Prävention statt Reaktion Intelligente, vernetzte Systeme für das Bauwerksmonitoring

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Ein Forschungsteam der TU Graz hat ein System zum Bauwerksmonitoring entwickelt, das sich direkt in das Bauwerksmanagement integrieren und nachhaltig für präventive Instandhaltungsplanung nutzen lässt.

Die Sicherheit und Langlebigkeit von Verkehrs- und Gebäudeinfrastruktur liegen im Interesse der Betreiber*innen wie auch der Nutzer*innen. Um den bestmöglichen Gebäudezustand zu den geringstmöglichen Kosten zu erhalten, ist ein effektives Monitoring zur besseren Zustandsbewertung gefragt. Geeignete Monitoringsysteme gibt es zwar, allerdings sind diese meist nicht passend vernetzt, nicht direkt in das Bauwerksmanagement integriert und deren Daten aufgrund lückenhafter Dokumentation und nicht-standardisierter Auswertungsverfahren oft nicht nachhaltig nutzbar. Im Projekt PreMainSHM hat sich an der TU Graz ein Team um Markus Krüger vom Institut für Materialprüfung und Baustofftechnologie (IMBT) und Werner Lienhart vom Institut für Ingenieurgeodäsie und Messsysteme (IGMS) dieser Thematik angenommen und ein präventives Bauwerksmonitoring mit intelligenten, vernetzten Systemen entwickelt, das direkt in gängige Software für Bauwerksmanagement integrierbar ist.

Daten müssen nutzbar sein

«Die Technologien, die wir zur Infrastrukturüberwachung haben, liefern viele Daten, die sich gut ergänzen», sagt Werner Lienhart. «Aber einfach nur ziellos Daten zu sammeln, ist für eine Prognose der Entwicklung des Gebäudezustands sowie seiner Lebensdauer inklusive proaktiver Planung der Instandhaltung nicht hilfreich. Unser Ziel war es daher, eine ganzheitliche Lösung zu entwickeln, die es ermöglicht, langfristig und kosteneffizient direkt nutzbare Erkenntnisse aus der Bauwerksüberwachung für Lebensdauerprognosen und Instandhaltungsplanungen zu gewinnen. So können Bauwerksbetreiber proaktiv und nicht reaktiv handeln.»

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Kernstück des Projekts war die intelligente Verknüpfung verschiedener Monitoring-Technologien. Eine entscheidende Rolle hierbei spielen sowohl das am Institut für Ingenieurgeodäsie und Messsysteme entwickelte hochpräzise faseroptische Monitoring, das detaillierte Einblicke in das Materialverhalten ermöglicht, als auch kostengünstige und flexibel einsetzbare drahtlose Sensornetzwerke, welche am IMBT weiter entwickelt wurden. Durch die Kombination dieser Technologien werden umfassende Daten über den Zustand und die Beanspruchung von Bauwerken erfasst. Besonderes Augenmerk legten die Forschenden auf die Anwendung der FAIR Data Principles (Findability, Accessibility, Interoperability, Reusability), um die langfristige Nutzbarkeit und den Austausch der gewonnenen Daten zu gewährleisten.

Verknüpfung mit BIM und GIS

Um die Lücke zwischen Datenerfassung und Bauwerksmanagement zu schliessen, entwickelten die Projektpartner ein einfaches aber flexibles, entitätsbasiertes Datenmodell. Dieses Modell ermöglicht eine hierarchische Strukturierung der Bauwerke und verknüpft die Messdaten mit den entsprechenden Bauteilen und Sensoren. Dadurch wird der Zugriff auf relevante Informationen erleichtert und die Interoperabilität mit anderen Softwaresystemen wie BIM (Building Information Modeling) und GIS (Geographische Informationssysteme) ermöglicht. Zudem wurde ein digitaler Zwilling implementiert, der die Visualisierung und Verwaltung der Bauwerksdaten optisch aufbereitet.

Wichtig war zudem sicherzustellen, dass die gesammelten Sensordaten zuverlässig sind. So werden Sensoren zwar derzeit vorab kalibriert, aber das geschieht unter kontrollierten Bedingungen, die es so an einem Bauwerk kaum gibt. Stattdessen wechseln die Temperaturen und die Luftfeuchtigkeit und es gibt weitere Einflüsse wie Vibrationen. Dafür entwickelte das Projektteam entsprechende Methoden, die die Einflüsse der Umwelt auf die Sensordaten berücksichtigen.

Praktische Erprobung an der Laxenburger Brücke

Die praktische Erprobung und Validierung der entwickelten Konzepte erfolgten an der Laxenburger Brücke in Wien. Dort wurden verschiedene Sensortechnologien eingesetzt, darunter drahtlose Sensoren zur Überwachung von Neigungen und Rissbreiten sowie faseroptische Systeme zur hochauflösenden Dehnungsmessung und Rissdetektion unter Verkehrsbelastung.

«PreMainSHM hat das Potenzial von intelligenter und vernetzter Bauwerksüberwachung für die sichere und nachhaltige Erhaltung von Gebäuden und Infrastruktur aufgezeigt», sagt Markus Krüger. «Dieses Potenzial gilt es nun zu nutzen, um das Management von Brücken und anderen Ingenieurbauwerken zukunftsfit zu machen. Darum haben wir im Projekt auch einen Leitfaden erstellt, der dazu beitragen soll, dass zukünftige Monitoring-Projekte nicht nur Daten liefern, sondern auch verwertbare Informationen für fundierte Entscheidungen im Bauwerksmanagement.»

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