B 182: Building Information Modeling (BIM) im Brückenbau
Martin Seitner, Rebecca Probst, André Borrmann, Simon Vilgertshofer
111 S., 87 Abb., 10 Tab., ISBN 978-3-95606-701-3, 2022
Um die BIM-Methode im Erhaltungsmanagement von Brückenbauwerken anzuwenden und die BIM-Modelle über die Lebenszyklusphasen Planung und Bau auch im Betrieb durchgehend nutzen zu kön-nen, müssen frühzeitig Definitionen und Anforde¬rungen festgelegt werden, die an die BIM-Methodik für das Erhaltungsmanagement gestellt werden. Das Ziel des Projektes ist es, den gesamten Infor-mationslebenszyklus eines Brückenbauwerkes zu untersuchen und dabei insbesondere die für das Betriebs- und Erhaltungsmanagement notwendigen Informationen zu berücksichtigen. Wesentlich dabei ist es, zu identifizieren, welche Informationen rele¬vant für die gängigen Anwendungsfälle und Szena¬rien im Erhaltungsmanagement sind. Die relevan¬ten Informationen werden dann den möglichen Datenquellen zugeordnet. Der Fokus liegt dabei auf der Praxistauglichkeit sowohl beim Erhaltungsmanagement, das üblicherweise von Behörden ver¬antwortet wird, als auch im Informationsbeschaf¬fungsprozess, bei dem verschiedene Beteiligte in¬volviert sind. In den vergangenen 15 Jahren wurden im Rahmen verschiedener Projekte umfangreiche Untersuchun¬gen zur Anwendung von BIM im Brückenbau durch¬geführt. Dabei stellt vor allem die Veröffentlichung des IFC-Bridge Standards einen wesentlichen Fort¬schritt dar. Dennoch fehlen weiterhin konkrete Pro¬zesse, Standards sowie Umsetzungsstrategien des Bundes. Expertenbefragungen hinsichtlich der Informations¬anforderungen und der Umsetzung von Anwen¬dungsfällen im Erhaltungsmanagement haben zu den Ergebnissen geführt, dass der Umfang der in den bestehenden Regelwerken geforderten Infor¬mationen ausreichend ist, die Informationsquellen und die Form der Information selbst jedoch nicht einheitlich und eindeutig sind. Aus den Befragun¬gen und Analysen des Status quo im Erhaltungsmanagement hat sich ein Konzept entwickelt, welches aus einem Frontend, also der Benutzeroberfläche eines BIM-Bestandsmanagementsystems, und aus einem Backend mit den verschiedenen Datenquel¬len besteht. Die Grundprinzipien des Konzeptes sind, dass alle Informationen im Backend vorhan¬den sein sollen und dass alle Informationen in einer auswertbaren Form zur Verfügung stehen müssen. Hinsichtlich der Zuordnung zwischen Dokumenten und Modelelementen wurde eine Verknüpfung über ein Metadatenkonzept oder das Hinterlegen von Links hinsichtlich der Handhabung als sinnvoll er¬achtet. Dabei werden die Daten in ihrer ursprüngli¬chen Form beibehalten und so eine langfristige Ar¬chivierung sichergestellt. Um die als notwendig identifizierten Informationen möglichst aufwandsarm zu erheben und für den Be¬trieb bereitzustellen, wurden zunächst die Begriffe As-built Modell und Digitale Bauwerksakte definiert. Im Rahmen einer BIM-gestützten Planung ist für ein As-built Modell sicherzustellen, dass dieses im Rahmen der Toleranzen dem gebauten Zustand entspricht. Für die Einführung des BIM-gestützten Erhaltungsmanagement bei Bestandsbrücken er¬gibt sich die große Herausforderung, dass Daten vielfach nur begrenzt digital vorliegen. Für die Erstellung der digitalen Bauwerksakte wur¬den die Ansätze Fusion-Data und Linked-Data un¬tersucht und der Linked-Data Ansatz weiterverfolgt. Für die Verwaltung von As-built Modellen wird das IFC 4x2 Format empfohlen. Für die Anwendungsfälle Bauwerksprüfung, Nach¬rechnung, Schwertransporte, Durchführung von Er¬haltungsmaßnahmen, Erweiterung des Bauwerks in Form von Um- und Ausbau sowie die Auswertung von Netzstatistiken wurde der Einfluss von BIM, die Nutzung der Informationen sowie die daraus entste¬henden Soll-Prozesse im Betrieb konzipiert. Dafür wurde anhand eines praxisgerechten Konzepts die Umsetzung der Anwendungsfälle über das Frontend dargestellt. Das Konzept verfolgt die Voraus¬setzungen einer webbasierten Software als Frontend, welche als Zugang zur digitalen Bauwerksakte dient. Zur Demonstration der entwickelten Konzepte wer¬den anhand des realen Projektes BW 27/1 der A99 die BIM-Anwendungsfälle des Erhaltungsmanage¬ments implementiert. Auf Grundlage der in den AIA ergänzten Attributtabellen wurden die Attribuierung der BIM-Modelle sowie die Prüfung der Attribute durchgeführt. Weiterhin wurden die Dokumente auf Grundlage der entwickelten Konvention parametri-siert und regelbasiert mit den Daten verlinkt. Auf Grundlage der daraus erstellten digitalen Bau-werksakte wurde für die Umsetzung der Anwen¬dungsfälle eine softwarespezifische Demo erstellt. Auf Grundlage der im Projekt begegneten Techno¬logien wird ein Ausblick in künftige Trends und Ent-wicklungen gegeben. Laut einer Studie von Roland Berger werden Trends wie Cloud-Computing, Big Data, Internet of Things, Künstliche Intelligenz, Blockchain, Virtual und Augmented Reality, Robo¬tik, Sensorik oder Smart Buildings und Smart Cities auch maßgebenden Einfluss auf das Planen, Bauen und Betreiben der Bauwerke von morgen haben.
