Bauwerksüberwachung im 21. Jahrhundert

Einleitung

Die Überwachung der Tragfähigkeit von Bauwerken ist ein komplexes und spannendes Feld der modernen Ingenieurpraxis. Damit die Infrastruktur unserer Städte, Brücken, Tunnel, Gebäude und Talsperren, sicher, nachhaltig und langlebig ist, braucht es die Zusammenarbeit vieler Disziplinen. Bauingenieure, Geotechniker, Informatiker, Umweltingenieure, Elektroingenieure und viele weitere Fachleute tragen aktiv dazu bei, die kontinuierliche Überwachung von Bauwerken Wirklichkeit werden zu lassen.

Dieser Artikel gibt einen umfassenden Überblick darüber, was Bauwerksüberwachung in der Praxis bedeutet und wie dieser Ansatz helfen kann, den Zustand der gebauten Umwelt kontinuierlich zu überwachen und zu verbessern. Auch wenn das Thema sehr komplex ist, haben wir versucht, die wichtigsten Aspekte gut lesbar zusammenzufassen, damit der Text für alle Beteiligten nützlich ist, für Ingenieure, Betreiber von Gebäuden und Infrastruktur sowie Investoren.

Structural Health Monitoring

Structural Health Monitoring (SHM) ist die kontinuierliche Überwachung des Zustands verschiedener Bauwerke wie Brücken, Tunnel, Talsperren, Gebäude und anderer Infrastrukturelemente. Ziel von SHM ist es, mögliches Strukturversagen und sich ändernde Umweltbedingungen rechtzeitig zu erkennen und die erfassten Daten für ingenieurtechnische Entscheidungen und die Vorhersage des Instandhaltungsbedarfs zu nutzen. So lassen sich größere Schäden und Unfälle verhindern und die Nutzungsdauer von Bauwerken verlängern. Letztlich geht es darum, die Kosten für die Gesellschaft zu optimieren, was den Schutz von Menschenleben und Sicherheit, den Schutz von Natur und Umwelt sowie die Minimierung direkter Sachkosten umfasst.

Definition von SHM: Die kontinuierliche Messung, Überwachung oder Verfolgung des Zustands einer Größe, eines Prozesses oder eines Systems, um Veränderungen und mögliche Probleme rechtzeitig zu erkennen und die für einen ordnungsgemäßen und sicheren Betrieb nötigen Entscheidungen treffen zu können.

Structural Health Monitoring ist ein Schlüssel für die Sicherheit und langfristige Nachhaltigkeit von Gebäuden. Solche Systeme können während des Baus oder im Betrieb installiert werden und ermöglichen so eine Überwachung über den gesamten Lebenszyklus. Das Monitoring in der Bauphase erlaubt die Echtzeitkontrolle der entstehenden Bauwerke und die Visualisierung des Fortschritts. Mögliche Bau- und Materialfehler können so rechtzeitig erkannt und behoben werden. In der Betriebsphase überwachen Sensoren und Datenerfassungsgeräte laufend Lasten, Schwingungen, Temperaturänderungen und andere Umwelteinflüsse auf die Bauteile, was vorbeugende Instandhaltung und die Früherkennung von Schäden ermöglicht. Die Kombination beider Ansätze kann Sicherheit und Lebensdauer von Gebäuden erheblich steigern.

Schlüsseltechnologien und Werkzeuge:

SHM-Systeme beruhen auf einer Vielzahl von Messinstrumenten und zugehörigen Technologien. Gemeinsam ermöglichen sie eine komplexe Datenerfassung und -verarbeitung. Eine kontinuierliche und genaue Überwachung des Zustands von Bauwerken ist für die Tragsicherheit und einen nachhaltigen Betrieb unerlässlich. Die wichtigsten Werkzeuge für den effizienten Betrieb von SHM-Systemen sind:

Sensoren: Sensoren messen verschiedene Bauwerks- und Umwelteigenschaften. Beispiele für Bauwerkseigenschaften sind Eigenfrequenz, Verschiebung bzw. Durchbiegung, Neigung, die Größe der Kräfte im Tragwerk, Rissgröße und Bauteiltemperatur. Zu den Umweltparametern gehören etwa Wetterdaten, Niederschlag, Wind und Lufttemperatur, Grundwasserstand sowie geologische und geotechnische Parameter. Sensoren, die diese Eigenschaften messen, können Abweichungen und Veränderungen an kritischen Stellen von Bauwerken und ihrer Umgebung rechtzeitig erkennen.

Datenerfassungssysteme: Datenlogger erfassen die Rohdaten der Sensoren, die nach unterschiedlich starker Vorverarbeitung vor Ort gespeichert oder zur Analyse übertragen werden. Die Erfassung kann durch manuelles Ablesen erfolgen oder, in moderneren Systemen, zunehmend automatisiert. Datenlogger können auf offenen Hardware-Kommunikationsstandards beruhen oder auf die Sensoren eines einzelnen Herstellers spezialisiert sein. Diese Systeme umfassen in der Regel ein Schnittstellenmodul zu den Sensoren, eine zentrale Recheneinheit und ein Auslese- oder Kommunikationsmodul. Die Datenlogger lassen sich in einen Industrie-PC oder sogar in mikrocontrollerbasierte Zielsysteme integrieren.

Datenverarbeitungssysteme: Die erfassten Daten werden mit spezieller Ingenieur- und Statistiksoftware analysiert, die den aktuellen Zustand des Bauwerks bewertet und in vielen Fällen mögliche Probleme vorhersagt. Datenverarbeitungssysteme können vollständig in den SHM-Prozess integriert sein oder aus einzelnen Ingenieurprogrammen bestehen. Gemeinsam ist ihnen, dass sie aus den Rohdaten Informationen erzeugen, die Ingenieure interpretieren können. In modernen Systemen lassen sich verschiedene Parameter vergleichen und ihre Zusammenhänge analysieren, sogar automatisiert. Häufig beginnt die Datenverarbeitung bereits bei der Erfassung im Feld und wird je nach verfügbarer Rechenleistung und Bandbreite in einem zentralen System fortgesetzt.

Kommunikationsgeräte: Sie sorgen für den Datenfluss zum zentralen System. Kommunikationsgeräte können kabelgebunden oder drahtlos sein. In beiden Fällen kommt meist ein Standardprotokoll zum Einsatz. Kabelgebundene Systeme nutzen überwiegend Ethernet, EtherCat, ModBus und CanBus. Drahtlose Protokolle sind zum Beispiel LoRA und LoRAWAN, WLAN, 4G/5G-Mobilfunk oder sogar Satellitenkommunikation. Meist umfasst das Kommunikationsnetz ein oder mehrere Gateways, die Daten zwischen Standards mit unterschiedlicher Reichweite und Bandbreite übersetzen und weiterleiten. Typisch für SHM ist etwa die Übersetzung aus kabelgebundenen oder drahtlosen Nahbereichsnetzen vor Ort in Internetprotokolle für drahtlose Übertragung.

