Autorin: Meg Davis
Alternde Infrastruktur, wachsende Bevölkerungszahlen und zunehmendes Verkehrsaufkommen setzen Eigentümer und Bauunternehmer von Straßen, Brücken und damit verbundenen Bauwerken unter Druck, kosteneffektive und effiziente Wege für ihre Arbeit zu finden und zu nutzen. Sie müssen die Auswirkungen von Verkehrsprojekten auf die Umwelt minimieren und ihren CO2-Fußabdruck verkleinern. Angesichts einer alternden Belegschaft und einer hohen Mitarbeiterfluktuation ist die Notwendigkeit der Einführung digitaler Tools, Techniken, Strategien und Methoden zur Optimierung von Prozessen und zur Ermöglichung der Zusammenarbeit im gesamten Workflow allgegenwärtig.
Investition in Infrastruktur ist lang überfällig
Die Straßen und Brücken der Welt sind entscheidend für die Beförderung einer ständig wachsenden Zahl von Menschen und Gütern. In den letzten Jahren hat sich die Zahl der Vorfälle im Zusammenhang mit einer veralteten Infrastruktur erhöht. Infrastrukturversagen, wie die Brücke in Genua (Italien), der Einsturz der Brücke über der Interstate 35 am Fluss Mississippi (USA) und das Versagen der Brücke über der Interstate 5 am Fluss Skagit im Bundesstaat Washington (USA) zeigen, wie wichtig nicht nur qualitativ hochwertige Entwürfe und Bauausführung, sondern auch der ordnungsgemäße Betrieb und die Instandhaltung von Infrastrukturanlagen sind.
In vielen Ländern sind zahlreiche Infrastrukturanlagen bereits seit über 40 Jahren in Betrieb. In den Vereinigten Staaten gelten fast 8 % der Brücken als baulich mangelhaft, und 43 % der öffentlichen Straßen befinden sich aufgrund von Verschleißerscheinungen in einem schlechten oder mittelmäßigen Zustand. Eine kürzlich im Vereinigten Königreich durchgeführte Studie ergab, dass über 2.000 Brücken nicht für die schwersten auf öffentlichen Straßen zugelassenen Fahrzeuge geeignet sind. Doch nicht nur der Verschleiß beeinträchtigt die Beständigkeit älterer Infrastrukturanlagen für moderne Anforderungen. Die sich ändernden Bedürfnisse stellen neue Anforderungen an die Infrastruktur, die bei ihrer Planung und ihrem Bau möglicherweise noch nicht berücksichtigt wurden. Die Verschlechterung des Zustands der Anlagen wird durch schwerere Fahrzeuge, ein höheres Verkehrsaufkommen und höhere Fahrgeschwindigkeiten noch verstärkt. Straßen und Brücken, die vor 40 Jahren für den Verkehr konzipiert wurden, sind heute ganz anderen Belastungen ausgesetzt, was zu einem Versagen der Infrastruktur führen kann. Hinzu kommt, dass einige Infrastrukturanlagen nach weniger strengen Sicherheitsstandards gebaut wurden, als es heute der Fall ist. Diese Anlagen auf den neuesten Stand zu bringen, birgt Risiken, sowohl bei der routinemäßigen Wartung und Modernisierung als auch während der restlichen Lebensdauer der Anlage.
Klimawandel und Nachhaltigkeit
Der Klimawandel birgt ein erhebliches und wachsendes Risiko für unsere Verkehrsinfrastruktur, die Verkehrsteilnehmer, die sie nutzen, und die Menschen, die auf sie angewiesen sind. Steigende Temperaturen, Brände, Dürren, Überschwemmungen und Unwetter, die durch den Klimawandel zunehmen, belasten die Verkehrsinfrastruktur. In den letzten Jahren konnten wir zahlreiche Beispiele für den Klimawandel beobachten. In den USA gab es Überschwemmungen in Michigan, Waldbrände in Kalifornien, Schlammlawinen in Colorado, die auf ein Jahr extremer Waldbrände folgten, und den jüngsten Hurrikan Ian in Florida. Im Jahr 2022 war Europa unter anderem mit einer rekordverdächtigen Hitzewelle und Waldbränden am Mittelmeer konfrontiert.