Aktualisiert: 2023-01-16
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B 177: Digitales Testfeld Autobahn - Intelligente Brücke - Synchronisation von Sensorik und automatisierte Auswertung von Messdaten
Ursula Freundt, Sebastian Böning, Stefan Fischer, Florian-Lennert Lau
189 S., 173 Abb., 37 Tab., ISBN 978-3-95606-687-0, 2022
Deutschland verfügt über eine gut ausgebaute Infrastruktur. Deutschland ist auch ein hochfrequen-tiertes Transitland. Der Verkehr allgemein und der Straßenverkehr insbesondere sind relevante Wirt-schaftsfaktoren. Die kontinuierliche Schaffung und Erhaltung eines Netzes von Ingenieurbauwerken im Verkehrssystem Straße sind Ziele der verschiedenen Management Systeme. Die Systeme leben von den vorhandenen Daten. Hierzu zählen Daten des Verkehrs und Daten des Status des Bauwerkes. Im Rahmen des Nationalen Innovationsprogramms „Straße im 21. Jahrhundert“ des Bundesministeriums (BMVI) wurden Forschungsvorhaben gefordert, die sich u. a. mit der Entwicklung neuer Konzepte und Technologien zur Bereitstellung solcher Datenbestände befassen. Alle bisherigen Forschungs- und Praxisprojekte betrafen Bestandsbrücken und verfolgten das Ziel eines objektspezifischen Verkehrs-lastmodells bzw. einer Überwachung eines vorhandenen Schadens. Eine Weiterentwicklung des Einsatzes für Brücken von Beginn der Verkehrsfreigabe für einen weiteren Dauerbetrieb fehlt (national und international). Mit der Pilotstudie „Intelligente Brücke im Digitalen Testfeld Autobahn sollen gemäß einer Konzeption der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) die bisherigen Entwicklungen des BASt-Forschungscluster „Intelligente Brücke“ umfänglich demonstriert und damit bundesweit zugänglich gemacht werden. Zu diesem Zweck hat die Bayerische Straßenbauverwaltung im Rahmen des vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) geplanten Digitalen Testfeldes Autobahn das Bauwerk BW402e im Bereich des AK Nürnberg, Richtungsfahrbahn Regensburg (Verbindungsrampe A3 zur A9) zum Ausbau zur intelligenten Brücke vorgesehen. Die Brücke ist ein Neubau. Im Fokus der „Intelligenten Brücke im Digitalen Testfeld Autobahn“ stehen die Schwerpunkte „Einwirkungsüberwachung und Analyse“, „Intelligente Fahrbahnübergange und Lager“ sowie „Intelligente Sensornetze“. Den Kern der „Intelligenten Brücke im Digitalen Testfeld Autobahn“ bilden die Messsysteme neben der Datenanalyse, Bewertung und Visualisierung von Ergebnissen sowie dem Datenmanagement. Im Bauwerk 402e am Autobahnkreuz Nürnberg sind fünf verschiedene Messsysteme installiert. Dabei sind konventionelle Systeme und Systeme in Erprobung kombiniert. Die unterschiedlichen Systeme, die unabhängig voneinander entwickelt wurden, dienen so einem gemein-samen Ziel, gestatten Referenzen und einem ganzheitlichen Erfahrungsgewinn. Der vorliegende Schlussbericht dokumentiert in diesem Gesamtkontext die Bearbeitung des Forschungsprojektes „Digitales Testfeld Autobahn – Intelligente Brücke - Synchronisation von Sensorik und automatisierte Auswertung von Messdaten“. Im Rahmen der Bearbeitung werden vorhandene Algorithmen und Methoden angewendeten und weiterentwickelt, um aus den Messdaten sowohl die Erkennung von überfahrenden Fahrzeugen zu realisieren als auch Kennwerte des Status des Bauwerkes zu ermitteln. Wesentlicher Projektschwerpunkt ist dabei die Realisierung der vollständig automatisierten Daten-auswertung, Datenaufbereitung und Datenpublikation vor Ort. Die Messdaten für diese Auswertungen stammen dabei aus dem Messsystem an der Brücke, am Lager und am Fahrbahnübergang. Daten aus den anderen Messsystemen werden als Referenzquellen herangezogen. Aus diesem Ansatz heraus ist die zeitliche Synchronisation von Messdaten aus verschiedenen, heterogenen Systemen ein zu-sätzlicher Schwerpunkt des Projektes. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Erprobung und Weiterent-wicklung des drahtlosen Sensornetzes. Auch hieraus können Referenzdaten für die anderen Systeme gewonnen werden. Alle erfassten und aufbereiteten Daten müssen systematisch gehalten, gesichert und publiziert werden. Diese Anforderungen bilden einen weiteren Schwerpunkt der Projektbearbeitung. Die Entwicklung einer Web-basierten Ergebnispublikation ist dabei eine wesentliche Zielstellung.