Visualisierungs- und Analysesysteme: Mit Visualisierungssoftware sehen Fachleute Diagramme und Berichte zum Zustand der Bauwerke, was schnelle und effiziente Entscheidungen unterstützt. Moderne Visualisierungen ermöglichen den Vergleich von Datenreihen und die gemeinsame Analyse mehrerer Parameter. Manche Software ist völlig universell und erlaubt es Fachleuten, komplexe Analysen nach eigenem Bedarf zu definieren. Andere Software setzt auf vollständige Automatisierung, und das angepasste System führt die im Projekt festgelegten Berechnungen selbstständig aus. Ergebnis der Visualisierung kann eine Tabelle, Karte oder ein Diagramm auf dem Bildschirm sein oder eine Datei zur weiteren Analyse. Automatisierte Analysesysteme können vordefinierte Berichte erstellen und an die Beteiligten senden. Individuelle Benachrichtigungen, die sich anhand komplexer Kriterien festlegen lassen, informieren Ingenieure, Investoren, Verantwortliche oder andere Betroffene sofort. Das ist hilfreich, wenn sofortiges Eingreifen, weitere Abstimmung oder eine Bewertung nötig ist. Modernes SHM verkürzt die Zeit, bis interpretierte Informationen beim richtigen Beteiligten ankommen. Es kann sicherstellen, dass jeder Beteiligte die Informationen mit dem passenden Inhalt zur richtigen Zeit erhält. Benachrichtigungen können sich auf den Zustand des Systems beziehen (z. B. Messausfall) oder auf einen Bauwerksparameter, der eine Toleranz überschreitet (z. B. eine größere Verschiebung als erwartet).

Ein herausragendes Merkmal moderner SHM-Systeme ist ihre Fähigkeit, unterschiedliche Technologien und Werkzeuge zu einem komplexen System zu verbinden, das den sicheren Betrieb und die Nachhaltigkeit von Bauwerken mit Echtzeitdaten unterstützt. Diese Fähigkeit zur kontinuierlichen Überwachung und sofortigen Reaktion ist für ein wirksames Management von Infrastruktur unerlässlich.

Wie eine Smartwatch, nur für Bauwerke

SHM-Technologie lässt sich gut mit Smartwatches vergleichen. So wie eine Smartwatch ständig die physiologischen Werte Ihres Körpers wie Herzfrequenz, Schrittzahl oder Schlafqualität überwacht, überwachen SHM-Systeme auf ähnliche Weise die „Gesundheit“ Ihrer gebauten Umwelt. Leicht verständlich aufbereitete Smartwatch-Daten helfen Nutzern, bessere Entscheidungen für Gesundheit und Lebensstil zu treffen, während SHM-Daten für Ingenieure und Instandhaltungsfachleute entscheidend sein können, um mögliche Probleme zu erkennen und Bauwerksschäden rechtzeitig zu verhindern. Auch hier sind einfacher Zugang und gute Interpretierbarkeit der Schlüssel.

Wenn etwa eine Smartwatch den Nutzer vor einer erhöhten Herzfrequenz oder ungewöhnlicher körperlicher Aktivität warnt, können SHM-Systeme ebenso Signale an Ingenieurteams senden, wenn an einer Brücke, einem Gebäude oder einem anderen Bauwerk untypische Schwingungen, Bewegungen oder andere Parameteränderungen festgestellt werden. Die Analogie trägt auch insofern, als wir durch die Auswertung der Daten sehr vieler Smartwatch-Träger neue Erkenntnisse über die menschliche Gesundheit gewinnen. Die Daten aus der Überwachung von Bauwerken sind nicht nur für sich genommen aussagekräftig, sondern liefern auch relevante Grundlagen für Maßnahmen an anderen Bauwerken oder für künftige Planungsentscheidungen. Dieser Vergleich hilft, die entscheidende Rolle solcher Monitoring-Systeme für moderne Infrastruktur besser zu verstehen, so wie Smartwatches sie für die alltägliche Gesundheitsvorsorge spielen.

Die SHM-Branche

Die Branche für Structural Health Monitoring (SHM) wird auf ein Volumen von rund 2 Milliarden US-Dollar geschätzt und ist in den letzten Jahren deutlich gewachsen, um etwa 10 % pro Jahr, da sich weltweit immer mehr Infrastrukturprojekte und Instandhaltungsvorhaben mit der langfristigen Stabilität und Sicherheit von Bauwerken befassen. Fortschritte bei SHM-Technologien haben Effizienz und Zuverlässigkeit von Monitoring-Prozessen in vielen Bereichen verbessert, von Brücken über Tunnel bis zu Ingenieurbauprojekten. Getragen wird dies von der Verbreitung der von SHM genutzten Digitalisierungstechnologien und ihren deutlich gesunkenen Kosten.

Wirtschaftliches Wachstum

Mehrere Faktoren treiben das Wachstum der SHM-Branche:

Steigende Investitionen in Infrastruktur: Weltwirtschaftliches Wachstum und Urbanisierung bringen immer mehr Bauprojekte hervor, die SHM-Systeme als festen Bestandteil der Planung integrieren. Zudem altern die Bauwerke in den Industrieländern, und der Bedarf, ihre Lebensdauer zu verlängern, ist groß. Auch die hohen Kosten hochqualifizierter Ingenieurarbeit treiben die Automatisierung voran.

Immer strengere Sicherheitsvorschriften: Verschärfte Vorschriften zur Sicherheit von Bauwerken bewegen Unternehmen dazu, fortschrittlichere SHM-Systeme einzusetzen.

Technologischer Fortschritt: Die Entwicklung von IoT, künstlicher Intelligenz, Big Data und Cloud-Technologien hat SHM-Systemen neue Möglichkeiten eröffnet und Geschwindigkeit und Genauigkeit der Datenerfassung bei immer geringeren Kosten verbessert.

Die übergreifende Dimension der Nachhaltigkeit: Einerseits ist die Verlängerung der Lebensdauer für die Gesellschaft ein naheliegender Weg, CO2-Emissionen zu senken, andererseits kann ein „engeres“ Monitoring einen geringeren Materialverbrauch von Bauwerken ermöglichen. Die Automatisierung von Messaufgaben senkt zudem die direkten Emissionen der Arbeit.

Wichtige Akteure und Partnerschaften

Zu den wichtigsten Akteuren der Branche gehören Technologieunternehmen, Ingenieurdienstleister, Forschungsinstitute und Universitäten, die gemeinsam die neuesten SHM-Technologien entwickeln und einsetzen. Partnerschaften wie Kooperationen zwischen Wissenschaft und Industrie erleichtern die schnelle Markteinführung neuer Technologien.