Klimaschwankungen und Klimawandel stellen eine Bedrohung für die Verkehrssysteme dar. Zu den Folgen können Überschwemmungen und Schäden an Autobahnen und Tunneln sowie geschwächte Baustrukturen, wie z. B. Brücken, gehören. Extreme Bedingungen können die Lebensdauer von Kapitalanlagen verkürzen, Betriebsunterbrechungen verschärfen und neue Infrastrukturen wie Evakuierungswege erforderlich machen. Behinderungen der Rettungswege oder ein Zusammenbruch der Infrastruktur können zu unsicheren Reisebedingungen führen. Sie gefährden nicht nur die Verkehrsinfrastruktur, sondern können auch die Mobilität und die Wirtschaft beeinträchtigen und die Sicherheit von Reisenden bedrohen. Deshalb müssen wir die Planung, den Bau, die Standortwahl und die Instandhaltung von Infrastruktur prüfen und die notwendigen Änderungen an der Art und Weise vornehmen, wie wir diese Anlagen entwerfen und bauen, damit unsere Verkehrsinfrastruktur dem Klimawandel standhalten kann.
Herausforderungen bei Infrastrukturinvestitionen und Personalbestand
Neben dem Infrastructure Investment and Jobs Act (IIJA) in den USA, der geschaffen wurde, um Finanzierungsmechanismen bereitzustellen, die es den staatlichen Verkehrsbetrieben und ihren Partnern ermöglichen, in Straßen und Brücken zu investieren, werden auch in Europa und Asien Infrastrukturinvestitionen getätigt. IIJA umfasst ein neues Förderprogramm in Höhe von 100 Millionen USD, mit dem die Verkehrsministerien der Bundesstaaten dabei unterstützt werden, die Nutzung und Einführung fortschrittlicher digitaler Baumanagementsysteme (Advanced Digital Construction Management Systems – ADCMS) zu beschleunigen. Bei diesen Systemen handelt es sich um bewährte digitale Technologien und Prozesse zur Verwaltung von Bau- und Ingenieurtätigkeiten, einschließlich kommerzieller, cloudbasierter fortschrittlicher Technologien zur Entscheidungsunterstützung für die Infrastrukturplanung und -koordinierung kommerzieller Gebäudedatenmodellierung und digitaler 3D-Entwurfssoftware.
Diese neuen Zuschüsse, die in das Technologie- und Innovationsprogramm der Federal Highway Administration (FHWA) eingeflossen sind, ermöglichen es den Bundesstaaten, Technologieplattformen zu erwerben und bewährte Verfahren zu entwickeln. Außerdem helfen sie ihnen bei der Entwicklung von Leitlinien zur Unterstützung bei der Aktualisierung von Vorschriften, damit Projektträger und Auftragnehmer die Effizienz und die Vorteile fortschrittlicher digitaler Baumanagementsysteme in vollem Umfang nutzen können, um nur einige Beispiele zu nennen. Da die digitale Transformation im Bau- und Ingenieurwesen für das Verkehrsministerium der Vereinigten Staaten (USDOT) und die FHWA eine Priorität darstellt, ist dieses Programm eine gute Möglichkeit für die Bundesstaaten, von dieser Entwicklung zu profitieren.
Die Beschaffung von Finanzierungsmitteln ist jedoch nur der erste Schritt für den Bau, die Sanierung und die Instandhaltung unserer Straßen- und Brückeninfrastruktur. Sobald diese Mittel zur Verfügung stehen, können Infrastrukturbetreiber und ihre Partner bei der Planung und Konzeption von Infrastrukturprojekten vor personellen Herausforderungen stehen. Nicht nur der Arbeitsmarkt für Ingenieure ist hart umkämpft, sondern auch die Verrentung erfahrener Fachkräfte, die manchmal mit der Metapher „silberner Tsunami“ beschrieben wird, könnte dazu führen, dass Bauherren und ihre Zulieferer ohne erfahrene Ingenieure und die Wissensbasis zurückbleiben, die für die zügige Erstellung von Projektplänen und deren Ausschreibung erforderlich sind. Es wird wichtig sein, das künftige Verkehrspersonal proaktiv zu fördern, indem Ressourcen bereitgestellt werden, um fehlende Qualifikationen zu ergänzen, künftige Arbeitskräfte zu rekrutieren und die Werkzeuge und Technologien bereitzustellen, um die Arbeit zu erledigen.