Aktualisiert: 2023-01-16
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B 178: Intelligente Brücke – Reallabor Intelligente Brücke im Digitalen Testfeld Autobahn
Sarah Windmann
55 S., 28 Abb., 6 Tab., ISBN 978-3-95606-689-4, 2022
Das Bundesfernstraßennetz ist verschiedenen Herausforderungen wie u.a. das gesteigerte Verkehrs-aufkommen und die hohe Altersstruktur der Bauwerke ausgesetzt. Aktuell basiert das Erhaltungs-management von Brücken auf regelmäßigen Bauwerksinspektionen, die weitestgehend aus einer visu-ellen Bewertung bestehen. Um den derzeitigen Herausforderungen adäquat zu begegnen sowie vorausschauend handeln zu können, müssen neue, effektive und effiziente Lösungen gefunden werden. Daher hat die BASt 2011 den Forschungsschwerpunkt „Intelligente Brücke“ ins Leben gerufen. Unter Verwendung digitaler Technologien und Methoden wurde damit eine Grundlage für ein prädiktives Erhaltungsmanagement geschaffen, welches Bauwerkseigentümer bei der Gewährleistung der Sicher-heit, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit ihrer Bauwerke unterstützen soll. Im Rahmen dieses Berichts wurden die relevanten zumeist konzeptionellen Arbeiten aus den Jahren 2011 bis 2020 zusammen-gestellt. Der Fokus liegt dabei auf den Aspekten Datenerfassung, -aufbereitung, -analyse und –be-wertung, -management sowie Qualitätssicherung. Die erfolgten Arbeiten bilden die Grundlage für die Realisierung verschiedener Reallabore, in denen ausgewählte Entwicklungen und Forschungsansätze an Bauwerken unter realen Bedingungen erprobt, bewertet und weiterentwickelt werden. Das Reallabor „Intelligente Brücke im Digitalen Testfeld Autobahn“ wird in diesem Bericht im Detail vorgestellt und die eingesetzten System hinsichtlich ihrer Praxistauglichkeit und Dauerhaftigkeit beurteilt. Bei dem Bauwerk handelt es sich um eine vierfeldrige Spannbeton-Hohlkastenbrücke, die mit den vier Messsytemen „Brückenkennwerte“, „drahtloses Sensornetzwerk“, „instrumentierte Lager“ und „instrumentierter Fahr-bahnübergang“ ausgestattet ist. Über einen Zeitraum von 5 Jahren erfolgen an dem Reallabor For-schungsprojekte, mit dem Ziel, die Messsysteme im Zusammenhang zu Demonstrieren und Verfahren zur zuverlässigen Erfassung und automatisierten Auswertung sowie eine Webanwendung zur Pub-likation der Ergebnisse zu entwickeln. Damit stehen Informationen zu Verkehr, Wetter- und Klimaein-flüssen, Bauteil und bauwerksbezogene Kennwerte zur Verfügung. Durch die kontinuierlichen Er-kenntnisse zu Einwirkungen und Status des Bauwerks und der instrumentierten Bauteile kann der Betreiber der Brücke unterstützt werden. Die im Rahmen des Reallabors „Intelligente Brücke im Digitalen Testfeld Autobahn“ gewonnenen Erkenntnisse und Erfahrungen schaffen eine wichtige Grundlage für die Konzeption weiterer Reallabore. Anhand von Reallaboren werden kontinuierlich Realdaten generiert, die als Grundlage für weitere Forschung dienen können im Hinblick auf u.a. die Verifizierung von Systemannahmen, Überprüfung und Kalibrierung von Ingenieurmodellen sowie die Weiterentwicklung von datenbasierten Algorithmen. Darüber hinaus bieten Reallabore optimale Bedingungen zur Erprobung und Weiterentwicklung von praxistauglichen und zuverlässigen Innovationen.