In der EU ist das Interreg-Donauraum-Projekt GeoNetSee ein gutes Beispiel für eine solche Zusammenarbeit, ein Projekt zur automatisierten Vorhersage und Überwachung von Hangrutschungen, an dem 14 Organisationen aus Wissenschaft, Verwaltung und Wirtschaft aus 8 Ländern beteiligt sind.

Ausblick

Die Zukunft der SHM-Branche ist geprägt vom Wandel hin zu komplexen, integrierten Systemen und der Entwicklung automatisierter Self-Service-Lösungen. Künftige Entwicklungen werden sich mit Nachhaltigkeit und Energieeinsparung sowie mit der Effizienzsteigerung von Monitoring-Systemen befassen.

Das stetig wachsende Feld des SHM bietet Chancen für technologische Innovation und für die Verbesserung globaler Infrastrukturen, bei denen Sicherheit, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit im Mittelpunkt stehen.

Das Problem und die Lösung

Entwicklung und Einsatz von Systemen zur Bauwerksüberwachung können mehrere Probleme und Herausforderungen mit sich bringen, die die Wirksamkeit des Monitorings erheblich beeinflussen. Datenerfassung, Datenaufzeichnung und die Zugänglichkeit vor Ort können technische und logistische Grenzen setzen. Umweltfaktoren wie extreme Wetterbedingungen oder mechanische Einwirkungen erschweren den genauen Betrieb der Messinstrumente zusätzlich. Diese Faktoren machen die genaue und zuverlässige Überwachung des Bauwerkszustands, die für die Früherkennung von Fehlern und den Erfolg vorbeugender Instandhaltung unerlässlich ist, zu einer komplexen Aufgabe.

Häufige Probleme und Herausforderungen bei der Bauwerksüberwachung

Datenerfassung: Herkömmliche „manuelle“ Methoden wie die Datenerfassung mit geodätischen Messstationen sind zeitaufwendig, erfolgen in festen Intervallen, binden viel Personal und erfassen nur begrenzt die Daten, die zur Zustandsbeurteilung des Bauwerks nötig sind.

Zugänglichkeit der Messstellen: Manche Messstellen sind während des Baus, bei laufenden Arbeiten oder aufgrund der Art des Bauwerks, etwa in großer Höhe, schwer oder gar nicht zugänglich. Die Daten zum Bauwerk sind dadurch unvollständig.

Datenaufzeichnung: Die manuelle Datenerfassung ist fehleranfällig und liefert keinen kontinuierlichen Datenfluss für Entscheidungsprozesse. Sie verlangsamt außerdem die Projektabwicklung und die Optimierung der Instandhaltung. Auch eine anspruchsvollere digitale Aufzeichnung der Ablesungen vor Ort erfordert menschliches Eingreifen und unterschiedliche Software für unterschiedliche Sensoren, was die spätere Verarbeitung erschwert.

Umweltfaktoren: Umweltfaktoren wie starker Wind oder heftiger Regen können beispielsweise die Durchführbarkeit geodätischer Messungen erheblich beeinträchtigen. Diese technische Einschränkung kann eine genaue Datenerfassung verhindern, was besonders problematisch ist, wenn die Sicherheit von Bauwerken von einer kontinuierlichen und genauen Überwachung abhängt.

Fehlende Früherkennung: Da periodische Messungen durch Umweltfaktoren behindert werden, bleiben kleine Veränderungen an Bauwerken oft verborgen, bis sie zu einem ernsteren Problem werden, was Risiken und Reparaturkosten erhöht.

Wie SHM diese Probleme löst

Moderne SHM-Systeme stellen eine deutliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen Methoden dar. Sie bieten intelligente Antworten auf die oben genannten Herausforderungen und optimieren Sicherheit und langfristige Nachhaltigkeit von Bauwerken. Im Folgenden zeigen wir, wie SHM konkrete Lösungen in den Bereichen Datenerfassung, Zugänglichkeit, Datenaufzeichnung, Umweltfaktoren und Früherkennung bietet.

Frühzeitige Fehlererkennung

Ein zentraler Vorteil moderner Systeme ist ihre Fähigkeit, Fehler früh zu erkennen. Diese Systeme analysieren den Zustand von Bauwerken kontinuierlich, sodass mögliche Probleme erkannt werden, lange bevor sie ernst werden oder Schaden anrichten. Diese Frühdiagnose senkt das Risiko unerwarteter Ausfälle deutlich und ermöglicht rechtzeitige proaktive Instandhaltungsmaßnahmen, was erhebliche Kosten spart. Die Früherkennung erlaubt es zudem Infrastrukturbetreibern, die Tausende Brücken, Tunnel oder Gebäude verwalten, optimale Instandhaltungsprioritäten festzulegen. Diese Tätigkeit wird zusammenfassend als vorausschauende Instandhaltung bezeichnet.

Prognose

Prognosen sind eine der Schlüsselfunktionen von SHM-Systemen und helfen, die künftige Entwicklung des Bauwerkszustands zu verstehen. Durch die Analyse der erfassten Daten erkennen die Systeme Trends und erstellen Vorhersagen, sodass sich das erwartete Verhalten von Bauwerken abschätzen lässt. Ingenieure und Instandhaltungsteams können so rechtzeitig reagieren, größere Reparaturen und längere Ausfallzeiten vermeiden, die Betriebssicherheit deutlich erhöhen und die Instandhaltungskosten senken. Ein großer Sprung bei prädiktiven Technologien wird erwartet, sobald genügend Datenbestände vorliegen, um die Ingenieurarbeit auf diese Weise zu unterstützen.

Automatisierung

Automatisierung ist ein wesentlicher Bestandteil von SHM-Systemen und steigert die Effizienz des Monitorings erheblich. Von der Datenerfassung über die Analyse bis zur Berichterstattung verringern automatisierte Systeme den Bedarf an menschlichem Eingreifen und minimieren so Ungenauigkeiten durch menschliche Fehler. Zudem ermöglicht Automatisierung eine kontinuierliche Datenverarbeitung und Überwachung in Echtzeit, sodass der Zustand von Bauwerken jederzeit verfolgt und bei Bedarf sofort eingegriffen werden kann.

Fernüberwachung

Mit Fernüberwachung können SHM-Systeme den Zustand von Bauwerken unabhängig von ihrem Standort in Echtzeit überwachen und bewerten. Das ist entscheidend für Bauwerke an schwer erreichbaren oder abgelegenen Orten, wo regelmäßige Begehungen logistisch schwierig oder teuer sind. Der kontinuierliche Datenfluss sorgt dafür, dass Fachteams sofort auf mögliche Probleme reagieren können, was das Risiko katastrophaler Ereignisse senkt und die langfristige Sicherheit von Bauwerken erhöht. Betreibern großer Infrastrukturbestände verschafft die Fernüberwachung über eine einzige Oberfläche einen Überblick über alle Bauwerke.

