Was ist der Unterschied zwischen einem digitalen Zwilling und traditionellen Simulationsmodellen?
Mary Kay Sheahan: Traditionelle Simulationen und digitale Zwillinge verwenden zwar beide virtuelle Modelle, sind aber sehr unterschiedlich. In der AEC-Branche ist die Simulationsmodellierung ein Prozess, der die Prüfung verschiedener Entwurfsszenarien ermöglicht, um die Ergebnisse zu bewerten, bevor die Anlage gebaut wird. Ein digitaler Zwilling ist eine virtuelle Darstellung, die sich während des Baus der Anlage entwickelt und Daten aus verschiedenen Quellen wie Zeichnungen, Spezifikationen, Dokumenten, analytischen Modellen, Fotos, Reality Meshes, BIM-Modellen und Bodenmodellen integriert. Darüber hinaus steuert das Internet der Dinge (IoT) Echtzeitdaten bei, darunter Informationen über Verkehrsströme, Windmuster, Lichtverhältnisse und die natürliche Umgebung. Kurz gesagt, der digitale Zwilling bietet eine realistische Darstellung einer gebauten Umgebung, die den Eigentümern für den Betrieb und die Wartung der Anlage nützlich ist.
Wie tragen digitale Zwillinge zur Echtzeitüberwachung an Baustellen und Betriebsstätten, zur besseren Planung und Gestaltung, zur Erkennung und Minderung von Risiken, zu Kosteneinsparungen und vorausschauender Wartung sowie zur Verringerung von Ausfallzeiten bei? Nennen Sie bitte konkrete Beispiele.
Ein digitaler Zwilling kann bei der Echtzeitüberwachung von Anlagen durch IoT-Sensoren/-Geräte eingesetzt werden. Erfasste Sensordaten können analysiert und dann zur Erkennung von Risiken und für den Zugang zu Echtzeitinformationen verwendet werden, um bessere Entwurfsentscheidungen zu treffen. Darüber hinaus kann ein digitaler Zwilling mit künstlicher Intelligenz (KI) und modernen Drohnen zum Scannen verwendet werden, um Inspektionen von Anlagen durchzuführen.
Ein großartiges Beispiel ist das Projekt zur Sanierung der historischen Robert Street Bridge. Die unter Denkmalschutz stehende Robert Street Bridge ist eine Stahlbetonbogenbrücke, die den Mississippi überspannt. Da bei der Brücke erheblicher baulicher Verfall festgestellt worden war, initiierte das Verkehrsministerium von Minnesota (MNDOT) ein Brückensanierungsprojekt und beauftragte Collins Engineers mit der Durchführung einer umfassenden Brückeninspektion. Das Projekt erforderte eine genaue Erfassung detaillierter Inspektionsinformationen, die mit traditionellen Methoden und der bisher verwendeten Software nicht geleistet werden konnte. Collins wollte konventionelle Arbeitsabläufe mit KI und digitalen Zwillingen ergänzen. Das Unternehmen setzte iTwinCapture und iTwin Experience ein, um einen digitalen Zwilling der Brücke in 3D zu erstellen, mit dem Risse und Schäden im Beton automatisch gefunden, quantifiziert und kommuniziert werden können. Dank der Möglichkeit, die Brücke mit dem digitalen Zwilling vorab zu inspizieren, konnten die Ingenieure die Mängel vor Beginn der Bauarbeiten überprüfen. Die Lösung führte zu einer Einsparung von 30 % an Arbeitsstunden für Inspektionen und bietet eine umweltfreundliche, fortschrittliche Methode für die künftige Überwachung und Verwaltung der Brücke. Da der digitale Zwilling potenziellen Auftragnehmern zur Verfügung gestellt wird, um einen detaillierteren Einblick in den baulichen Zustand der Brücke zu erhalten, rechnet Collins mit Einsparungen von etwa 20 % bei den Baukosten für die Sanierung.
Vor welchen Herausforderungen stehen Unternehmen bei der Implementierung von digitalen Zwillingen für komplexe Systeme?
