach DIN 1076, diagnostischen Detailuntersuchungen und kontinuierlicher sensorischer Überwachung werden zu Zustandsindikatoren veredelt. Tonnen von heterogenen Rohdaten bekommen Kontext; werden sinnvoll geclustert und damit schnell nutzbar. Die klassische Bauwerksprüfung (Intervallzyklus von drei bis sechs Jahren) wird dadurch keinesfalls obsolet, als vielmehr unterstützt. Konnte der Bauwerksprüfer bis dato, ob der langen Instandhaltungspausen nur reaktiv arbeiten, ermöglichen ihm vor alle die vernetzen IoT-Sensoren, Degradationsprozesse besser einschätzen und sogar aktiv prognostizieren zu können.

All diese Vitaldaten laufen im Building Information Model zusammen, das wie ein Skelett den wachsenden Informationsorganismus des Digitalen Zwillings der Brücke stabilisiert. Sämtliche Single Source of Truth werden räumlich und semantisch kontextualisiert. Durch die Vernetzung wird BIM zum übersichtlichen Knotenpunkt des gebündelten Datenstroms. Die Kollaboration aller Akteure und die Integrierung ihrer bereitgestellten Teilmodelle wird vereinfacht. Prototypisch erweitert smartBRIDGE damit konsequent den Einsatz von BIM und IoT auf die Nutzungsphase der Brücke. Die Köhlbrandbrücke bekommt einen Puls.

Und das sogar remote. Eine mehrstufige Benutzerschnittstelle bietet allen Akteuren in smartBRIDGE eine intuitiv skalierbare Drilldown-Navigation. Anwenderzentriert und gut konsumierbar nutzt die 3D-Software für den Datenaustausch die offene Schnittstelle der OGC SensorThings API. Via conditionCONTROL kann der User aus explorativer Navigation innerhalb des geometrischen Zwillings oder geführten Touren durch vordefinierte Menüs wählen. expertCONTROL gewährt Einblicke in die Rohdaten. In StructureVIEW taucht der Betrachter beinah in das Asset ein. Die 360°-Ansicht ermöglicht interaktive Inspektionen auf Basis einer fotorealistischen Punktwolke der realen Oberflächenstruktur, die um Zustandsinformationen augmentiert wird. Ein effektives Werkzeug! Wenn man so will, so etwas wie das digitale Stethoskop des Bauwerksprüfers der Zukunft.

Die Brücke in der Hand

smartBRIDGE Hamburg behebt den Widerspruch zwischen Komplexität und Anwendbarkeit hochdifferenzierter Zustandsindikatoren. Das Metakonzept fasst sämtliche Daten der Köhlbrandbrücke zusammen und hält sie auf dem neuesten Stand. Alle beteiligten Akteure können andocken und ihre bereitgestellten Teilmodelle jederzeit integriert werden. Asset-Management und Instandhaltung können agieren, noch bevor Schäden eintreten und sowohl Nutzung als auch Lebensdauer der Brücke beeinträchtigen. Zustandsprognosen werden präziser. Ressourcen können zielgerichteter verteilt werden. Aufbereitet in einer intuitiv bedienbaren Software setzt smartBRIDGE Hamburg einen neuen Maßstab in der digitalen Transformation der Instandhaltung von Brückenbauwerken. Ein entscheidender Schritt für das prädiktive Erhaltungsmanagement von Bauwerken auf der ganzen Welt!

In guter Gesellschaft: der Digitale Zwilling

Digitale Zwillinge werden bereits vielfach von der Industrie eingesetzt. Sie ermöglichen Analysen und Prognosen auf Basis realer Verhaltensweisen oder Abläufe physischer Objekte.

Verglichen mit Erkenntnissen aus der Vergangenheit ergeben die gegenwärtig gesammelten Echtzeitdaten Muster. Diese erlauben Zustandsentwicklungen oder eben Verhaltensprognosen. Jeder Mensch, der ein Smartphone benutzt, hinterlässt nicht nur einen Fußabdruck, sondern einen solchen Digitalen Zwilling im Netz. smartBRIDGE Hamburg überträgt das Konzept auf die Köhlbrandbrücke. Über 500 Sensoren sorgen für ein Zustandsdaten gestütztes Structural Health Monitoring in Echtzeit.

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