Benachrichtigungen

Die Benachrichtigungsfunktion ist ein Kernelement des Systems und ermöglicht eine sofortige Reaktion bei Problemen. Das System erstellt automatisch Warnungen und Berichte, entweder in festen Abständen oder wenn die Messdaten von den normalen Betriebsparametern abweichen. So können Fachteams schnell reagieren, bevor ernste Schäden am Bauwerk entstehen. Schnelles Reagieren erhöht die Sicherheit von Bauwerken deutlich und senkt ungeplante Instandhaltungskosten.

SHM als System

Komponenten und Prinzipien des SHM-Systems

Ablauf

Die Datenerfassung im SHM-System beginnt bei den Messgeräten (Sensoren), die Daten an den Bauwerken aufzeichnen. Diese Daten gehen zunächst an eine lokale Datenerfassungseinheit, die sie über das Kommunikationsnetz an die zentrale Datenverarbeitung überträgt. Dort werden sie verarbeitet, analysiert und visualisiert, damit Nutzer sie leicht interpretieren können. Im Rahmen des Prozesses entstehen automatisch Berichte und Warnungen, die vor möglichen Problemen warnen und ein schnelles und effizientes Management der Bauwerke sicherstellen.

Komponenten

Ein System zur Bauwerksüberwachung (SHM) besteht aus mehreren Schlüsselkomponenten, die zusammenwirken, um eine kontinuierliche und wirksame Überwachung von Bauwerken zu gewährleisten. Zu den wesentlichen Elementen gehören:

Sensoren: Verschiedene Sensortypen (z. B. Beschleunigungsmesser, Neigungssensoren, Temperatursensoren) messen physikalische Eigenschaften wie Bewegung, Druck, Temperatur und mehr.

Datenlogger: Diese Geräte empfangen und speichern die Daten der Sensoren und verarbeiten sie teilweise vor.

Kommunikationssysteme: Sie übertragen die Daten von der Baustelle zu den zentralen Verarbeitungseinheiten.

Software für Datenverarbeitung und Analyse: Die Daten werden analysiert, bewertet und visualisiert, um den Zustand des Bauwerks zu beurteilen.

Benutzeroberfläche: Ermöglicht Ingenieuren, Verantwortlichen und anderen Beteiligten, auf die Daten zuzugreifen, sie zu interpretieren und schnell zu reagieren.

Alarm- und Berichtssysteme: Erzeugen anhand der erfassten Daten automatische Warnungen und Berichte, die auf mögliche Probleme oder erforderliche Maßnahmen hinweisen.

Zusammen bilden diese Komponenten das SHM-System, das eine kontinuierliche und detaillierte Überwachung des Zustands von Bauwerken ermöglicht.

Beteiligte

In SHM-Systemen gibt es zwei Hauptakteure: den Monitoring-Dienstleister und den Kunden.

Der Dienstleister: Er plant das System auf Basis der Kundenanforderungen und seiner eigenen fachlichen Erfahrung und installiert es in den meisten Fällen auch. Zu seinen Aufgaben gehören die Installation von Sensoren und Datenloggern, der Aufbau des Kommunikationsnetzes und die Konfiguration der Software für Datenverarbeitung und Visualisierung. Er ist außerdem für den laufenden Betrieb, die Wartung und den Support des Systems verantwortlich.

Das beauftragende Unternehmen (der Kunde): Es nutzt das System, um den Zustand der Bauwerke zu überwachen. Anhand der erhaltenen Daten und Warnungen kann es rechtzeitig eingreifen, Instandhaltungsarbeiten durchführen und die langfristige Sicherheit und Zuverlässigkeit der Bauwerke gewährleisten. Es ist für die Auswertung der Systemdaten und die notwendigen Entscheidungen verantwortlich.

Die Zusammenarbeit dieser beiden Akteure sorgt dafür, dass das SHM-System wirksam arbeitet und zur kontinuierlichen Verbesserung und Erhaltung des Bauwerkszustands beiträgt.

Neben diesen beiden Akteuren tragen auch Investoren, Planer, Bauunternehmen und Betreiber von Ingenieurbauwerken wesentlich zum erfolgreichen Betrieb des Systems bei. Nach neueren Entwicklungen zählen auch die vom Bauwerk betroffene Gemeinschaft und Umwelt zu den Beteiligten eines SHM-Systems. In den neuesten SHM-Plattformen können verschiedene Nutzer auf unterschiedlichen Ebenen auf Informationen zugreifen und sich auf ihrer Ebene ein Bild der Lage machen.

Investoren: Sie können den Bedarf an sicherem Bau und Betrieb festlegen und ein Monitoring-System verlangen. Im Rahmen ihrer technischen Aufsichtsbefugnisse können sie die Monitoring-Daten nutzen.

Planende Ingenieure: Aus eigener Erfahrung oder auf Wunsch des Investors formulieren sie die ingenieurtechnische Fragestellung, die das spätere Monitoring beantworten muss. Sie beauftragen einen Monitoring-Spezialisten mit der Auswahl der Sensoren und der Planung des Monitoring-Systems. Die Daten der entwickelten Plattform nutzen sie im Rahmen ihrer Planungsarbeit.

Bauunternehmen: Sie beauftragen das Monitoring-System während des Baus und schaffen die nötigen Rahmenbedingungen für den Betrieb. Während der Bauarbeiten nutzen und stimmen sie die Daten für das weitere Vorgehen ab.

Betreiber: Sie beauftragen das Monitoring-System während des Betriebs und schaffen die nötigen Rahmenbedingungen. Im laufenden Betrieb nutzen und stimmen sie die Daten zur Planung von Instandhaltungsmaßnahmen ab.

Betroffene Gemeinschaft, Umwelt: Vertreter der Gemeinschaft und zuständige Behörden können Zugang zum System erhalten, um sie betreffende Berichte und Benachrichtigungen zu bekommen und sich fundiert über die Vorgänge zu informieren.

Datenerfassung, Analyse und Auswertung

Das SHM-System arbeitet mit der genauen und kontinuierlichen Erfassung von Daten verschiedener Sensoren wie Beschleunigungsmessern, Inklinometern oder GNSS-Systemen. Diese Daten fallen oft in großen Mengen an, daher sind effiziente Verarbeitung und Analyse unerlässlich. Ziel des Datenflusses ist es, den aktuellen Zustand der Infrastruktur laufend zu beurteilen und mögliche Probleme rechtzeitig zu erkennen, bevor sie ernst werden.

Benutzeroberfläche

Eines der wichtigsten Elemente von SHM-Systemen ist die Benutzeroberfläche, die einen schnellen und intuitiven Zugang zu den Daten ermöglicht. Die Oberfläche sollte übersichtlich und einfach zu bedienen sein und Informationen auf mehreren Ebenen bieten, damit nicht nur Ingenieure, sondern auch andere Beteiligte wie Stadtverwaltungen oder Projektleiter das System sinnvoll nutzen können.