Digitale Zwillinge für den Bau können dazu beitragen, die Entscheidungsfindung und die Zusammenarbeit zu verbessern und die Projektleistung zu steigern. Allerding kann die Implementierung digitaler Zwillinge auch einige Herausforderungen mit sich bringen. Erstens ist das Verständnis der Feinheiten eines Bauvertrags ein entscheidender Aspekt eines jeden Projekts, und die Einbeziehung neuer Technologien wie beispielsweise digitale Zwillinge kann den Prozess erheblich verändern. Daher ist es wichtig zu klären, wer Eigentümer der von digitalen Zwillingen erzeugten Daten ist und wie diese geteilt und geschützt werden. Darüber hinaus ist es wichtig, die rechtlichen Auswirkungen der Verwendung digitaler Zwillinge für Entwurf, Verifizierung und Validierung zu kennen. Außerdem sind Daten das Herzstück digitaler Zwillinge, weshalb es unerlässlich ist, dass die Daten genau, konsistent und interoperabel sind. Leider ist dies in der Baubranche nicht immer der Fall. Daher ist es für die Implementierung digitaler Zwillinge von entscheidender Bedeutung, sicherzustellen, dass Daten aus verschiedenen Quellen, Formaten und Standards integriert werden können. Darüber hinaus müssen die Daten validiert und auf ihre Zuverlässigkeit und Vollständigkeit überprüft sowie während des gesamten Projektlebenszyklus aktualisiert und gepflegt werden.
Drittens gibt es trotz des zunehmenden Einsatzes von Technologien in der Baubranche immer noch viele Unternehmen, die nicht mit der Einführung digitaler Zwillinge begonnen haben oder sich in einer sehr frühen Phase befinden. Faktoren wie fehlende Kenntnisse, Schulungen und Ressourcen sowie der Widerstand gegen Veränderungen machen es schwierig, digitale Zwillinge vollständig zu implementieren. Es gibt jedoch eine Reihe von Dienstleistern wie Bentley Systems, die diesen Prozess begleiten können und ihn für Unternehmen wesentlich leichter handhabbar machen.
Da digitale Zwillinge in der Baubranche noch recht neu sind, fehlt es bei vielen Projekten an einem klar definierten und dokumentierten Standardarbeitsverfahren für die Erstellung, Verwaltung und Nutzung digitaler Zwillinge. Was sind beispielsweise die besten Verfahren für die Erfassung, Bearbeitung, Dokumentation und Kennzeichnung von Anlagen und wie werden digitale Zwillinge in andere Projektmanagementsysteme und -prozesse integriert? Die Definition einer klaren und konsistenten Struktur und eines Arbeitsablaufs für digitale Zwillinge ist der Schlüssel zur Gewährleistung ihrer Benutzerfreundlichkeit und Funktionalität.
Dies sind einige der wichtigsten Herausforderungen, mit denen Unternehmen bei der Implementierung von digitalen Zwillingen im Bauwesen rechnen müssen. Allerdings können diese Herausforderungen auch als Chancen für Innovation und Verbesserung gesehen werden, da digitale Zwillinge dazu beitragen können, die Baubranche zu verändern und bessere Ergebnisse für alle Interessengruppen zu erzielen. Bentley kann Unternehmen dabei helfen, die Vorteile der Einführung und Umsetzung digitaler Zwillinge voll auszuschöpfen.
Tragen digitale Zwillinge zur Kompetenzentwicklung in der Baubranche bei, und wenn ja, wie?
Wie wir wissen, gibt es in der Baubranche einen Mangel an Arbeitskräften. Das liegt an der Kombination von Arbeitskräften, die eine andere Arbeit suchen, und solchen, die in den Ruhestand gehen. Dadurch verfügt die Belegschaft über ein unterschiedliches Erfahrungsniveau. Es ist daher unerlässlich, dass sie über die richtige Ausbildung und die richtige Dokumentation verfügen, um die Arbeitsabläufe im Bauwesen zu verstehen. Eine der größten Herausforderungen ist, dafür zu sorgen, dass die Beschäftigten Zugang zu den Daten haben, die sie für ihre Arbeit auf möglichst effiziente Weise benötigen. Digitale Zwillinge können dabei helfen.
Brückeninspektionen beispielsweise sind sehr aufwendig, weil die richtige Ausrüstung und die richtigen Leute vor Ort sein müssen, wodurch der Verkehr in der Regel verlangsamt wird. Ganz zu schweigen davon, dass es eine gefährliche Arbeit ist. Jetzt gibt es jedoch Personen, die die Daten mit Drohnen erfassen und die realen Daten in digitale Zwillinge einspeisen, die von den Mitarbeitenden im Büro überprüft werden können, um die Problembereiche zu ermitteln. Auf diese Weise wird das Wissen der erfahrenen Arbeitskräfte optimal eingesetzt und die unerfahrenen Mitarbeitenden werden geschult, während gleichzeitig das Risiko gesenkt wird. Es gibt eine Mischung aus erfahrenen und unerfahrenen Nutzern, die per Fernzugriff und vor Ort mit dieser Technologie zusammenarbeiten.
Darüber hinaus liefert der digitale Zwilling konsistente, strukturierte Daten für jeden einzelnen Auftrag. Die Teams können die effizienteste Arbeitsweise analysieren und verstehen sowie Informationen und Wissen leichter austauschen.
