Lebenszyklusmanagement von Brücken mit Hilfe von Key Performance Indikatoren auf Basis unterschiedlicher Erfassungsquellen

Abstract

Die Instandhaltung des Brückenbestandes stellt Straßenverwaltungsämter vor große Herausforderungen. Sie müs sen den fortwährenden Betrieb dieser entscheidenden Infrastrukturkomponenten, trotz dauerhaft zunehmender Verkehrszahlen und gleichzeitiger altersbedingter Verschlechterung des Bauwerkszustands, sicherstellen. Hierbei ist die richtige Priorisierung der erforderlichen Erhaltungsmaßnahmen von wesentlicher Bedeutung. Die Grundlage dafür bieten verschieden Kenngrößen die eingeführt wurden, um den Bauwerkszustand quantitativ zu beschrei ben. Diese wiederum können in sog. Key Performance Indikatoren (KPI) zusammengefasst werden, die eine kumu lierte, ganzheitliche Bewertung der Bauwerke ermöglichen. Drei wesentliche, international annerkannte KPIs sind Zuverlässigkeit (Reliability), Verfügbarkeit (Availability) und Sicherheit (Safety). Im Forschungsvorhaben wurden diverse Methoden der Zustandserfassung, wie zerstörungsfreie Prüfmethoden oder Monitoringmethoden recherchiert und anschließend systematisch analysiert. Es wurden verschiedene Kate gorien von Bauwerksinformationen gebildet, mit dem Fokus darauf wie sie sich in die Bauwerksbewertung einbin den lassen. Basierend auf logischen kausalen Zusammenhängen, sowie einer Liste von 30 Fallbeispielen für Moni toringmaßnahmen bzw. Untersuchungen mittels zerstörungsfreier Prüfmethoden an Brücken aus Deutschland, wurde eine Verknüpfung zwischen den Methoden der Zustandserfassung und den Bauwerksinformationen erstellt. Darauf aufbauend, konnten in einem nächsten Schritt die verfügbaren Bauwerksinformationen in die Zustandsbe wertung mit den drei hier untersuchten KPIs integriert werden. Bei der Zuverlässigkeit war dies komplexer als bei der Verkehrssicherheit, denn es musste zwischen der rechnerischen Tragfähigkeit und dem beobachteten Bau werkszustand unterschieden werden, die dann wieder in eine Gesamtbewertung zusammengeführt wurden. Die Verfügbarkeit nimmt einen besonderen Stellenwert bei den KPIs für Brückenbauwerke ein. Sie ist nur gegeben, wenn sowohl Zuverlässigkeit als auch Verkehrssicherheit ein gewisses Maß erreichen. Somit kann es nicht unab hängig von der Zuverlässigkeit und Sicherheit betrachtet werden, sondern ist vielmehr ein Ergebnis dieser. Gerade dadurch ist es eines der wichtigsten KPIs, da die Bedeutung von Zuverlässigkeit und Sicherheit primär daher rührt, dass diese langfristig die Voraussetzung sind für eine Verfügbarkeit. Gleichzeitig sind wir für die Ermittlung der be vorstehenden Verfügbarkeit angewiesen auf Prognosen für die zukünftige Entwicklung von den anderen beiden KPIs. Deshalb lag ein wesentlicher Schwerpunkt im Forschungsprojekt auf der KI-gestützten Prognose von Zu standsindikatoren. Hierbei wurden verschiedene Ansätze untersucht, insbesondere was die Gruppierung der Bau werke betrifft, die für eine Prognose als Grundlage herangezogen werden. Schließlich war es ein wichtiger Aspekt im Forschungsvorhaben die entwickelten Ansätze nicht nur theoretisch zu beschreiben, sondern auch die praktische Umsetzung zu bestätigen. Deshalb wurde parallel ein Software-Tool ent wickelt, dass in der Lage ist die Bauwerksdaten aus SIB-Bauwerke einzulesen und die beschrieben Abläufe und Al gorithmen umzusetzen. Hierfür wurden als Demonstratoren sechs Bauwerke, bei denen zusätzliche Bauwerksinfor mationen zur Verfügung stehen, ausgewählt und in der Software wurde die Einbindung der entsprechenden Infor mationen in die KPIs demonstriert. Das Ergebnis des Projektes ist somit ein Tool, mit dem sich die drei KPIs Zuverlässigkeit, Sicherheit und Verfügbar keit für ein Bauwerk mit heterogener Datenlage ermitteln lassen. Die Grundalge bilden stets die im SIB-Bauwerke vorhandenen Daten. Der Betreiber kann die unterschiedlichsten Methoden der Zustandserfassung systematisch kategorisieren nach der Art der Bauwerksinformation, die erhoben wird, und es in die Bewertung mit einfließen lassen. Die Software ermittelt auf der Basis komplexer, KI-gestützter Algorithmen Prognosen, die sich in Abschät zungen der zukünftigen Verfügbarkeit widerspiegeln. Diese Kennwerte können anschließend als eine essenzielle Entscheidungsgrundlage für Straßenverwaltungsämter bei der Aufstellung von Bauwerkserhaltungsstrategien so wie der Priorisierung von Investitionen bei begrenztem Budget dienen. Sie leisten somit einen wesentlichen Bei trag zu einem wissensbasierten, verantwortungsvollen Lebenszyklusmanagement beim Umgang mit dem Brücken bestand.