Interaktive Karten, Diagramme und 3D-Modelle machen Problembereiche visuell erkennbar, und Nutzer können leicht zwischen verschiedenen Bauwerken wechseln. Funktionen wie Echtzeitbenachrichtigungen oder rollenspezifische Zugänge verbessern die Nutzbarkeit des SHM-Systems zusätzlich.

Berichte

Berichte gehören zu den wichtigsten Ergebnissen von SHM-Systemen und stellen die erfassten Daten zusammengefasst dar. Das System kann regelmäßig oder bei Bedarf Berichte erstellen, mit aktuellem Zustand, Trends und möglichen Warnungen.

Das Format der Berichte ist anpassbar, von einfachen SMS oder PDF-Dokumenten bis zu komplexeren Analyseergebnissen, die sich in andere Systeme integrieren lassen. Diese Daten sind für Entscheidungsträger entscheidend, um rechtzeitig Instandhaltungs- oder Notfallmaßnahmen zu ergreifen.

Sicherheitsmaßnahmen

Die Sicherheit von SHM-Systemen ist unerlässlich, da Schutz und Integrität der Daten den Betrieb der Infrastruktur und die Entscheidungen direkt beeinflussen. Das System muss vor Angriffen und Datenlecks schützen, gewährleistet durch mehrschichtige Sicherheitsprotokolle wie verschlüsselte Datenübertragung und Authentifizierungsverfahren.

Die im System gespeicherten Daten müssen regelmäßig gesichert werden, damit sie bei einem Ausfall wiederhergestellt werden können. Software-Updates und regelmäßige Prüfungen (etwa Penetrationstests) tragen ebenfalls zur Sicherheit bei und stellen sicher, dass SHM-Systeme stets die neuesten Sicherheitstechnologien nutzen.

Einsatzbereiche, Beispiele

Einsatzbereiche

Brücken

Die ständige Überwachung des Zustands von Brücken ist für die Verkehrssicherheit unerlässlich. Systeme zur Bauwerksüberwachung messen Verformungen und Spannungen der Brückenbauteile. Mit diesen Daten lassen sich mögliches Strukturversagen oder Materialermüdung vorhersagen.

Mögliche Probleme bei Brücken: Schäden an Lagern, Probleme an Dehnfugen, Korrosion, Wärmeausdehnung

Messmöglichkeiten: Schwingungen, dynamische Verschiebung, Neigung, Kraft- und Spannungsmessung, langsame Verschiebung, Verformung, Lagerverschiebung, Rissbreite, Vereisung, Auskolkung, Bauteilfeuchte, Bauteiltemperatur, Dehnfugenbewegung, Umgebungstemperatur, Wind, Niederschlag, Grundwasserstand, Verkehr

Tunnel

Bei Tunneln dienen Systeme zur Bauwerksüberwachung der kontinuierlichen Kontrolle der Tragfähigkeit. Sensoren können Erdbewegungen, Verformungen des Tragwerks und Wassereintritte erkennen. Die Datenerfassung in Echtzeit hilft, schwere Unfälle und Bauwerksschäden zu verhindern. Die Datenanalyse ermöglicht genauere Instandhaltungs- und Reparaturpläne für den Tunnel.

Mögliche Probleme in Tunneln: Bodenverformung, Neigung, Verschiebung (Extensometer), Probleme durch Änderungen des Grundwasserstands

Messmöglichkeiten: Neigung, Kraft- und Spannungsmessung, Luftqualität, langsame Verschiebung, Verformung, Rissbreite, Bauteilfeuchte, Umgebungstemperatur, Grundwasserstand, Verkehr, Druck, Verschiebung

Talsperren

Die kontinuierliche Überwachung des Zustands von Talsperren ist entscheidend für die Wassersicherheit. Systeme zur Bauwerksüberwachung können Verformung, Verschiebung und Wasserdruck einer Talsperre messen. Diese Daten helfen, Dammbrüche oder schwere Bauwerksschäden zu verhindern.

Mögliche Probleme bei Talsperren: Neigung, Verschiebung, Risse, Druck

Messmöglichkeiten: Neigung, Kraft- und Spannungsmessung, Bauteilfeuchte, Umgebungstemperatur, Grundwasserstand

Gebäude

Die Überwachung des Bauwerkszustands von Gebäuden ist für eine sichere Nutzung unerlässlich. Mit Sensoren lassen sich Bewegungen, Verformungen und der Materialzustand von Gebäuden messen. Die Daten informieren Eigentümer rechtzeitig über nötige Instandhaltungsarbeiten.

Mögliche Probleme bei Gebäuden: Neigung, Setzung, Feuchtigkeit im Mauerwerk, Risse in tragenden Bauteilen

Messmöglichkeiten: Schwingungen, dynamische Verschiebung, Neigung, Kraft- und Spannungsmessung, Luftqualität, langsame Verschiebung, Setzung, Rissbreite, Bauteilfeuchte, Bauteiltemperatur, Umgebungstemperatur, Wind, Niederschlag, Grundwasserstand

Baudenkmäler

Die Überwachung der Tragfähigkeit von Baudenkmälern hat für ihren langfristigen Erhalt und einen sicheren Besuch Vorrang. Mit Sensoren und modernen technischen Lösungen lassen sich Bewegungen des Bauwerks, Risse, Anzeichen von Materialermüdung sowie Umwelteinflüsse wie Temperatur- oder Feuchteschwankungen messen. Die erfassten Daten ermöglichen es den Verantwortlichen, rechtzeitig einzugreifen, um Schäden zu verhindern und gleichzeitig Eingriffe in die Originalsubstanz zu minimieren. So bewahren Baudenkmäler nicht nur ihren ästhetischen und kulturellen Wert, sondern können auch weiterhin sicher ihre gesellschaftlichen oder touristischen Funktionen erfüllen.

Mögliche Probleme bei Baudenkmälern: Neigung, Setzung bzw. Erosion, Durchfeuchtung von Wänden, Risse in tragenden Bauteilen

Silos

Die kontinuierliche Überwachung des Zustands von Silos ist wichtig für die sichere Lagerung der eingelagerten Stoffe. Systeme zur Bauwerksüberwachung können Verformung, Verschiebung und Innendruck von Silos messen. Die Daten ermöglichen rechtzeitige Instandhaltungs- und Reparaturarbeiten und verhindern so Strukturversagen.

Mögliche Probleme bei Silos: Korrosion, Materialermüdung, Neigung, Setzung

Messmöglichkeiten: Neigung, Kraft- und Spannungsmessung, Luftqualität, langsame Verschiebung, Setzung, Rissbreite, Bauteilfeuchte, Bauteiltemperatur, Umgebungstemperatur, Niederschlag, Druck, Grundwasserstand

Monitoring-Systeme liefern Echtzeitdaten, die sofort für Entscheidungen genutzt werden können. Ihr Einsatz verlängert die Lebensdauer verschiedenster Infrastrukturbauwerke und Gebäude und senkt die Instandhaltungskosten. Mit Datenanalysen lassen sich der künftige Zustand dieser Bauwerke und die nötigen Eingriffe genauer vorhersagen, was nicht nur Kosteneffizienz ermöglicht, sondern auch Menschenleben schützt.