Aktualisiert: 2023-01-16
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B 163: Iris Hindersmann:
Dauerüberwachung von Bestandsbrücken – Quantifizierung von Zuverlässigkeit und Nutzen
84 S., 61 Abb., 18 Tab., ISBN 978-3-95606-573-6, 2021
Die Tragreserven der Brücken der Bundesfernstraßen sind aufgrund gestiegener Verkehrslast, Defiziten aufgrund des Alters und der Bauart und der Verschlechterung des Erhaltungszustandes teilweise aufgebraucht. Eine Ertüchtigung und/oder Ersatz aller betroffenen Bauwerke ist kurzfristig nicht möglich, daher müssen Konzepte und Verfahren entwickelt werden, um die vorhandenen Brücken bis zur Sanierung oder dem Neubau sicher weiter nutzen zu können. Monitoring kann zur begrenzten Sicherstellung der Verfügbarkeit Teil einer Lösung sein, indem relevante Informationen über das Bauwerk und seine Reaktionen erfasst und für Analysen bereitgestellt werden. Ziel des Projekts ist die Beantwortung der Frage, welche Konzepte und Vorgehensweisen im Zusammenhang mit Monitoring helfen können, um Brücken bis zu ihrer Sanierung bzw. einem erforderlichen Neubau weiter nutzen zu können. Der Einsatz von Monitoring kann einen Sicherheitsgewinn bedeuten, dieses ist besonders im Rahmen der Nachrechnungsrichtlinie relevant, da hier kompensierende Überwachungsmaßnahmen als Möglichkeit zur Aufrechterhaltung der Verfügbarkeit von Brücken genannt werden. Der Sicherheitsgewinn durch Monitoringmaßnahme wurde aber bisher nicht quantifiziert. Im Rahmen des Teilprojekts zur Quantifizierung der Zuverlässigkeit von Bestandsbrücken wurde zum ersten Mal ein Verfahren für die Überwachung von Schwellwerten entwickelt, welches die Abschätzung der Versagenswahrscheinlichkeit einer Monitoringmaßnahme ermöglicht. Der Einsatz von Monitoringmaßnahmen ist immer mit Kosten verbunden, um den monetären Nutzen einer Monitoringmaßnahme darlegen zu können, wurde im Rahmen eines weiteren Teilprojekts zur Wirtschaftlichkeit von Monitoringmaßnahmen eine Abschätzung der Kosten und des Nutzens durch die Gegenüberstellung von Betrieb mit Monitoring und Betrieb ohne Monitoring durchgeführt. Hierbei wurden die Kosten, welche durch Installation und Betrieb der Monitoringanlage, Versagenskosten der Brücke, Kosten für Unterhalt und Instandsetzung und gesamtwirtschaftlichen Kosten, abgebildet durch die Parameter Betriebskosten, Reisezeiten, Verkehrssicherheit, Lärm, Luftverschmutzung, Klimaschutz und Erreichbarkeit, einbezogen. Der Einsatz von Monitoring in der Erhaltungsplanung bietet die Möglichkeiten erste Schritte von der zustandsbasierten, reaktiven zu einer prädiktiven, vorrausschauenden Erhaltungsstrategie zu machen. Die bessere Kenntnis des Zustands eines Ingenieurbauwerks ermöglicht es, Erhaltungsmaßnahmen besser zu planen und damit Kosten einzusparen. Möglichkeiten der Einbindung von Monitoring im Rahmen der Dringlichkeitsreihung von Maßnahmen, mit der Optimierung von Erhaltungsstrategien und die Einbindung von Monitoring in Regelwerke werden im Bericht beschrieben. Der praktische Einsatz von Monitoring und ZfP-Methoden wurde an einer Spannbetonbrücke aus dem Jahr 1972 an der duraBASt erprobt. Im Rahmen einer grundhaften Instandsetzung wurde die Brücke mit Dauerhaftigkeitssensoren und Sensoren zur Ermittlung der Bauwerksreaktionen und Verkehrsbelastung ausgestattet mit dem Ziel Einbau und Datenerhebung und -auswertung unter realen Bedingungen zu testen. Diese Einsatzbeispiele sollen zeigen, welches Potenzial Monitoringanwendungen haben. Der Einsatz von ergänzenden zerstörungsfreien Prüfmethoden (ZfP) wurde mit Rahmen der Bestimmung der Schichtdicke der Fahrbahn und der Ortung der Längsspannglieder an der duraBASt-Brücke erprobt. Continuous monitor
Aktualisiert: 2023-01-16
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