elevait ist Teil des mFUND Projekts DIDYMOS des Bundesministerium für Digitales und Verkehr, welches die Digitalisierung und Optimierung des Betriebs von Straßentunneln durch den KI-gestützten Aufbau digitaler Zwillinge zum Ziel hat.

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mFUND, eine Initiative vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr, ist ein Förderprogramm, das seit 2016 Forschungs- und Entwicklungsprojekte im Bereich digitaler datenbasierter Anwendungen für die Mobilität der Zukunft fördert. Weiterhin initiiert der mFUND verschiedene Veranstaltungsformate, welche zur Vernetzung von Akteuren aus Politik, Wirtschaft und Forschung dienen sollen sowie den Zugang zu Datenportalen des BMDV gewähren.¹

Das Projekt DIDYMOS und elevaits Rolle im Projekt

Im Zuge des Projekts DIDYMOS sollen innovative KI-basierte Ansätze zur Erstellung von digitalen Zwillingen für bestehende Straßentunnel entwickelt werden. Hierfür werden heterogene Bestandsunterlagen und aktuelle Zustandsinformationen herangezogen. Die digitalen Zwillinge dienen als Grundlage für die Optimierung der Betriebs- und Erhaltungsprozesse der Tunnel und so Kosteneinsparungen, Ressourcenoptimierung sowie erhöhte Sicherheit und Verfügbarkeit zum Ziel hat. Die entwickelten Methoden werden anschließend in einem Demonstrator implementiert und evaluiert.

elevait konzentriert sich hierbei auf die formale Definition und Strukturierung der digitalen Zwillinge für Tunnelbauwerke, unter Nutzung von konventionellen Planunterlagen und Dokumenten zur Generierung der Anfangsdaten. Des Weiteren werden Verfahren zur Integration von aktuellen Zustandsdaten in die digitalen Zwillinge für Betriebs- und Erhaltungsprozesse mittels Ontologien und Linked Data Konzepten getestet, um Schnittstellen und Aktualisierungskonzepte basierend auf vorhandenen Datenmodellen zu schaffen. elevait fungiert hierbei als Softwarehersteller für KI-Anwendungen und Linked Data.

Weitere Projektpartner sind die Bundesanstalt für Straßenwesen in Bergisch Gladbach, die BUNG Ingenieure AG in Heidelberg und die LocLab Consulting GmbH in Darmstadt.

Welche Probleme greift das Projekt auf?

Straßentunnel sind hochkomplexe Infrastrukturbauwerke, die beispielsweise im Vergleich zu Brücken einen erhöhten technischen und administrativen Aufwand für Wartung und Unterhalt erfordern. Besonders die Sicherheitstechnik in den Tunneln erfordert eine genaue Überwachung und regelmäßige Pflege, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten.

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Aktuell erfolgt die Datenerfassung im Tunnelbauwerk noch hauptsächlich analog, während spezifische Informationen zur Sicherheitstechnik bereits in den Tunnelsteuerzentralen gesammelt werden. Es fehlen jedoch Konzepte, um diese analogen Daten strukturiert zu erfassen und in digitale Zwillinge zu überführen, um den Betrieb von Straßentunneln effizienter zu gestalten.

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Besonders die Sicherheitstechnik in Tunneln, die im Ernstfall die Selbstrettung der Nutzenden ermöglichen soll, erfordert einen erheblichen Wartungs- und Instandhaltungsaufwand seitens der Betreiber. Daher sind bisherige Ansätze zur Erstellung digitaler Zwillinge, die für Brücken entwickelt wurden, nur begrenzt auf Tunnel übertragbar.

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Das Management von Infrastrukturbauten soll somit  auf Basis digitaler Zwillinge umgestellt werden. Allerdings gibt es bisher keine konkreten und angepassten Methoden, um dies insbesondere für Tunnelbauwerke im Straßennetz umzusetzen. Es fehlen sowohl Konzepte für den Aufbau digitaler Zwillinge als auch Strategien für ein effizientes Erhaltungsmanagement unter Nutzung dieser Zwillinge. Besonders bei Bestandsbauwerken, für die keine digitalen Bauwerksmodelle aus der Bauphase vorhanden sind, besteht ein Bedarf an Lösungen in diesem Bereich.

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Die Zielsetzung und erwartete Effekte des Projekts

Im Rahmen des Projektes sollen vor diesem Hintergrund zwei zentrale Zielsetzungen verfolgt und kombiniert werden. 

• Zunächst sollen Strategien und Methoden zum Aufbau von digitalen Zwillingen für den Betrieb und die Instandhaltung von Bestandstunnel im Bundesfernstraßennetz, basierend auf Digitalisierung von Bestandsunterlagen und Datenerfassungen am Bauwerk entwickelt werden. 

• Außerdem soll die Implementierung einer Instandhaltungs - und Wartungssteuerung durch Integration eines Betriebsmodells in einen digitalen Zwilling gewährleistet werden. 

Welche Effekte sind durch das Projekt zu erwarten?

Zum einen sollen der Betrieb sowie die Verfügbarkeit von Straßentunneln effizienter gestaltet und erhöht werden. Zugleich führt dies zu einer Senkung von anstehenden Kosten. Auch Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten werden durch den Einsatz Digitaler Zwillinge effizienter. Dies bedeutet, dass das Objekt, in diesem Fall der Tunnel, direkt über ein mobiles Endgerät abgerufen wird. Anfahrten und physische Einsätze zum Tunnel können somit verringert werden. 

Durch Digitale Zwillinge ist es außerdem leichter, Optimierungspotenziale im Betrieb des Tunnels zu identifizieren. Somit können beispielsweise der Energieverbrauch oder die Unterhaltskosten besser erkannt, aufgezeichnet und verringert werden. 

Außerdem werden Tunnel von Seiten der Öffentlichkeit oftmals als kritische Infrastrukturbauwerke gesehen. Durch geeignete Visualisierungen auf Basis von digitalen Zwillingen, als Ergebnis des Projekts,  kann die Öffentlichkeit besser integriert werden. 

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Dieses Forschungsprojekt wird gefördert durch die Innovationsinitiative mFUND des Bundesministeriums für Digitales und Verkehr aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages. Finanziert von der Europäischen Union. Förderungskennzeichen: 19F2259A

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¹ Quelle: https://bmdv.bund.de/DE/Themen/Digitales/mFund/Ueberblick/ueberblick.html