Bentley Systems – Neue Ansätze für Brückeninspektionen mit digitalen Zwillingen

Ein wichtiger Bestandteil jedes Verkehrsnetzes sind Brücken. Die Instandhaltung dieser Infrastrukturanlagen ist ein wichtiger Beitrag für die öffentliche Sicherheit. Untersuchungen der strukturellen Integrität von Brücken sowie in diesem Zusammenhang gesammelter Informationen bringen für Betreiber und Ingenieure die notwendigen Daten, um die Wartung, Sanierung und die Erneuerung von Brücken zu planen.

Das Problem der Betreiber ist, dass herkömmliche Sichtprüfungen arbeitsintensiv sind, teure Ausrüstung erforderlich ist, Sicherheitsrisiken bergen und je nach Zugänglichkeit und Berichtsmethoden ungenau und fehleranfällig sein können. Die Erfassung von Daten kann schwierig sein, wenn Inspektoren kein detailliertes Verständnis von vorgenommenen Änderungen haben. Dies wirkt sich auf Zeit und Kosten von Inspektionen aus und hat negativen Einfluss auf die allgemeine Mobilität. In manchen Ländern sorgen zudem neue behördliche Vorschriften und damit verbundene Berichtspflichten für zusätzliche Komplexität.

Ein paar der innovativsten Bentley-Anwender haben Inspektionen vor dem Hintergrund digitaler Zwillinge neu erfunden. Ein digitaler Zwilling ist eine digitale Darstellung einer physisch vorhandenen Anlage, eines Prozesses oder Systems sowie der technischen Informationen, mit denen wir ihre Leistung verstehen und abbilden können. Ein digitaler Zwilling kann Daten aus ständigen Vermessungen, Fotogrammetrie, LiDAR und Sensoren kombinieren und Änderungen an Objekten auf einer Zeitleiste nachverfolgen. Dies ermöglicht es Betreibern, die digitale Darstellung des Infrastrukturobjekts und dazugehöriger realer Umweltbedingungen zu betrachten. Da Verkehrsministerien und Behörden unter Druck stehen, ihre begrenzten Mittel so effektiv wie möglich einzusetzen, kann die Nutzung digitaler Zwillinge für sicherere, kostengünstigere, zeitgemäßere und genauere Inspektionen sorgen. Digitale Zwillinge ermöglichen es den Betreibern, Veränderungen zu verfolgen und Informationen wie das genaue Ausmaß von Rissen, Korrosion oder Abschnittsverlusten zu verstehen, sodass diese Informationen nicht mehr aus im Laufe der Zeit aufgenommenen Bildern bezogen werden müssen.

Behörden wie das Verkehrsministerium von Minnesota in den USA setzen Drohnen zur Unterstützung ihrer Inspektionen ein und erzielen mit diesen Verfahren Einsparungen von bis zu 40 %. Da Brücken oft einen sehr langen Lebenszyklus von 75 bis zu 100 Jahren haben, ist es wichtig, Veränderungen an den Bauwerken im Laufe der Zeit nachzuverfolgen. Das Verkehrsministerium von Minnesota kam zu dem Ergebnis, dass sie durch den Einsatz von Drohnen und den Einsatz eines digitalen Zwillings die Veränderungen im Laufe der Zeit erkennen und eine ganzheitliche Sicht auf die Brücke gewinnen konnten. Zusätzlich zu den aktuellen Daten liegen auch Daten von früheren Inspektionen vor, um somit die Effizienz zu verbessern und zukünftige Entwicklungen vorhersagen zu können.

Es gibt zahlreiche Möglichkeiten für Behörden, Standard- und Feldinspektionen mit Drohnen zu ergänzen und zu verbessern. Die im Zuge der Inspektionen gewonnenen Daten können schnell und einfach im Büro überprüft werden. Hierfür gibt es den Zeitraffer-Vergleich ausführlicher Änderungen, Vermerke zu bestimmten Problembereichen und die Hinweise auf Probleme, die vor Ort geprüft werden müssen. Die Inspektoren vor Ort können sämtliche Vermerke zur Inspektion direkt am Bauwerk einsehen, was visuell einfacher, genauer und effizienter ist. Durch diese Faktoren können Kosten gespart, Risiken vermieden und der Zeitaufwand für Inspektionen reduziert werden.

Digitale Zwillinge helfen dabei, von innovativen Ideen wie dem Konzept der Ferninspektionen zu profitieren. Durch den digitalen Zwilling eines Objekts und die umfangreichen Inspektionsfunktionen in der Microsoft HoloLens können Inspektoren wichtige Teile der Inspektion im Büro durchführen, was den Zeitaufwand vor Ort verkürzt. Dadurch wird die gesamte Inspektion schneller, effizienter, sicherer und kostengünstiger. Ein digitaler Zwilling bietet Flexibilität, da er tiefergehende Inspektionen ermöglicht, ohne dafür teure Geräte und Arbeitskräfte einplanen zu müssen. Die Anwendung digitaler Zwillinge bei zahlreichen großen, komplexen oder charakteristischen Brücken kann zu erheblichen Einsparungen führen, auch wenn die Erhöhung der Sicherheit und eine umfassendere Visualisierung das finale Ziel sind.

Einer der größten sichtbaren Fortschritte ist das Realitätsraster, die Visualisierung eines digitalen Zwillings, wodurch das Verständnis der Infrastruktur und der umgebenden Topografie eine weitere Dimension bekommt. Wenn Behörden Drohnen zur Unterstützung ihrer Inspektionen einsetzen, können die von ihnen aufgenommenen Fotos oder Videos und Daten verwendet werden, um ein hochauflösendes Realitätsraster der Brücke zu erstellen. In Kombination mit anderen relevanten Daten ermöglicht dies eine großartige Darstellung eines digitalen Zwillings, egal ob innerhalb oder außerhalb des Netzwerks, über oder unter dem Boden. Die Aufzeichnung dieser Realitätsraster im Laufe der Zeit kann bessere Einblicke in die Veränderungen innerhalb der Bauwerke liefern. Die Verwendung von Realitätsrastern bei Inspektionen kann die benötigte Zeit der Prüfer vor Ort an den Bauwerken erheblich reduzieren.

Der Einsatz von digitalen Zwillingen und Technologien wie Drohnen zur Erfassung, Verarbeitung, Speicherung und Analyse großer Datenmengen kann Zeit und Kosten reduzieren und gleichzeitig die Qualität der Inspektionen erhöhen. Die Technologie kann die Sicherheit der Inspektoren und der Allgemeinheit verbessern und dazu beitragen, die Brückeninfrastruktur auch in Zukunft zu erhalten.

Videomaterial dazu:

• Im Video zu immersiven Inspektionen mit Microsoft HoloLens von Dan Vogen wird gezeigt, wie Anwender UAVs einsetzen, um hochauflösende Bilder von Brücken zu erfassen und mit Bentley-Software präzise digitale Zwillinge der Brücken zu erstellen: https://www.youtube.com/watch?v=Ayz9BSAGO1k&t=8s
• Auf der Microsoft Ignite 2021 präsentierte Microsoft das Context Capture Reality Mesh einer Brücke, visualisiert mit HoloLens zur Unterstützung von Inspektionsworkflows. Video von der MS Ignite-Konferenz: https://www.youtube.com/watch?v=Bha8qs4wB_8&t=3816s

Text und Bilder: Bentley Systems
Autorin: Meg Davis, Industry Marketing Director, Road and Bridge bei Bentley Systems
Meg Davis ist erreichbar unter meg.davis@bentleysystems.com