Brücken: Wie sensorgestütztes Monitoring einen Blick in die Zukunft eröffnet

• In Deutschland gibt es zehntausende Brücken. Überwiegend erfolgt die Sicherheitsprüfung noch händisch – was hohe Kosten verursacht und wenig flexibel ist.
• Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) hat daher jetzt ein System für das sensorgestützte Monitoring entwickelt.
• Es ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung von Brücken aus der Ferne und sogar eine vorausschauende Instandhaltung.
• An einer großen Mainbrücke in Bayern hat sich die Praxistauglichkeit des Systems gezeigt.

Brücken gilt es in Deutschland im Abstand von drei bis sechs Jahren auf ihre Sicherheit zu überprüfen. Dabei nimmt man das Bauwerk vor Ort in Augenschein und trägt die Befunde und deren Bewertung händisch in Datenbanken und Bauwerksbüchern ein. Auf dieser Grundlage entscheiden Fachleute anschließend, ob eine Brücke zu reparieren oder sogar länger für den Verkehr zu sperren ist. Mit diesem weitgehend analogen Monitoring überwacht zum Beispiel die Deutsche Bahn AG rund 26’000 Eisenbahnbrücken.

„Die Zustandserfassung und Bewertung von Brücken und anderen Infrastrukturbauwerken soll in Zukunft digitalisiert und durch effizientere Konzepte verbessert werden“, erklärt Ronald Schneider, Experte zum Thema Bauwerksmanagement an der BAM. „Das Monitoring sollte idealerweise auch eine vorausschauende Instandhaltung erlauben, damit sich Inspektionen und Baumaßnahmen optimal planen lassen. Wenn Schädigungsprozesse frühzeitig erkannt werden, lässt sich auch das Risiko von Brückensperrungen mit ihren weitreichenden Folgen für die Bevölkerung reduzieren.“

Automatisiertes Monitoring von Brücken auf der Basis von Sensordaten

Schneider und seine Kolleginnen haben dazu eine vollständig digitale Lösung entwickelt. Sie ermöglicht ein automatisches Monitoring von Brücken auf der Basis von Sensordaten. Beteiligt an dem dreijährigen Projekt waren die Bauhaus-Universität Weimar (BUW), die DB Netz AG sowie das Ingenieurbüro Leonhardt, Andrä und Partner (LAP).

Bei dem System handelt es sich um ein Structural Health Monitoring, mit dem sich der Zustand einer Brücke kontinuierlich überwachen lässt. Fest installierte Sensoren liefern dazu fortwährend Daten. Durch ihre Auswertung mit speziellen Algorithmen lassen sich Schäden automatisch und zeitnah identifizieren. Bauwerksprüfungen lassen sich so zielgerichtet und jenseits starrer Zeitintervalle einleiten.

Hochauflösende Drohnenbilder liefern zusätzliche Informationen

Zudem müssen sie in Zukunft nicht mehr vor Ort erfolgen. Ergänzend zum Monitoring der BAM hat die Bauhaus-Universität Weimar eine Methode entwickelt, bei der Drohnen hochauflösende Bilder des Bauwerks aufnehmen. Per künstlicher Intelligenz werden damit Schäden wie Risse oder Abplatzungen des Betons erkannt. Die Drohnenbilder ergeben gleichzeitig ein dreidimensionales Modell des Bauwerks. Mehrere Fachleute können es von verschiedenen Orten aus gleichzeitig in einer Virtual-Reality-Umgebung betrachten und die Schäden bewerten, ohne vor Ort sein zu müssen.

Blick in die Zukunft mit sensorbasiertem Monitoring

Das sensorbasierte Monitoringsystem der BAM erlaubt sogar einen Blick in die Zukunft. Denn es ermöglicht, künftige Defekte vorherzusagen, indem es die Sensordaten mit Prognosemodellen für die relevanten Schädigungsprozesse verknüpft.

Die BAM und ihre Projektpartner haben das innovative System an einer fast 800 Meter langen Eisenbahnbrücke, die sich beim bayerischen Gemünden über den Main spannt, erprobt. An dem Bauwerk hat das Team insgesamt 82 Sensoren angebracht. Über zwei Tage ließen die Experten eine fast 85 Tonnen schweren E-Lok über die Brücke fahren, um gezielt Verformungen an dem schadensfreien Bauwerk zu messen und ein digitales Modell der Brücke zu kalibrieren. „An diesem kalibrierten Modell der Brücke können wir jetzt virtuelle Schädigungen und Reaktionen des Baukörpers durchspielen“, so Ronald Schneider. „Bei Abweichungen von den erwartbaren Daten würde ein Alarm ausgelöst, mögliche Schäden könnten im Ansatz erkannt und behoben werden, bevor sie ein kritisches Ausmaß erreichen.“

Bild: An einer Mainbrücke bei Gemünden hat man das sensorgestützte Monitoringsystem mit einer 85 Tonnen schweren E-Lok erprobt. 82 Sensoren zeichneten Verformungen des Bauwerks auf. Quelle: Bauhaus-Universität Weimar, Florian Madeya

Weitere Informationen: https://www.bam.de/, https://www.uni-weimar.de/de/universitaet/start/, https://fahrweg.dbnetze.com/fahrweg-de und https://www.lap-consult.com/

Erfahren Sie hier mehr über sensorbasierte Lösungen für die Brückensicherheit.

Lesen Sie auch: „Statiksoftware punktet mit verbesserter Benutzerfreundlichkeit“