Welche Maßnahmen werden ergriffen, um die Sicherheit der mit digitalen Zwillingen verbundenen Daten zu gewährleisten?
Digitale Zwillinge erzeugen riesige Mengen an sensiblen und vertraulichen Daten. Deshalb ist es unerlässlich, dass diese Informationen vor unbefugtem Zugriff, Diebstahl oder Missbrauch geschützt werden. Unternehmen müssen bei der Entwicklung ihrer digitalen Zwillingssysteme den Datenschutz und die Datensicherheit im Auge behalten und Maßnahmen zum Schutz der Daten ergreifen. Zu diesen Maßnahmen gehören:
- Verschlüsselungsalgorithmen zur Verschlüsselung der Daten im Ruhezustand und während der Übertragung, um sicherzustellen, dass nur autorisierte Benutzer darauf zugreifen und sie entschlüsseln können.
- Regelmäßige Sicherheitsprüfungen, um potenzielle Schwachstellen in der Plattform, dem Netz oder den Geräten des digitalen Zwillings proaktiv zu ermitteln und zu beheben.
- Sicherstellung, dass die Integrationen von Drittanbietern wie Cloud-Dienste, Sensoren und Software den Sicherheitsstandards entsprechen und mit den festgelegten Datenvorschriften konform sind.
- Festlegung klarer Richtlinien und Verfahren für die Verwaltung, den Besitz, den Zugriff und die Aufbewahrung von Daten und deren Umsetzung durch Authentifizierungs- und Autorisierungsmechanismen.
- Ausbildung und Schulung der Interessengruppen, die die Technologie für digitale Zwillinge nutzen, zu den bewährten Verfahren und grundlegenden Datensicherheits- und Datenschutzverfahren.
Da Bentley Systems seine Technologie für digitale Zwillinge mit Blick auf diese Maßnahmen entwickelt, können Bauunternehmen die Vorteile digitaler Zwillinge nutzen und gleichzeitig die Sicherheitsrisiken minimieren.
Welche Herausforderungen bestehen bei der Integration von Daten aus verschiedenen Quellen in einen kohärenten digitalen Zwilling für Bauprojekte? Und wie lässt sich KI mit digitalen Zwillingen integrieren, um anspruchsvollere Analysen und eine bessere Entscheidungsfindung zu ermöglichen?
Die Erstellung eines digitalen Zwillings kann verschiedene Herausforderungen mit sich bringen wie zum Beispiel Datenvielfalt, -volumen, -qualität, -sicherheit, -latenz, Interoperabilität, Skalierbarkeit, Leistung, Lebenszyklusmanagement und Integration mehrerer Modelle. Mit Spitzentechnologie, Fachwissen und zuverlässigen Datenverwaltungspraktiken können diese digitalen Zwillinge die Baubranche verändern, da sie nie dagewesene Möglichkeiten für Innovation und Wachstum eröffnen.
KI kann nahtlos in einen digitalen Zwilling integriert werden und ihr volles Potenzial durch die Möglichkeit fortschrittlicher Anwendungsfälle und aufschlussreicher Datenanalysen freisetzen. Modelle mit maschinellem Lernen (ML) wurden zur Erkennung von Fehlklassifizierungen bei 3D-Entwurfselementen und zur intelligenten Erkennung von schematischen Darstellungen verwendet, die zur Verbesserung der Leistung eines digitalen Zwillings eingesetzt werden können. Das Training dieser Modelle im Rahmen von verantwortungsvoller KI im großen Maßstab mit KI von IBM unter Verwendung unternehmensspezifischer Datensätze kann ihre Genauigkeit und Relevanz für Geschäftsanforderungen verbessern. Mithilfe von KI kann der digitale Zwilling in eine brillante und effiziente Lösung umgewandelt werden, die neue Erkenntnisse liefert und eine schnellere und fundiertere Entscheidungsfindung ermöglicht.
Was sollten Bauunternehmen im Hinblick auf die Einhaltung von Vorschriften bei der Implementierung digitaler Zwillinge beachten?
Es ist entscheidend, dass Bauunternehmen die spezifischen Gesetze, Richtlinien und Vorschriften verstehen, die für das jeweilige Projekt und/oder die Anlage gelten. So wird sichergestellt, dass der zugehörige digitale Zwilling alle Datenanforderungen erfüllt. Verträge sollten mit den Informations-/Datenanforderungen des digitalen Zwillings abgeglichen werden, um sicherzustellen, dass der Auftragnehmer alle erforderlichen Daten und Unterlagen von allen Parteien erhält. Die Vertragsparteien müssen sicherstellen, dass die digitalen Zwillinge bei der Übergabe über alle von der zuständigen Behörde geforderten Informationen verfügen.
