Mit dem Projekt smartBRIDGE Hamburg der Hamburg Port Authority (HPA) wurde ein aufwändig entwickelter Digitaler Zwilling der Hamburger Köhlbrandbrücke mit dem deutschen digital award 2021 in der Kategorie „Digitale Transformation“ ausgezeichnet. Der Preis wird vom Branchenverband Bundesverband Digitale Wirtschaft (BVDW) e.V. einmal jährlich vergeben. Neben den Hannoveraner Bauingenieuren von MKP haben die Hamburger Unternehmen WTM Ingenieure und das Softwarehaus customQuake das Projekt realisiert und dafür die Gold-Auszeichnung erhalten.
Eine auf elektrischen Sensoren basierende Datenkopie eines realen Objekts, der sogenannte Digitale Zwilling, optimiert bei Maschinen, Gebäuden und Infrastrukturbauwerken die notwendigen Unterhaltungs- und Wartungsarbeiten. Er soll Ausfallzeiten minimieren und Kosten sowie Instandsetzungen planbarer machen. smartBRIDGE Hamburg jedoch geht deutlich darüber hinaus. Die HPA hat eine Arbeitsgemeinschaft aus zwei Bauingenieurbüros und den Hamburger Softwareentwicklern von customQuake damit beauftragt, die Vision einer prädiktiven Instandhaltung und die Grundlage für eine automatisierte Verkehrssteuerung an einem Großdemonstrator, der Hamburger Köhlbrandbrücke, umzusetzen.
In Zukunft werden autonome Transportsysteme große Teile der bestehenden Infrastruktur beherrschen und automatisierte Systeme sorgen für eine optimierte Verkehrsabwicklung. Dafür ist es erforderlich, jederzeit den Status kritischer Bauwerke beurteilen zu können. Mit bis zu 38.000 Fahrzeugen täglich ist die Köhlbrandbrücke ein empfindliches Nadelöhr des wichtigen Hamburger Hafens.
Für das Vorhaben sind rund 520 Sensoren an dem Hamburger Wahrzeichen montiert worden. Die richtigen Stellen für jede Messmaßnahme mussten gefunden und jeder Sensor, meist so klein wie ein Fingernagel, musste mit Strom- und Datenkabeln und von Umwelteinflüssen geschützt, in und an der Brücke fest verankert oder verklebt werden, sodass die Messdaten zuverlässig auslesbar werden. Allerdings sind diese in ihrem Ursprung analogen elektrischen Signale nur ein Teil der Grundlage für das Zustandsmonitoring und die damit verbundenen Faktoren Standsicherheit, Verkehrssicherheit und Dauerhaftigkeit des Brückenbauwerks. Damit der Digitale Zwilling auch optisch in Erscheinung tritt, wurden Daten aus dem Building Information Modeling, einer Art CAD-Format plus Zusatzinformationen, importiert und in einem mehrstufigen Prozess als browserfähige 3D-Ansicht aufbereitet.
Neben den Sensordaten fließen in diese Ansicht auch die Daten aus der alle drei Jahre stattfindenden klassischen Bauwerksprüfung nach DIN 1076 sowie diagnostische Daten, also die Ergebnisse anlassbezogener Einzeluntersuchungen, ein. Diese drei Quellen liefern komplexe Daten in enormer Menge. Damit sie menschlich erfassbar bleiben, werden die Daten automatisiert ausgewertet, zu sogenannten Zustandsindikatoren (Condition Indicators) aggregiert und miteinander vernetzt. Die graphische Benutzeroberfläche in Form einer dreidimensionalen Kopie der Köhlbrandbrücke vereint und aggregiert alle diese Datenquellen zu einer intuitiven Management- und Monitoringoberfläche.
Während die Ingenieurbüros MKP aus Hannover und Weimar und WTM Ingenieure aus Hamburg die ingenieurswissenschaftlichen Konzepte und Auswertungen der Datenquellen entwickelt haben, hat das Hamburger Softwarehaus customQuake die IIoT-Plattform auf Basis der Open Geospatial Consortium (OGC) SensorThings API entwickelt und darüber das Benutzerinterface conditionCONTROL gelegt, das sowohl die dreidimensionale Ansicht als auch die hochaggregierten Daten im Digitalen Zwilling eindrucksvoll erfahrbar macht.
„Wir konnten unser Know-how in Softwarearchitektur und Softwareentwicklung mit dem Fachwissen der Brückeningenieure kombinieren. Nur so entstehen beeindruckende Nutzungserlebnisse. Der Gold-Award bestätigt das über die Grenzen des Fachpublikums hinaus – und darauf sind wir als Gesamtteam besonders stolz.„
Markus Meyer-Westphal, Geschäftsführer der customQuake GmbH
Die Zusammenarbeit gestaltet sich dabei als interdisziplinärer Teamprozess in einem sehr agilen Entwicklungsvorhaben. Nur in enger und häufiger Abstimmung aller Konsortialpartner konnte eine solche Grundlagenarbeit in eine zukunftsweisende technische Plattform und eine dreidimensionale Benutzeroberfläche entwickelt werden. Die HPA als oberster Product Owner hat großen Anteil daran, in welche Richtung sich die Anwendung in ihren monatlichen Versions-Inkrementen entwickelt hat.
So ist smartBRIDGE Hamburg als digitales, globales Referenzprojekt zu verstehen, das als erste IIoT-Plattform überhaupt diese Menge an Datenquellen in dieser Form anschaulich aufbereitet. Mehr Projekte in diese Richtung sind denkbar und geplant.
Die Jury des deutschen digital award wählte smartBRIDGE Hamburg als Gold-Preisträger für Digitale Transformation aus, weil es plastisch mache, wie positiv der Nutzen der Digitalisierung für uns alle ist. Die Umsetzung des Projekts demonstriere zudem sehr gut, wie ein solches ingenieurswissenschaftliches Grundlagenprojekt gut aggregiert und über die innovative Softwareplattform einfach rezipierbar in eine intuitive Benutzeroberfläche gebracht wurde.
Du willst mehr über das Projekt smartBRIDGE erfahren?
Dieses Video des BVDW beantwortet anschaulich erste Fragen.
Für weitere Details steht Markus Meyer-Westphal, Geschäftsführer der customQuake GmbH, gerne zur Verfügung.