Beispiele

Internationales Beispiel: die Golden Gate Bridge

Weltweit gibt es viele Beispiele für Bauwerksüberwachung, darunter die bekannte Golden Gate Bridge. Die Überwachung ihres Tragwerks, insbesondere ihres Zustands, ist der Schlüssel zur langfristigen Stabilität und Sicherheit dieser ikonischen Brücke. Die Brücke verbindet San Francisco mit dem Marin County und ist eines der bekanntesten Bauwerke der Welt. Im Lauf der Jahre wurden zahlreiche fortschrittliche Technologien eingeführt, um ihren Zustand ständig zu überwachen, zumal das Bauwerk altert und starkem Verkehr und der Witterung ausgesetzt ist.

Die an der Brücke eingesetzten SHM-Systeme erfassen Echtzeitdaten aus verschiedenen Teilen der Brücke. Dazu sind verschiedene Sensoren installiert, darunter Beschleunigungsmesser, Dehnungsmessstreifen und Temperatursensoren. Beschleunigungsmesser messen Bewegungen und Schwingungen der Brücke, Dehnungsmessstreifen erfassen Spannungen und Verformungen im Tragwerk. Temperatursensoren überwachen Temperaturänderungen, da sich das Material der Brücke bei Temperaturschwankungen ausdehnen oder zusammenziehen kann. Zudem messen Windsensoren Windrichtung und -stärke, da die Brücke an der Pazifikküste erheblichen Windlasten ausgesetzt ist.

Stahlbauwerke wie die Golden Gate Bridge sind durch Korrosion gefährdet, vor allem durch salzhaltige Meeresluft. Die Korrosionsüberwachung hat Priorität, und an der Brücke sind verschiedene Korrosionssensoren installiert, um Anzeichen von Korrosion rechtzeitig zu erkennen. Regelmäßige Anstriche und Wartung sind ebenfalls unerlässlich, um den Verfall der Stahlkonstruktion zu verhindern.

Da Kalifornien ein erdbebengefährdetes Gebiet ist, ist auch die Überwachung der seismischen Stabilität der Golden Gate Bridge entscheidend. Fundamente und Haupttragwerk der Brücke wurden gegen seismische Einwirkungen verstärkt, und an den Bauteilen wurden seismische Sensoren installiert, die erdbebenbedingte Bewegungen messen. Diese Sensoren sind entscheidend für eine schnelle Reaktion nach einem Erdbeben und für die Beurteilung des Brückenzustands.

Bei der Golden Gate Bridge wird besonders auf die Auswirkungen von Wind und Schwingungen geachtet. Windresonanz kann langfristig schwere Bauwerksschäden verursachen, daher überwachen Windsensoren und Schwingungsmesser an der Brücke kontinuierlich das Ausmaß der Schwankungen. 2020 wurde die Brücke aerodynamisch nachgerüstet, um den Windwiderstand und das Schwanken des Tragwerks zu verringern.

Die durch die kontinuierliche Überwachung erfassten Daten werden von Ingenieuren und Technikern ausgewertet, um zu bestimmen, wann Instandhaltungs- oder Sanierungsarbeiten nötig sind. Dank eines proaktiven Instandhaltungsansatzes können die Betreiber rechtzeitig eingreifen, bevor schwere Schäden entstehen, und so die Lebensdauer der Brücke verlängern.

Beispiel aus Ungarn: die Brücke über die Kettős-Körös

Die in den 1970er-Jahren in Ungarn erbaute Brücke über die Kettős-Körös bei Köröstarcsa steht vor erheblichen strukturellen Herausforderungen, darunter die Korrosion der Spannglieder im Hohlkasten. Bisher beschränkte sich die Prüfung auf periodische geodätische Bewegungsmessungen und detaillierte Hauptprüfungen alle fünf Jahre. In Anerkennung der Risiken alternder Infrastruktur und entsprechend den Empfehlungen der letzten Hauptprüfung hat Magyar Közút gemeinsam mit SURVIOT ein modernes, kontinuierliches System zur Bauwerksüberwachung entwickelt.

SURVIOT installierte an kritischen Punkten der Brücke drei triaxiale Beschleunigungsmesser und drei drahtlose Bauteilthermometer. Diese Sensoren liefern Echtzeitdaten zu Schwingungen, Eigenfrequenzen und Temperaturänderungen, und die Informationen werden zur cloudbasierten Verarbeitung und Analyse an ein zentrales Datenerfassungssystem übertragen. Die ersten Ergebnisse bestätigen die Sicherheit der Brücke, ohne Anzeichen kritischer Schäden an den Spanngliedern. Dieses frühe Ergebnis unterstreicht das Potenzial fortschrittlichen Monitorings, Risiken zu mindern und vorbeugende Instandhaltung zu ermöglichen.

Künftig sollen weitere Sensoren wie Wegaufnehmer und Dehnungsmessstreifen hinzukommen und Verkehrsdaten integriert werden, um den Einfluss der Lasten besser zu verstehen. Die Mobilität des SURVIOT-Systems erleichtert eine kostengünstige Installation an ähnlichen Brücken in der Region. Das Projekt ist ein gutes Beispiel dafür, wie moderne Technologie die Lebensdauer kritischer Infrastruktur verlängern und die Sicherheit durch proaktive, datenbasierte Entscheidungen erhöhen kann.

Fallstudie: Brücke über die Kettős-Körös

Die vollständige Fallstudie Köröstarcsa schicken wir Ihnen gern als PDF. Schreiben Sie uns an info@surviot.com.

Technologische Innovationen

Neue Technologien und Verbesserungen

IoT

IoT-Technologie ist ein zentraler Wegbereiter der Bauwerksüberwachung, da sie kontinuierliche Kommunikation und Datenaustausch zwischen Geräten ermöglicht. IoT-basierte Sensoren können Echtzeitdaten übertragen und damit sofortige Reaktionen und Entscheidungen ermöglichen. Zum Beispiel können IoT-Geräte, die die Tragfähigkeit einer Brücke kontinuierlich überwachen, das Instandhaltungspersonal alarmieren, wenn ein Eingriff nötig ist, was die Sicherheit erhöht und Risiken senkt.

