Mobilität 4.0: Die Digitalisierung des Straßensystems mit OSiMaB

Das zunehmende Verkehrsaufkommen und verschiedenste Umwelteinflüsse sind oft die Verursacher von Brückenschäden. Zur Gewährleistung der Verfügbarkeit der Infrastruktur, Beseitigung von Engstellen und Optimierung des Verkehrsflusses ist eine ganzheitliche Bewertung des Zustands der rund 40.000 Brückenbauwerke in Deutschland unerlässlich.

Die bereits sehr hohen deutschen Standards werden durch das Projekt OSiMaB weiterentwickelt, um ein Sicherheitsmanagement für die Zukunft zu gewährleisten.

Die Herausforderung

Brückenschäden beeinträchtigen den reibungslosen Fluss des Personen- und Güterverkehrs. Das steigende Güterverkehrsvolumen, Umwelteinflüsse und chemische Prozesse machen eine zuverlässige Zustandsbeurteilung der 40.000 deutschen Brückenbauwerke unumgänglich. Um Schäden frühzeitig zu erkennen und zukünftige Schädigungen vorherzusagen, muss die bestehende Überwachung des Ist-Zustands durch eine zukunftsgerichtete Komponente ergänzt werden.

Die Lösung

Der Einsatz intelligenter Brücken soll eine nachhaltige Effizienzsteigerung im Hinblick auf ökologische, ökonomische und soziale Aspekte erreichen. Durch eine permanente und ganzheitliche Zustandsüberwachung in Echtzeit können Schäden frühzeitig behoben werden. Intelligente, vorausschauende Systeme ermöglichen zudem eine verbesserte Identifizierung von Problembereichen.

Das Ergebnis

Gemeinsam mit der BASt, ITC Engineering, der Technischen Universität Berlin, der Universität Bonn und dem Hasso-Plattner-Institut hat HBM ein ganzheitliches Konzept für das Brückenmonitoring entwickelt. Das OSiMaB-System soll Besitzer/Betreiber von Straßenbrücken bei der frühzeitigen und bedarfsgerechten Planung ihres Instandhaltungsmanagements unterstützen.

Das Projekt OSiMaB

Im Rahmen der Forschungsinitiative mFUND fördert das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) Forschungs- und Entwicklungsprojekte zu auf digitalen Daten basierenden Anwendungen für die Mobilität 4.0. OSiMaB (Online-Sicherheits-Management für Brücken) ist Teil der Forschungsinitiative mFUND und wird von der Bundesanstalt für Straßenwesen gefördert.

Die Projektpartner von OSiMaB, zu denen HBM, die Bundesanstalt für Straßenwesen, ITC Engineering, die Technische Universität Berlin, die Universität Bonn und das Hasso-Plattner-Institut gehören, haben sich zum Ziel gesetzt, ein adaptives und modulares System zur Echtzeit-Bewertung der Sicherheit und Zuverlässigkeit von Straßenbrücken zu schaffen, das jederzeit für andere Brücken angepasst werden kann. Das System muss alle relevanten Einflüsse, Reaktionen und Schäden erfassen und den Brückenzustand ganzheitlich bewerten - sowohl den aktuellen Brückenzustand als auch Prognosen für die verbleibende Lebensdauer der Komponenten und der Brücke als Ganzes. 

Die Vorteile von OSiMaB, einer Monitoring-Lösung für Verkehrsinfrastruktur, sind:

  • Kostengünstige, erweiterbare und einfach zu installierende Überwachungslösung
  • Innovative Bewertungsalgorithmen zur Unterstützung der vorausschauenden Instandhaltung und Dienstleistungen zur Optimierung von Instandhaltungs-, Reparaturmaßnahmen
  • Qualitätssicherung und Funktionskontrolle sicherheitsrelevanter Komponenten
  • Erhöhte Sicherheit durch frühzeitige Erkennung relevanter Veränderungen
  • Neutrale Messdaten für zuverlässige Analysen zur Sicherstellung der Verfügbarkeit
  • Überwachung der Nutzungsanforderungen
  • Erfassung tatsächlicher Wirkungs- und Beanspruchungsvariablen als Eingabeparameter für weitere Analysen (z.B. Materialermüdungsprüfung)
  • Integration neuer technologischer Entwicklungen im Bereich der technischen Intelligenz

OSiMaB: eine vorausschauende Lösung

Intelligente Systeme können in verschiedenen Phasen des Lebenszyklus eines Bauwerks (Bau, Instandhaltung, Betrieb) eingesetzt werden. Durch ihre Integration in den Fertigungsprozess können Abweichungen vom Zielzustand frühzeitig erkannt und dokumentiert werden, um Reaktionen zu initiieren. Im Rahmen der Instandhaltung sind die permanente Zustandsbewertung und die kurzfristige Information der Baubehörden bei Zustandsänderungen von hoher Relevanz. Mit Hilfe intelligenter Systeme wird eine nachhaltige Effizienzsteigerung im Hinblick auf ökologische, ökonomische und soziale Aspekte erreicht.