Verkehrsnetze sicherer und effizienter gestalten
Bei der Verkehrsplanung und der Gestaltung von Straßen standen traditionell die Bedürfnisse der Autofahrer im Vordergrund und nicht die aller Verkehrsteilnehmer. Nach dem Zweiten Weltkrieg wurden viele Gemeinden so angelegt, dass sie mit dem Auto einfach und schnell zu erreichen sind. Im Laufe der Zeit trug dieser Ansatz zur Entwicklung eines Umfelds bei, in dem andere Beförderungsarten – einschließlich Gehen, Radfahren oder der Durchgangsverkehr – nicht das gleiche Maß an Investitionen erhielten.
Bei „Complete Streets“ in den USA, die vergleichbar sind mit verkehrsberuhigten Bereichen und in anderen Ländern auch als Wohnstraßen, Begegnungszonen oder Woonerfs bekannt sind, handelt es sich um Straßen, die so konzipiert und betrieben werden, dass sie eine sichere Nutzung ermöglichen und die Mobilität aller Nutzer unterstützen, um das Verkehrsnetz sicherer und effizienter zu gestalten. Complete Streets umfassen eine Vielzahl von Komponenten, z. B. barrierefreie Bürgersteige und Fußgängerüberwege, Fahrradwege, Busspuren, Verkehrsinseln, Kreisverkehre, barrierefreie, akustische Ampeln, Gehwegausweitungen, Straßenbilder und Landschaftsgestaltung. Mit diesem Ansatz lassen sich Unfälle im Zusammenhang mit Kraftfahrzeugen sowie die Risiken für Fußgänger und Radfahrer verringern. Außerdem werden durch die Schaffung sicherer Orte, die zur körperlichen Betätigung einladen, das Gehen und Radfahren gefördert, und der geschäftliche Verkehr in den Gemeinden erhöht.
Eine Politik der Complete Streets stellt sicher, dass Verkehrsplaner und -ingenieure bei der Planung, dem Entwurf, dem Betrieb und der Instandhaltung des gesamten Straßen- und Wegenetzes alle Verkehrsteilnehmer berücksichtigen, einschließlich Radfahrern, Fahrzeugen und Fahrgästen des öffentlichen Nahverkehrs sowie Fußgängern aller Altersgruppen und Menschen mit und ohne Behinderung, um so die Auswahl an Verkehrsmitteln zu maximieren. Die Vorteile der Umsetzung einer Strategie für „Complete Streets“ oder verkehrsberuhigte Bereiche sind offensichtlich. In den USA hat die Behörde FHWA festgestellt, dass eine bessere Beleuchtung von Kreuzungen die Zahl der nächtlichen Verkehrsunfälle mit Verletzten, in die Fußgänger verwickelt waren, um bis zu 42 % reduziert hat. Die Einrichtung eines Radwegs kann die Gesamtzahl der Unfälle um bis zu 49 % reduzieren, und die Umwandlung einer Kreuzung mit Stoppschildern in einen Kreisverkehr kann die Zahl der tödlichen Unfälle um 82 % senken.
Digitale Technologien tragen zur Innovation von Initiativen wie Complete Streets bei. In den letzten Jahren hat sich ein großer Wandel von 2D-Plänen hin zur digitalen Bereitstellung und zum 3D-Entwurf vollzogen, der es den Ingenieuren erleichtert, den Interessengruppen und der Gemeinschaft Informationen über den Projektumfang zu vermitteln. Vor der Einführung dieser Technologie mussten Ingenieurbüros öffentliche Anhörungen oder Bürgerversammlungen organisieren, um eine Reihe von 2D-Zeichnungen zu präsentieren, die normalerweise nur Ingenieure verstehen konnte. Reality Modeling und 3D-Technologien ermöglichen es den Gemeindemitgliedern, Details über das Projekt in einem für sie verständlichen Format zu sehen und ihr Feedback abzugeben. Da 3D-Realitätsmodelle leicht zu verstehen sind, können sie den Prozess zur Entscheidungsfindung beschleunigen und die Zusammenarbeit des Projektteams vom Entwurf bis zum Bau verbessern. Die digitale Bereitstellung trägt dazu bei, dass die Ziele von Complete Streets bzw. verkehrsberuhigten Bereichen realisierbar und erfolgreicher werden. Bentley-Anwender haben diese Konzepte in Straßenbauprojekten unterschiedlicher Größe und geographischer Lage umgesetzt, unabhängig davon, ob sie als Complete Streets oder anders bezeichnet werden.
