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Intelligente Brücke

Das Bundesfernstraßennetz steht vor großen Herausforderungen: Die Bausubstanz altert immer mehr und das Budget für Instandsetzungs- und Erhaltungsmaßnahmen wird auch in Zukunft begrenzt sein. Hinzu kommen steigende Verkehrslasten, Auswirkungen des Klimawandels und neue Qualitätsanforderungen hinsichtlich Nachhaltigkeit.

Derzeit ist das Erhaltungsmanagement in erster Linie schadensbasiert und reaktiv. Schäden werden bei turnusmäßigen Bauwerksprüfungen erst entdeckt, wenn sie offensichtlich sind. Müssen allerdings unzureichende Tragfähigkeit infolge steigender Belastung, andere strukturbedingte Defizite oder unzureichende finanzielle Mittel berücksichtigt werden, können darüber hinaus eine detaillierte Kenntnis über den Ist-Zustand und zuverlässige Prognosen erforderlich werden.

Neue innovative Ansätze

Um ein zuverlässiges Straßennetz aufrechtzuerhalten, müssen neue, innovative Ansätze in das Erhaltungsmanagement integriert und weiterentwickelt werden. Dies gilt besonders für Brückenbauwerke.

Ziel des Leitthemas „Intelligente Brücke“ ist deshalb die Entwicklung eines adaptiven Systems zur Bereitstellung relevanter Informationen und zur ganzheitlichen Bewertung in Echtzeit.

Ergänzend zur Bauwerksprüfung ist hierfür der Einsatz von geeigneter Sensorik in Verbindung mit Analyse- und Bewertungsverfahren ein zweckmäßiges Hilfsmittel. Mit Hilfe messtechnischer Unterstützung können bisher nicht vorhandene Informationen im Hinblick auf zu erwartende Schädigungen und Zustandsänderungen gegeben werden.

In Kombination mit Prognosemodellen und Einbindung bislang verfügbarer Informationen aus Datenbanken, kann die Grundlage für ein zuverlässigkeitsorientiertes und vorausschauendes Erhaltungsmanagement gelegt werden.

Die zu konzipierenden Systeme sollen adaptiv arbeiten. Das bedeutet, dass von verschiedenen Sensoren gesammelte Informationen fusioniert und mittels eines zuverlässigkeitsbasierten Expertensystems ganzheitlich bewertet werden.

Die Grafik zeigt die Einbindung einer Intelligenten Brücke in das bestehende ErhaltungsmanagementEinbindung der Intelligenten Brücke in das bestehende Erhaltungsmangement

Im Idealfall kommt das System der "Intelligenten Brücke" direkt zu Beginn der Nutzung zum Tragen, also bevor ein Schaden oder eine Beeinträchtigung festgestellt wird.

Sensorik und Bewertungsverfahren

Deshalb sollen nicht nur Messwerte erhoben werden, sondern auch deren Bewertung und Prognose in Echtzeit erfolgen. Ein entsprechendes Software-Expertensystem soll, falls notwendig, selbsttätig Warnungen an Nutzer, Verwaltungen und Eigentümer geben. Dies könnte in Zukunft zu selbstorganisierten Reaktionen führen (adaptives Bauwerk).

Innerhalb der komplexen Struktur der "Intelligenten Brücke" ist eine Vielzahl an Komponenten und Aspekten zu berücksichtigen, die sich gegenseitig beeinflussen. Die meisten Aspekte können den folgenden drei Komponentengruppen zugeordnet werden: intelligente Sensorik, intelligente Bewertungsverfahren und intelligentes Erhaltungsmanagement.

Die Grafik zeigt die Komponetengruppe einer Intelligenten BrückeKomponentengruppen der Intelligenten Brücke

Die Messwerte, mit Hilfe intelligenter, drahtloser und energieeffizienter Sensoren und Sensornetze erhoben, speisen die Bewertungsmodelle, welche auf der anderen Seite einen maßgeblichen Einfluss auf die Anforderungen der Sensorik hinsichtlich der Wahl der Messgrößen und Abtastraten haben. Diese beiden Komponentengruppen finden gemeinsam Eingang in ein fortgeschriebenes Erhaltungsmanagement.

Ziel ist vor allem, das aktuelle deterministische Vorgehen zu ergänzen, insbesondere durch zuverlässigkeitsorientierte Methoden.

Im Rahmen von internen und externen Projekten, die im Zeitraum von 2010 bis 2015 vorgesehen sind, werden die einzelnen Aspekte erarbeitet und schließlich in der Realisierung einer prototypischen "Intelligenten Brücke" zusammengeführt.

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