Konzeptionelle Untersuchung zur Zusammenführung von Komponenten des Digital Twins Brücke

Abstract

Brücken sind wesentliche Bestandteile der Verkehrsinfrastruktur, die aufgrund ihrer dynamischen Belastung und ihrer exponierten Lage degradieren. Eine kontinuierliche und vorausschauende Zustandsüberwachung ist unerlässlich, um die sichere und wirtschaftliche Nutzung der Bauwerke im gesamten Lebenszyklus zu gewährleisten. Dieses Ziel kann durch Digitalisierungsansätze unterstützt werden. Digitale Zwillinge sind virtuelle Repräsentationen von Bauwerken (oder allgemeiner Assets), mit Hilfe derer Daten gespeichert, ausgewertet und für Entscheidungen aufbereitet werden. Mit dem übergeordneten Ziel des Übergangs von einem reaktiven zum prädiktiven Lebenszyklusmanagement auf der Grundlage eines Digitalen Zwillings wird im Rahmen des BASt-Forschungsprojektes „Konzeptionelle Untersuchung zur Zusammenführung von Komponenten des Digital Twins Brücke“ eine Gesamtkonzeption für modulare Digitale Zwillinge von Brückenbauwerken entwickelt. Ein Digitaler Zwilling einer Brücke in einem niedrigen Reifegrad soll beispielsweise Informationen hinsichtlich des Zustands, der Zuverlässigkeit und der Restnutzungsdauer des Bauwerks bereitstellen und eine frühzeitige Identifikation kritischer Bauwerkszustände ermöglichen. In höheren Reifegraden sollen Prognosen durchgeführt werden können, die zukünftige Zustände der Bauwerke in verschiedenen Lebenszyklusphasen abbilden. Die Modularität des entwickelten Ansatzes wird durch Anwendungsfälle realisiert, die vorhandene heterogene Datenquellen integrieren und sich auf die Betriebsphase fokussieren. Die einzelnen Anwendungsfälle teilen sich in zwingend erforderliche Anwendungsfälle sowie optionale Anwendungsfälle auf, die je nach Anforderung und Zielsetzung in dem Digitalen Zwilling umgesetzt werden. Die technische Implementierung erfolgt auf der Grundlage eines Linked Data Ansatzes. Um zukünftige Forschungs- und Entwicklungsaufgaben zu unterstützen, werden Einbindungsmöglichkeiten weiterer Technologien in den Digitalen Zwilling diskutiert. Datei-Upload durch TIB Bridges are essential components of the traffic infrastructure that degrade due to their dynamic loading and exposed location. Continuous and predictive condition monitoring is essential to ensure the safe and economic use of the structures throughout their life cycle. This goal can be supported by digitalization approaches. Digital twins are virtual representations of structures (or more generally assets) that are used to store, evaluate and process data for decision-making. With the overall goal of moving from reactive to predictive life cycle management based on a digital twin, an overall concept for modular digital twins is being developed as part of the BASt research project "Conceptual investigation into the merging of components of the digital twin bridge". A digital twin of a bridge in a low maturity level should, for example, provide information regarding the condition, reliability and remaining service life of the structure and enable early identification of critical structure conditions. In higher maturity levels, predictions will be carried out to represent future conditions of the structures in different life cycle phases. The modularity of the developed approach is realized by the development of use cases. Use cases integrate existing heterogeneous data sources and focus on the operational phase. The single use cases are divided into required use cases and optional use cases, which are implemented in the digital twin depending on the requirements and objectives. The technical implementation is based on a Linked Data approach. Finally, in order to support future research and development tasks, possibilities for integrating further technologies into the digital twin are being discussed.