BIM

BIM (Building Information Modelling) ist ein digitales Modell der physischen und funktionalen Eigenschaften eines Bauwerks, mit dem Beteiligte (z. B. Planer, Bauunternehmen, Betreiber) über den gesamten Lebenszyklus des Bauwerks zusammenarbeiten, unterstützt von einem intelligenten 3D-Modell. In Verbindung mit Bauwerksüberwachung, Sensoren und IoT-Lösungen liefert BIM Echtzeitdaten über Zustand, Veränderungen und Instandhaltungsbedarf des Gebäudes. So lassen sich beispielsweise Simulationen durchführen. Die 7. „Dimension“ von BIM ist die Echtzeit-Datenerfassung, die auf den anderen sechs aufbaut und eng mit ihnen zusammenwirkt. Zu diesen „Dimensionen“ gehören das 3D-Modell selbst, Zeit, Kosten und Nachhaltigkeit.

Digitale Zwillinge

Digitale Zwillinge sind exakte virtuelle Abbilder physischer Bauwerke, die anhand von Monitoring-Daten laufend an die Wirklichkeit angepasst werden. Auf Basis der Umweltparameter und Kräfte „lebt“ das Modell in Echtzeit mit dem Bauwerk, sodass Simulationen und Analysen noch genauere Ergebnisse liefern.

Mit dieser Technologie verstehen Planer und Ingenieure besser, wie das Bauwerk auf unterschiedliche Lasten und Umwelteinflüsse reagiert, was sicherere und nachhaltigere Entscheidungen ermöglicht.

KI+ML

KI- und ML-Technologien können Mustererkennung und Vorhersagen aus Roh- oder vorverarbeiteten Daten optimieren und so die kontinuierliche Zustandsüberwachung von Bauwerken effizienter machen. Ein KI-gestütztes System kann zum Beispiel mögliches Strukturversagen vorhersagen, vorbeugende Instandhaltung ermöglichen und Kosten und Risiken unerwarteter Reparaturen senken.

XR (AR+VR)

Auswirkungen der Innovationen

Kosten

Neue Technologien wie IoT und künstliche Intelligenz ermöglichen die Automatisierung von Monitoring-Prozessen und senken den Personalbedarf und die Instandhaltungskosten erheblich. Mit automatisierten Systemen können Unternehmen schneller auf Probleme reagieren und den Bedarf an teuren Reparaturen und Ausfallzeiten minimieren.

Reaktionszeit

Durch bessere Methoden der Datenerfassung und -analyse können Monitoring-Systeme Anomalien früher erkennen, sogar lange bevor sie eintreten. Diese schnelle Reaktion kann mögliche Schäden verringern und hilft, Bauwerke selbst in kritischen Situationen rasch wieder in Stand zu setzen.

Genauigkeit

Digitale Zwillinge und Big-Data-Technologien liefern ein detaillierteres und genaueres Bild vom Zustand der überwachten Bauwerke. Diese genaueren Daten ermöglichen bessere Entscheidungen, was die Sicherheit von Bauwerken grundlegend verbessert und die Instandhaltung optimiert.

Vorteile und Herausforderungen

Stärken

Genaue und zeitnahe Datenerfassung

Automatische, genaue und zeitnahe Datenerfassung ist eine zentrale Stärke von Systemen zur Bauwerksüberwachung. So kann das System Daten in Echtzeit aufzeichnen und übertragen, damit mögliche Probleme und Abweichungen sofort erkannt werden. Dadurch kann schnell reagiert werden, bevor strukturelle Probleme ernst werden. Eine ausreichende Genauigkeit der Datenerfassung ist die Grundlage für Zuverlässigkeit und Wirksamkeit des Monitoring-Systems und trägt zu mehr Sicherheit bei.

Erhebliche langfristige Kosteneinsparungen

Die erheblichen langfristigen Kosteneinsparungen sind ein herausragender Vorteil von Systemen zur Bauwerksüberwachung. Die Technologie ermöglicht frühe Fehlererkennung und vorbeugende Instandhaltung, was die Kosten unerwarteter Reparaturen und Ausfallzeiten senkt. Rechtzeitige Eingriffe minimieren größere Schäden und die damit verbundenen Kosten, was den Betreibern langfristig erhebliche Einsparungen bringt.

Mehr Sicherheit und Zuverlässigkeit von Bauwerken

Kontinuierliche, sensorgestützte Bauwerksüberwachung, ergänzt durch geeignete Maßnahmenpläne, kann Sicherheit und Zuverlässigkeit deutlich erhöhen. Bauwerksüberwachung kann den Zustand von Anlagen laufend kontrollieren und mögliche Schäden erkennen, bevor sie ernst werden. Dadurch lassen sich Anzahl und Risiko unerwarteter Ausfälle erheblich verringern.

Schnellere Entscheidungsfindung

Moderne Monitoring-Systeme liefern Echtzeitdaten, mit denen sich jede Anomalie oder jeder Schaden schnell beurteilen lässt. Nach einem Erdbeben zeigt das SHM-System zum Beispiel sofort, ob und in welchem Ausmaß das Bauwerk beschädigt wurde, und erspart so eine langwierige Inspektion. Diese Fähigkeit kann besonders in Situationen entscheidend sein, in denen schnelle Entscheidungen Leben und Ressourcen retten.

Längere Lebensdauer von Bauwerken

Durch regelmäßige Zustandsüberwachung und Instandhaltung helfen Monitoring-Systeme, Infrastrukturbauwerke in gutem Zustand zu halten und ihre Lebensdauer zu verlängern. Das senkt nicht nur Reparatur- und Erneuerungskosten, sondern trägt auch zu einer nachhaltigen Nutzung bei.

Beitrag zur ökologischen Nachhaltigkeit

Bauwerksüberwachung hilft, Instandhaltungsarbeiten zu optimieren und deren Häufigkeit und Umfang zu verringern. Dadurch benötigen Instandhaltungsprozesse weniger Ressourcen, was negative Auswirkungen auf die Umwelt deutlich reduziert und das Erreichen von Nachhaltigkeitszielen unterstützt.

Einhaltung von Vorschriften

Sie hilft, strenge Sicherheits- und Prüfvorschriften einzuhalten, insbesondere bei kritischer Infrastruktur wie Brücken und Gebäuden.

Schwächen

Hohe Anfangsinvestitionen

Die Installation von Systemen zur Bauwerksüberwachung erfordert die Anschaffung moderner technischer Ausrüstung und Software sowie Kosten für die Integration. Diese hohe Anfangsinvestition kann abschreckend wirken, besonders bei Bauwerken mit geringerem Risiko, kleineren Infrastrukturbauwerken oder Projekten mit knappem Budget.

Systembetrieb erfordert Fachwissen

Installation, Betrieb und Wartung von SHM-Systemen erfordern Fachwissen und damit qualifizierte Ingenieure und Techniker. Fehlt dieses Fachwissen auf Nutzerseite, kann das den dauerhaften Betrieb und die Weiterentwicklung des Systems behindern.

Abhängigkeit von technischer Infrastruktur

Die Kommunikationslösungen von SHM-Systemen nutzen in der Regel das Netz eines Dritten (eines Telekommunikationsunternehmens). Die Übermittlung der Daten an den Verarbeitungsort erfordert Fachwissen und damit qualifiziertes IT-Personal. Fehlendes Fachwissen kann die wirksame Nutzung des Systems einschränken.