OSiMaB entwickelt ein ganzheitliches Konzept zur Überwachung von Brücken im Bundesfernstraßennetz. Die bestehende Überwachung des Ist-Zustands wird ergänzt durch eine vorausschauende Überwachungskomponente, die eine frühzeitige Schadenserkennung, Prognose zukünftiger Schädigungen und Planung von Instandhaltungsmaßnahmen ermöglicht. Durch das ganzheitliche Konzept profitieren Verkehrsteilnehmer von verringerten Einschränkungen, wobei im besten Fall eine Brücke für den Schwerlastverkehr erst gar nicht gesperrt werden muss. Darüber hinaus wirkt sich die umfassende Überwachung der Tragwerke im Straßenbau kostensenkend aus, da durch die vorausschauende Planung weitere Schädigungen an Brücken vermieden werden und frühzeitige Budget- und Personaleinsatzplanungen erfolgen können.

OSiMaB nutzt den bestehenden Datenbestand des Bundes für das Bundesfernstraßennetz, ergänzt um Daten aus den Baumessstellen und Simulationsmodellen. Aus diesen Daten wird mit Hilfe innovativer Bewertungsalgorithmen das intelligente System zur Bewertung des Brückenzustandes und Prognose des zukünftigen Erhaltungszustandes entwickelt. Diese neuen Bewertungsalgorithmen von OSiMaB machen das Konzept einzigartig. 

In den letzten Jahren hat OSiMaB bereits Bauwerksdatensätze sowie Verkehrsdaten zusammengeführt und verfeinert, um die erforderlichen Bewertungsalgorithmen zu entwickeln. Das OSiMaB-Überwachungssystem ist an einem repräsentativen Brückenbauwerk im Dauerbetrieb und sammelt Daten. Mit dieser Datenbasis werden die bereits entwickelten Algorithmen erprobt, um die Datenanalyse weiter zu verbessern.

7 Fragen an OSiMaB: Ein Gespräch mit Andreas Socher, Bundesanstalt für Straßenwesen, Projektkoordinator des mFUND-Projekts Online-Sicherheits-Management für Brücken (OSiMaB)

Zum Interview

HBM spielt eine führende Rolle

Gemeinsam mit der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt), ITC Engineering, der Technischen Universität Berlin, der Universtiät Bonn und dem Hasso-Plattner-Institut hat HBM das ganzheitliche Konzept zur Überwachung von Brücken entwickelt. Um die Algorithmen von OSiMaB zu verifizieren, die relevanten Brückenparameter zu analysieren und ein System für die Bewertung zu entwickeln, ist eine Datenerfassung an einem repräsentativen Brückenbauwerk erforderlich. Für OSiMaB dient eine Brücke an der Autobahn A45 als Demo-Bauwerk. Die Brückenkonstruktion wurde von HBM mit einer kompletten messtechnischen Lösung ausgestattet, die installiert und in Betrieb genommen wurde.

150 analoge Sensoren messen eine Vielzahl physikalischer Größen wie Dehnung, Weg, Beschleunigung, Neigung, Temperatur und Lärm. Synchron mit den taktilen Sensoren zeichnet eine Videokamera zusätzlich den Verkehrsfluss auf der Brücke auf. Die Synchronisation des gesamten Messsystems ermöglicht eine Analyse von Korrelationen zwischen verschiedenen Sensoren.

Als Messdatenerfassungssystem kommen das modulare QuantumX und die Software catman AP von HBM zum Einsatz. Die catman-Version für Überwachungsaufgaben spielt dabei eine zentrale Rolle. Sie dient zur Parametrierung, Berechnung, Visualisierung, Online-Analyse sowie zur lokalen und cloudbasierten Datenspeicherung im EDGE-Betrieb. Das komplette System ist über einen LTE-Router und einen VPN-Tunnel mit dem Server verbunden. Ein Funkschalter und ein Schaltschrank-Überwachungssystem bieten umfangreiche Fernwartungsoptionen. Die erfassten Daten fließen in die Bauwerksdatenmodellierung (BIM) des Projektpartners ITC Engineering ein und werden in einem übersichtlichen Dashboard angezeigt. 

Die Systemstruktur von OSiMaB

Werden Sie einen Blick auf die Mindmap, um mehr über die Systemstruktur von OSiMaB zu erfahren.

OSiMaB-Projektdetails

Datensätze: 52.340 Bauwerksdatensätze inklusive Daten von 1.736 automatischen Messstellen und manuellen Straßenverkehrszählungen von 10.684 Standorten.

Fördersumme: 2,94 Mio. Euro

Laufzeit: 5/2017 - 12/2020

Projektmitarbeiter: 14

Projektbeteiligte: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt), HBM - Test & Measurement, ITC EngineeringTechnische Universität BerlinHasso-Plattner-Institute und Universität Bonn.

Weitere Informationen

Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur: 

Bundesanstalt für Straßenwesen:

Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung​​​​​​​: