Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGPBIM-gestütztes Lebenszyklusmanagement von Brücken
Zur Sicherung der Mobilität und des dauerhaften Erhalts der derzeit schwer beeinträchtigten Stahlbrücken in Deutschland liegt die Zielsetzung des Forschungsprojekts BIM-LeB in der Entwicklung eines innovativen Sensor- und BIM-gestützten Lebenszyklusmanagements für Straßen- und Bahnbrücken in Stahl- und Verbundbauweise, auch mit prototypischer Realisierung. Dies umfasst die Entwicklung einer virtuellen, sensorgestützten Bauzustandserfassung, automatische Methoden zur Erkennung von Schäden, adaptierte Konzepte für Building Information Modelling (BIM) inkl. Rückführung sowie eine digitale Verwaltung von Schäden, mit spezifizierten Schadenskatalogen zur Schadensbewertung bis zur Bereitstellung von Handlungsempfehlungen für den Bauherrn. Die Vision ist eine automatisierte virtuelle Bauzustandsanalyse inkl. Lebenszyklusmanagement im Sinne eines Asset Managements 4.0 oder einer Instandhaltung 4.0.
Zielsetzung sind verschiedene wissenschaftlich-technische Komponenten, algorithmisch effiziente, praktisch nutzbare Methoden/Verfahren zur automatischen Prozessierung und Operationalisierung eines digitalen Sensorik-gestützten Bauwerksmonitoring in fünf Betrachtungsebenen.
Im Fokus der ersten Ebene steht eine kombinierte globale und lokale Multisensorgestützte Analyse von bautypischen Brückenschäden hinsichtlich Schadenskategorie, -stelle, -historie und -ausmaß auf der Basis von bautechnischen Unterlagen in Zusammenarbeit mit dem projektbegleitenden anwendernahen Ausschuss.
Auf der zweiten Ebene wird ein effizientes Sensorsystem realisiert, welches stationäre, teilstationäre und mobile Ansätze unterstützt. Globale Systeme mit optischer Sensorik, z. B. an UAVs, ermöglichen einen schnellen Überblick über den Bauzustand des globalen Brückensystems. Lokale tragbare Systeme mit optischen Sensoren ergänzen der Inspizierung der für UAVs nicht erfassbaren lokalen Bereiche. Stationäre Systeme dienen der Überwachung erwartbarer Schadensorte oder bekannter Schäden.
Auf der dritten Ebene entsteht ein BIM-gestütztes Wartungs- und Instandhaltungsmanagement. Hierzu werden Bauwerksdaten, Monitoringdaten zum Bauwerkszustand und Ergebnisse der Schadensanalyse in ein BIM-System integriert. Bedeutsame Teilaspekte sind die örtliche und zeitliche Synchronisation der Daten, Generierung von 3D-Modellen und deren Anreicherung mit Metadaten. Über eine interaktive AR-Schadensvisualisierung kann eine intuitive Vor-Ort-Unterstützung zur Schadenslokalisation während einer Brückenprüfung ermöglicht werden.
Das erarbeitete BIM-gestützte Lebenszyklusmanagements, das zunächst traditionell auf der Basis reaktiver oder präventiver Wartung operiert, wird auf der vierten Ebene um eine proaktives Predictive Maintenance für das Bauwerksmonitoring ergänzt. Grundlage ist ein automatischer Abgleich zwischen Soll- und aktuellem Bauzustand sowie der stete Abgleich der Bauzustandsbewertung verschiedener Epochen. Daraus können automatisiert Handlungsempfehlungen für Wartung oder Instandsetzungsmaßnahmen bereitgestellt werden.
Auf der fünften Ebene wird das in den ersten vier Ebenen entwickelte, BIM-gestützte Bauzustandsbewertungssystem in enger Kooperation mit Anwendern des projektbegleitenden Ausschusses an einer realen Brücke evaluiert.