Erfahren Sie, wie die technischen Berater Foth und JMC2 das Konzept von Complete Streets in aktuelle Projekte integriert haben.
Ein Konzept für Complete Streets kann gekennzeichnete Bürgersteige und Busspuren, geschützte Radwege und barrierefreie Fußgängersignale umfassen. Bild: Smart Growth America
Die Vorteile von digitaler Bereitstellung und digitalen Zwillingen
Innovative Technologien und Verfahren können Eigentümern und ihren Partnern helfen, ihre Arbeit besser und schneller zu erledigen. Ein solches Verfahren ist die digitale Bereitstellung, bei der Projekte mit digitalen Modellen, Daten und unterstützender Feldinstrumentierung für Straßenplanung, strukturelle Planung und im Bauwesen umgesetzt werden. Digitale Bereitstellung und digitale Zwillinge umfassen optimierte Prozesse zur Verwaltung von Bestandsinformationen, die sich während der Projektentwicklung ändern. Alle Projektelemente werden in einem digitalen Modell erfasst, das 2D- und 3D-Modellelemente mit angehängten Attributen und Referenzen enthalten können. Bauunternehmer und Bauinspektoren können digitale Modelle auf der Baustelle verwenden, und die Arbeitsergebnisse sind eine genaue Darstellung des gebauten Projekts.
Die digitale Bereitstellung erleichtert die Überprüfung der Planungsabsicht und die Entwicklung hochauflösender 3D-Visualisierungen, was zu einer verbesserten Entwurfsqualität führt. Der 3D-Entwurf ermöglicht es den Planern, Was-wäre-wenn-Szenarien zu testen, um die Machbarkeit zu verbessern und die Projektkosten zu optimieren. Die Effizienz des Entwurfs wird verbessert, und die Bauunternehmer profitieren von einer umfassenderen Darstellung der Planungsabsicht in einem einfacher nutzbaren Format, das eine bessere Bauplanung ermöglicht und weniger Zeit für die Extraktion von Informationen erfordert. Schließlich verbessert die digitale Bereitstellung Datensätze zum Ist-Zustand, wodurch wertvolle Zeit gespart wird. Anstatt Markierungen in PDF-Plänen vorzunehmen, erfassen Bauunternehmer digitale Datensätzen zum Istzustand.
Fortgeschrittene Technologien: KI/ML, Fernüberwachung und Sensoren
Infrastruktureigentümer stehen oft vor der Aufgabe, große und schwierige geographische Gebiete mit begrenzten personellen und finanziellen Ressourcen zu überwachen. Angesichts der historischen Anzahl baufälliger Brücken, neuer Finanzmittel und begrenzter personeller Ressourcen müssen diese Eigentümer neue Technologien einsetzen, um die Lücken bei der Ausführung zu schließen. Digitale Tools, Techniken, Strategien und Methoden können Prozesse optimieren und die Zusammenarbeit im gesamten Workflow erleichtern. Ein Beispiel hierfür ist der Technologiesprung durch den bewährten Einsatz von Technologien des digitalen Zwillings. Die reale Datenerfassung mithilfe von Drohnen und Photogrammetrie vor Ort hat es Anwendern aller Branchen und Größen ermöglicht, auf einfache Weise digitale Zwillinge ihres vorhandenen Bestands zur Visualisierung und Abstimmung mit ihren Interessengruppen zu erstellen.
Die Kombination von Realitätsdaten mit 2D-/3D-BIM-Entwurf schafft die Grundlage für betriebsbereite digitale Zwillinge, mit denen sich Veränderungen im Laufe der Zeit verfolgen lassen. Analysen mit künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen (KI/ML) können bei der Zustandsbewertung und der vorausschauenden Analyse helfen, indem sie Mängel automatisch erkennen und quantifizieren und Veränderungen im Laufe der Zeit überwachen. Das Wertversprechen wird durch das Hinzufügen von standardisierten und agnostischen IoT-Datenströmen zu den Anlagen in einem digitalen Zwilling weiter verbessert, wodurch ein wirklich dynamisches Erlebnis entsteht, das einzigartige, auf jede Anlage zugeschnittene Lösungen bietet. Die mit der Cloud verbundene Technologie kann auf ältere Sensoren angewandt werden, was eine erhebliche Zeit- und Kostenersparnis bedeutet. Automatisierte, kostengünstige und sichere IoT-basierte Zustandsüberwachungslösungen sind ein effizienter Weg, um die Art von Daten zu gewinnen, die es den Eigentümern von Anlagen ermöglicht, Risiken verantwortungsvoll zu verwalten und die öffentliche Sicherheit zu gewährleisten.
