Alternde Infrastrukturbauwerke stellen ein hohes Sicherheitsrisiko dar, wie der Einsturz einer Autobahnbrücke in Genua jüngst zeigte. Durch intensive Nutzung sowie vielfältige Umwelteinflüsse sind Brücken und andere Bauwerke der Verkehrsinfrastruktur dauerhaft hohen Beanspruchungen ausgesetzt. Schädigungen wie Risse, Abplatzungen oder Verformungen machen die Tragwerksbelastungen sichtbar. Um die Bauwerkssicherheit dauerhaft zu gewährleisten, sind regelmäßige Inspektionen zur Ermittlung des Bauwerkszustandes erforderlich.  

Bislang werden die zeit- und kostenintensiven Begutachtungen von Experten vor Ort durchgeführt. Digitale Methoden könnten das Prüfverfahren deutlich vereinfachen und verbessern, sind sich die Projektpartner von »AISTEC« einig. Dabei verfolgen die Forscher einen innovativen Lösungsansatz: »Durch kontinuierliches, sensorgestütztes Monitoring in Verbindung mit einer luftbildgestützten Schadenserfassung und automatisierten Schadenserkennung kann der Zustand von Brücken und anderer Infrastruktur effizienter überwacht werden«, ist Projektleiter Professor Dr. Guido Morgenthal von der Bauhaus-Universität Weimar überzeugt. »Alterungsschäden würden schneller erkannt, sodass Instandhaltungsmaßnahmen eingeleitet werden könnten, bevor Sperrungen oder sogar der Abriss des Bauwerkes drohen«, fährt Prof. Morgenthal fort.

Automatisierte Schadenserkennung aus der Ferne möglich
Ausgangspunkt der digitalen Inspektion ist die fotografische Erfassung des Infrastrukturbauwerkes mithilfe von Drohnen, sogenannten »Unmanned Aircraft Systems« (UAS). Diese mit hochauflösenden Kameras ausgestatteten Flugsysteme scannen das Bauwerk systematisch auf festgelegten sowie optimierten Routen und erfassen Bild- und Thermographiedaten zur Ermittlung des Bauwerkszustandes. Über fest verbaute hochsensible Sensoren am Bauwerk sollen zusätzliche Parameter dauerhaft überwacht werden.

Aus den gesammelten Bilddaten werden schließlich digitale 3D-Modelle des Bauwerkes erzeugt. Darin auftretende Schadensmuster könnten mittels Bildanalyse automatisch erkannt und deren Wirkung auf das Tragverhalten über computergestützte Simulationen errechnet werden. Mithilfe von Virtual-Reality-Systemen werden die Messdaten anschließend visualisiert, wodurch eine Begutachtung durch Experten aus der Ferne ermöglicht wird. Die Methoden sollen an Referenzobjekten der Deutschen Bahn prototypisch umgesetzt und praktisch erprobt werden, um deren Eignung nachzuweisen.

Verbundprojekt »AISTEC«: Bewertung alternder Infrastrukturbauwerke mit digitalen Technologien
Das Verbundprojekt ist Teil der BMBF-Fördermaßnahme »KMU-innovativ: Forschung für die zivile Sicherheit«.

Projektlaufzeit
September 2018 bis August 2021

Beteiligte Professuren
Prof. Dr. Guido Morgenthal, Professur Modellierung und Simulation – Konstruktion
Prof. Dr.-Ing. Volker Rodehorst, Professur Computer Vision in Engineering
Prof. Dr. Bernd Fröhlich, Professur Systeme der Virtuellen Realität 

Projektpartner
Bauhaus-Universität Weimar,
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Berlin
Deutsche Bahn Netz AG, Frankfurt am Main
Leonhardt, Andrä und Partner Beratende Ingenieure VBI AG, Erfurt

Assoziierte Partner:
Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt), Bergisch-Gladbach
Intel Deutschland GmbH, Krailling
Thüringer Landesamt für Bau und Verkehr, Erfurt
SOFiSTiK AG, Oberschleißheim GEPA mbH, München 

Ansprechpartner:
Für Rückfragen steht Ihnen gerne Verbundkoordinator Prof. Dr. Guido Morgenthal, Bauhaus-Universität Weimar, Fakultät Bauingenieurwesen, Professur Modellierung und Simulation – Konstruktion, unter +49 (0) 36 43/58 44 17 oder guido.morgenthal@uni-weimar.de zur Verfügung.