Herausforderungen bei Datenschutz und Sicherheit

Datenschutz- und Sicherheitsfragen bei Erfassung und Speicherung der Daten müssen unbedingt geklärt werden. Unsachgemäßes Datenmanagement kann ernste rechtliche und ethische Probleme verursachen. Bei einem externen Monitoring-Anbieter stellt sich zudem die Frage des Dateneigentums, die zufriedenstellend geregelt werden muss.

Teilweise menschliche Prüfung nötig

Obwohl SHM-Systeme stark automatisiert sind, ist in manchen Fällen menschliches Eingreifen nötig, um Daten zu interpretieren und Entscheidungen zu treffen, was den Automatisierungsgrad begrenzt. Neben der Visualisierungsoberfläche ist es auch wichtig, die Sensoren regelmäßig zu prüfen, zu kalibrieren und zu warten, was ebenfalls Fachkenntnis erfordert.

Begrenzte Anpassungsfähigkeit an veränderte Bedingungen

SHM-Systeme tun sich oft schwer, sich an schnell wechselnde Umweltbedingungen wie plötzliche Wetterumschwünge oder Katastrophen anzupassen oder mit der allgemeinen IT- und Technologieentwicklung Schritt zu halten. Sie müssen daher laufend weiterentwickelt werden, um wirksam und zeitgemäß zu bleiben.

Chancen

Wachsender Bedarf an Infrastruktur-Monitoring

Die weltweit zunehmende Urbanisierung und die Alterung bestehender Infrastruktur erhöhen den Bedarf an kontinuierlicher und wirksamer Bauwerksüberwachung. Der breite Einsatz von SHM-Systemen kann eine entscheidende Rolle bei der nachhaltigen Bewirtschaftung neuer und bestehender städtischer Infrastruktur spielen und die öffentliche Sicherheit und wirtschaftliche Stabilität erhöhen.

Technologische Entwicklung und Innovation

IoT, künstliche Intelligenz sowie Big-Data-Management und KI werden nicht nur Messgenauigkeit und -geschwindigkeit verbessern, sondern auch vorausschauende Instandhaltung und ereignisgesteuerte Alarmsysteme ermöglichen. Diese Entwicklungen könnten der Schlüssel zu effizienteren Monitoring-Systemen sein.

Erschließung neuer Märkte und Branchen

Dank ihrer Anpassungsfähigkeit und Skalierbarkeit lassen sich SHM-Systeme wirksam in verschiedenen Branchen einsetzen, etwa bei erneuerbaren Energien und intelligenten Verkehrssystemen. Diese Integration eröffnet neue Marktchancen und Geschäftsmodelle.

Integration in Smart-City-Projekte

Die Integration der SHM-Technologie in Smart-City-Infrastrukturen kann die Nachhaltigkeit und Lebensqualität des städtischen Umfelds verbessern und Entscheidungsträgern ermöglichen, Infrastrukturbauwerke auf Basis realer Daten zu verwalten und instand zu halten.

Neue Servicemodelle und Geschäftschancen

SHM-Systeme bieten Unternehmen die Möglichkeit, mit neuen Geschäftsmodellen zu arbeiten, etwa dem Vertrieb als Dienstleistung (SaaS) im Abonnement. So erzielen Unternehmen laufende Einnahmen von ihren Nutzern, was langfristig eine stabile Einnahmequelle bietet.

Risiken

Risiko technologischer Veralterung

Durch die rasante technologische Entwicklung droht Systemen zur Bauwerksüberwachung oft die Veralterung, was sie nicht nur weniger effizient macht, sondern auch Sicherheitsrisiken birgt. Zudem ist die Leistungsfähigkeit der Systeme eng an die technologische Entwicklung gebunden. Verzögerungen oder Fehlschläge wirken sich daher direkt auf ihre Wirksamkeit aus, was laufende Aktualisierung und die Integration von Innovationen erfordert.

Regulatorische und rechtliche Herausforderungen

Das unbeständige regulatorische Umfeld stellt erhebliche Herausforderungen dar, insbesondere im Datenschutz und im Baurecht. Die Einhaltung des Rechtsrahmens ist für Unternehmen entscheidend, um Bußgelder und Klagen zu vermeiden. Das regulatorische Umfeld kann aber auch ein Vorteil sein, etwa wenn es den Einsatz solcher Systeme vorschreibt.

Wettbewerb durch ähnliche Dienstleistungen und Ersatztechnologien

Der Wettbewerb am Markt nimmt ständig zu und setzt Unternehmen unter Druck, innovativer zu sein, bessere Leistungen zu bieten und effizienter zu arbeiten, bei zugleich wettbewerbsfähigen Preisen. Und das in einem Umfeld, in dem automatisiertes Monitoring mit „manuellen“ Messungen und Beobachtungen konkurrieren muss.

Konjunkturschwankungen und Finanzierungsprobleme

Wirtschaftskrisen, knappe Investitionsmittel und die fast ausschließliche Verantwortung des Staates für die Finanzierung von Infrastruktur können die Finanzierung von SHM-Projekten erheblich einschränken, was die Einführung neuer Technologien und die Marktausweitung bremsen kann.

Naturkatastrophen und Umwelteinwirkungen

Naturereignisse wie Erdbeben oder Hochwasser können die überwachten Bauwerke und das Monitoring-System selbst schwer beschädigen und so die Zuverlässigkeit der Daten und die Stabilität des Systems gefährden. Der Umgang mit solchen Umwelteinwirkungen ist für den effizienten Betrieb des Systems von größter Bedeutung.

Zusammenfassung

Bauwerksüberwachung (SHM) ist im Grunde wie eine Smartwatch für die gebaute Umwelt: Sie deckt verborgene Probleme auf und liefert ein umfassendes Bild vom Zustand der Bauwerke. Mit SHM kennen Betreiber nicht nur den aktuellen Zustand, sondern können auch rechtzeitig auf Probleme reagieren, was die Sicherheit erhöht und Kosten senkt.

SURVIOT setzt sich für sichere und intelligente Städte ein. Unsere Mission ist es, mit innovativen Lösungen zu moderner Stadtentwicklung beizutragen, die die langfristige Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit von Infrastrukturbauwerken sichern.

Quellen

SHM-Markt:

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Quelle: straitsresearch.com/report/structural-health-monitoring-market

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Quelle: cognitivemarketresearch.com/structural-health-monitoring-market-report

Fachartikel:

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Zonzini, F., Aguzzi, C., Gigli, L., Sciullo, L., Testoni, N., De Marchi, L., … & Marzani, A. (2020). Structural health monitoring and prognostic of industrial plants and civil structures: A sensor to cloud architecture. IEEE Instrumentation & Measurement Magazine, 23(9), 21-27.

Quelle: ieeexplore.ieee.org

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