Der Einsatz von IoT-Geräten mit dynamischen Sensoren ermöglicht es Unternehmen, die Leistung von Anlagen, wie z. B. Brücken, kostengünstig und in Echtzeit zu messen. Leistungsstarke cloudbasierte Algorithmen wandeln die Sensordaten in detaillierte Kennzahlen zur Strukturleistung unter verschiedenen Verkehrslasten und Umgebungsbedingungen um und liefern so wertvolle Einblicke in den Zustand der Strukturen. Die Integration dieser umfangreichen Datensätze zur Zustandsüberwachung zusammen mit Inspektions- und Fehlererkennungstechnologien in einem digitalen Zwilling kann die Fähigkeit verbessern, Sanierungsmaßnahmen auf die kritischsten Baustrukturen auszurichten und die kontinuierliche Sicherheit von Reisenden zu gewährleisten.
Die Kombination verschiedener Datenströme in einer 3D-Ansicht zusammen mit einer interoperablen Plattform vereint alle Interessengruppen und maximiert die Effizienz von Planung, Betrieb und Wartung sowie die Verringerung bekannter und unbekannter Risiken und Kosten auf messbare Weise. Der Einsatz digitaler Zwillinge ermöglicht es Eigentümern, Einblicke in die Zustandsüberwachung in Echtzeit zu gewinnen, Routineinspektionen zu virtualisieren und die Zusammenarbeit zwischen Betrieb, Planung und Bau zu optimieren.
Digitale Zwillinge: das Rückgrat der Entscheidungsfindung in der Infrastruktur. Bild: Bentley Systems
Die Stadt Perry innoviert mit Foth und erstellt mit digitalen Zwillingen eine digital kartierte Stadt
Die Stadt Perry beauftragte Foth mit der Bewertung des Zustands von Straßen und Gehwegen mithilfe mobiler LiDAR-Scanner, um die Zugänglichkeit für die Bürgerinnen und Bürger zu verbessern. Ein wichtiger Grund für die Zusammenarbeit war die Fähigkeit von Foth, alle Fußgängerrampen auf ihre Konformität mit den ADA-Bestimmungen für Barrierefreiheit zu prüfen, sodass die städtischen Mitarbeitenden die Rampen nicht mehr einzeln vor Ort prüfen müssen. Von besonderem Interesse für die Beamten von Perry war das bewährte Verfahren von Foth zur Nutzung vorhandener Daten mithilfe der Technologie des digitalen Zwillings, um schnell Projekte zu entwerfen und staatliche Finanzierungsmöglichkeiten zu sichern. In dieser Gemeinde mit 7.800 Einwohnern sind die Anforderungen hoch, aber die Planungs- und Ingenieursabteilung verfügt nur über begrenzte Ressourcen. Das Projekt entwickelte sich schnell zu einem stadtweiten digitalen Zwillingsprojekt, um den Kapitalverbesserungsplan (CIP) der Stadt zu unterstützen, und stellte eine technische Herausforderung für die Digitalisierung von über 95 Kilometern Straßen und 15 Kilometern Gassen dar. Foth benötigte eine integrierte Technologie zur Verarbeitung umfangreicher Geodaten, Luftbilder und Punktwolken und zur Bereitstellung digitaler Informationen für verschiedene Interessengruppen.
Mithilfe der offenen Modellierungsanwendungen von Bentley entwickelte Foth einen optimalen Plan für die Bereitstellung des digitalen Zwillings und sparte dadurch Zeit und potenzielle Nacharbeit. Das 500-GB-3D-Stadtmodell umfasst Bestandsdaten im Wert von rund 598 Millionen USD (ca. 574 Millionen EUR). Der digitale Zwilling stellt potenziellen Investoren ein Portfolio von Daten über historische Bauwerke zur Verfügung, wodurch sie eher geneigt sind, in Perry zu investieren, und das Engagement privater Investoren in den nächsten fünf Jahren um 50 % gesteigert werden kann. Mit einem digitalen Zwilling kann die Stadt Perry schneller Unterstützung gewinnen und seinen CIP 60 % schneller in Kraft setzen, sodass die Stadt 75 % mehr Mittel erhalten kann.
Scan-Route der Stadt Perry. Bild: Foth
Takitimu North Link von Waka Kotahi und FH/HEB JV, Beca Ltd., Tauranga, Western Bay of Plenty, Neuseeland
Das Projekt Takitimu North Link wird von der neuseeländischen Verkehrsbehörde Waka Kotahi in zwei Phasen gebaut. Nach seiner Fertigstellung wird es ein vielfältigeres öffentliches Verkehrsangebot und mehr Sicherheit in der Western Bay of Plenty bieten und die wirtschaftliche Entwicklung und das Bevölkerungswachstum fördern. Die erste Phase umfasst eine 6,8 Kilometer lange Schnellstraße mit zehn Brücken und einem separaten Fußgängerweg, die durch ein Joint Venture von Fulton Hogan und HEB in einer herausfordernden natürlichen Umgebung gebaut wird, mit Einschränkungen durch bestehende Infrastruktur und Anwohner. Das Gebiet ist größtenteils vulkanischen Ursprungs, und der Grundwasserspiegel ist in niedrig gelegenen Auen flach und in höher gelegenen Gebieten tief. Das Projektteam musste Lösungen finden, um unter diesen schwierigen Bedingungen schnell einen Straßenentwurf zu erstellen, die Anforderungen von Waka Kotahi und der Gemeinde zu erfüllen, mit den Baupartnern zu kommunizieren und zusammenzuarbeiten und dabei die Risiken zu minimieren. Beca ist der federführende Planungsberater und plante die Einführung eines integrierten, modellbasierten digitalen Bereitstellungskonzepts, um die Komplexität der Baustelle zu bewältigen und das große, multidisziplinäre Projektteam zu koordinieren.
Mit den offenen Modellierungsanwendungen von Bentley erstellte Beca eine vernetzte Datenumgebung und einen digitalen Zwilling, der die Bauarbeiten an dem eingeschränkten Standort vereinfachen wird. Durch die Zusammenarbeit bei der digitalen Modellierung und 3D-Visualisierung konnte die Modellierungszeit um 15 % verkürzt und die Entwurfseffizienz um 20 % verbessert werden, wobei die Qualität der Arbeitsergebnisse im Vergleich zu früheren Entwurfsmethoden höher war. Der digitale Zwilling ermöglicht die Datenintegration für Bautätigkeiten und die künftige Verwaltung und Wartung des Straßenbetriebs.
Takitimu North Link: Minden Gulley Bridge. Bild: Beca
National Highways Business Information Framework, National Highways, Birmingham, West Midlands, Vereinigtes Königreich
National Highways ist als staatliche Organisation für die Planung, den Bau, den Betrieb und die Instandhaltung des strategischen Straßennetzes in England zuständig. Im Rahmen der Smart Motorways Initiative zur Förderung der Zusammenarbeit, zur Optimierung des Informationsaustauschs und zur Verringerung der Risiken bei der Verbesserung des strategischen Straßennetzes in England führt National Highways (NH) sein Business Information Framework (BIF) ein. Ein wichtiges Element dieses Vorhabens sind Straßenverbesserungen in den nächsten zehn Jahren, einschließlich der Erhöhung der Fahrbahnkapazität im gesamten strategischen Straßennetz.
Diese Initiative sollte die Zusammenarbeit und den Wissensaustausch fördern, die Produktivität steigern, Sicherheitsrisiken verringern und die Qualität verbessern. Angesichts von Datensilos und manueller Bearbeitung, die zu eingeschränktem Zugang und fehlerhaften Entscheidungen führen, wollen NH in Zusammenarbeit mit seinem Partner einen unternehmensweiten, webbasierten Datenzugriff für Projektdisziplinen und Interessengruppen bereitstellen.
Das Unternehmen entschied sich für BCDE und die Bentley iTwin-Plattform, um einen digitalen Zwilling einzurichten, der den Zugriff auf verknüpfte 3D-Entwurfs- und Bestandsdaten mit ProjectWise und AssetWise ermöglicht. Das auf Bentley basierende BIF verbessert die Produktivität, die Entwurfseffizienz und die Entscheidungsfindung und verkürzt gleichzeitig die Projektlaufzeiten. Durch offene Bestandsdaten und die Wiederverwendung von Datenbeständen werden schätzungsweise 70 Millionen GBP (ca. 81 Millionen EUR) eingespart. Mit dem Modell des digitalen Zwillings zur Integration von Anlagen- und Dokumentendaten hat die BIF-Lösung bereits zu einer Verkürzung der Entwurfszeiten und zur Vermeidung von Nacharbeiten geführt und ist damit ein wichtiger Faktor für die Smart-Motorway-Initiative, die bei allen Großprojekten umgesetzt wird.
National Highways Business Information Framework. Bild: National Highways
Interstate Bridge Replacement Program, WSP USA, Portland, Oregon und Vancouver, Washington, Vereinigte Staaten
Im Rahmen des Interstate Bridge Replacement Program (IBR) wird eine 100 Jahre alte Brücke, die Oregon und Washington über den Columbia River verbindet, durch ein modernes, erdbebensicheres, multimodales Bauwerk ersetzt, das die Mobilität von Menschen, Waren und Dienstleistungen verbessert. Das Projekt muss die Umweltanforderungen in Bezug auf die Land- und Wasserfauna in dem Zwei-Staaten-Gebiet erfüllen und archäologische Ressourcen erhalten. Das Projekt umfasst Maßnahmen zur Verbesserung des eingeschränkten öffentlichen Nahverkehrs, der Beeinträchtigung des Güterverkehrs, der unzureichenden Rad- und Fußgängerverkehrsanlagen, der Sicherheitsprobleme im Zusammenhang mit dem bestehenden Straßennetz sowie der wachsenden Verkehrsnachfrage und der Verkehrsüberlastung. WSP ist der beratende Generalplaner und beabsichtigte, digitale Zwillinge während des gesamten Lebenszyklus des Projekts zu implementieren. WSP stand vor der Herausforderung, die Zusammenarbeit mit Auftragnehmern, der Öffentlichkeit und Behörden zu koordinieren, und benötigte eine integrierte digitale Bereitstellungsplattform.
Digitale Zwillinge werden den Lebenszyklus des Programms vom Konzept über den Entwurf bis hin zum Bau definieren und dann den Eigentümern ein betriebsbereites, integriertes BIM-Modell für die Anlagenverwaltung bereitstellen. Digitale Zwillinge ermöglichen es, den Kontext zu erfassen, und liefern datengestützte Erkenntnisse für fundiertere Entscheidungen und bessere Ergebnisse. Durch die Verringerung des Risikos in der Entwurfsphase vor dem Bau, die Minimierung des Umfangs der Baumodellierung und die digitale Planung von Wartung und Ausfallsicherheit bei gleichzeitiger Maximierung der Sicherheit durch betriebliche Aktivitäten schätzt WSP die Einsparungen für das IBR-Programm durch den Einsatz eines iTwin-zentrierten Workflows auf 470 Millionen USD (ca. 451 Millionen EUR). Im Vergleich zu traditionellen Projektabwicklungsmethoden entfällt der Aufwand für Umbauarbeiten während der Bauphase nahezu vollständig, und die operativen Inspektionsarbeiten lassen sich um 90 % reduzieren. Bei Entwurf und Planung erwartet das Unternehmen allein für die Analyse des CO2-Fußabdrucks eine Kostenreduzierung von 67 %.
Lebenszyklus des digitalen Zwillings für das IBR-Programm. Bild: WSP
Fazit
Verkehrswege und Verkehrsanlagen stehen vor zahlreichen Herausforderungen bei der Planung, dem Entwurf, dem Bau und dem Betrieb sicherer, widerstandsfähiger und nachhaltiger Infrastrukturen, doch es gibt technologische Lösungen, mit denen sich viele dieser Herausforderungen bewältigen lassen.
Unsere Erfahrung zeigt, dass Betreiber, Eigentümer und ihre Partner innovative Ansätze zur Bewältigung alternder Infrastruktur, wachsender Bevölkerungszahlen und zunehmenden Verkehrsaufkommens durch den Einsatz digitaler Zwillinge und digitaler Bereitstellung anwenden. So gewinnen sie Erkenntnisse für Planung und Bau, virtualisieren Routineinspektionen und optimieren die Zusammenarbeit zwischen Betrieb, Planung und Bau.
Meg Davis, Industry Marketing Director, Roads and Bridge, Bentley Systems
Bild: Bentley Systems