Welche Arten von Sensoren, Technologien und Daten werden verwendet, um einen vollständigen digitalen Zwilling eines Bauprojekts zu erstellen?
Die Erstellung eines digitalen Zwillings für Bauvorhaben erfordert Informationen aus vielen verschiedenen Quellen wie Sensoren, verschiedenen Datenquellen sowie Technologien zur Verarbeitung und Integration. Sensoren spielen eine Schlüsselrolle bei der Erfassung von realen Daten über den Bau und es gibt viele verschiedene Arten von Sensoren wie 3D-Laserscanner, IoT-Sensoren, Kameras und Vermessungsgeräte. IoT-Sensoren erfassen beispielsweise Daten zu Luftqualität, Temperatur, Erschütterungen und anderen Umweltfaktoren, die dabei helfen können, eine Vielzahl potenzieller Bauprobleme zu identifizieren und zu verfolgen.
Zu den weiteren Datenquellen gehören von 3D-Laserscannern generierte Punktwolkendaten, BIM-Daten, Echtzeitdaten und historische Daten. BIM-Modelle bilden die Grundlage für digitale Zwillinge und umfassen verschiedene Informationen über Gebäudekomponenten, Materialien und Systeme. Echtzeitdaten, die häufig von Sensoren generiert werden, werden kontinuierlich erfasst und ermöglichen es einem digitalen Zwilling, mit der physischen Anlage synchron zu bleiben. Auch historische Daten sind wichtig, da sie zu einem besseren Verständnis des Bauprojekts beitragen.
Zu den Verarbeitungs- und Integrationstechnologien, die für einen digitalen Zwilling eingesetzt werden, gehören Simulation, maschinelles Lernen und Reasoning-Engines. Simulationen werden häufig eingesetzt, um das Verhalten der physischen Anlage nachzubilden und um die Leistung vorherzusagen, Schwachstellen zu erkennen und Entwürfe zu optimieren. ML-Algorithmen untersuchen Datenmuster, um Anomalien zu erkennen und Erkenntnisse zu gewinnen. Und schließlich werden Reasoning-Engines genutzt, um „Was-wäre-wenn“-Szenarien durchzuspielen und Betriebsabläufe zu optimieren. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass man verschiedene Sensoren, Datenquellen sowie Verarbeitungs- und Integrationstechnologien benötigt, um einen vollständigen digitalen Zwilling eines Bauprojekts zu erstellen.
Wie erleichtern digitale Zwillinge die Kommunikation zwischen Architekten, Ingenieuren, Bauunternehmern und anderen Projektbeteiligten?
Ein digitaler Zwilling kann zur Erleichterung der Kommunikation in jeder Phase eines Bauprojekts vom Entwurf über die Konstruktion bis hin zum Bau beitragen. Im Kern schaffen digitale Zwillinge im Bauwesen eine vernetzte Datenumgebung und dienen als zentrale Informationsquelle für Projektteams. Dadurch erhalten die Interessengruppen einen umfassenden Überblick über ein Bauprojekt in Echtzeit und das gesamte Team hat zur gleichen Zeit Zugriff auf dieselben genauen Informationen. Dies ist auch entscheidend für die Einhaltung der Projektausrichtung und die Vermeidung von Missverständnissen und Fehlern, die häufig aus isolierten und disparaten Datenquellen resultieren.
Digitale Zwillinge werden in der Regel während der Entwurfsphase erstellt. Mit einer detaillierten, virtuellen Darstellung des Projekts können Teams besser visualisieren, was zu optimierten konstruierbaren Entwürfen und einer verbesserten Zusammenarbeit und Koordination zwischen Entwurfs- und Ingenieurteams führt. Dieser kollaborative und optimierte Prozess reduziert die Anzahl potenzieller Entwurfskonflikte und Bauprobleme, was wiederum zu höherer Leistungsfähigkeit und Kosteneffizienz führt.
Die Implementierung von digitalen Zwillingen im Bauwesen verändert auch die Art und Weise, wie die Beteiligten vor Ort mit dem Projekt umgehen. Projektteams können damit den Projektfortschritt in Echtzeit bewerten und überwachen und so Unstimmigkeiten, Verzögerungen oder Sicherheitsbedenken schnell erkennen und beheben. Der digitale Zwilling kann dann den Entwicklungsprozess durch den Einsatz speziell konzipierter Baumanagementlösungen ergänzen. Dieser wichtige Schritt verändert die Arbeitsabläufe und ermöglicht eine modellbasierte Planung mit Echtzeit-Fortschrittsaktualisierungen von der Baustelle, eine automatisierte Ausführung und die Erfassung von Aufgaben zur Einhaltung von Vorschriften und Leistungen in Echtzeit. All diese Möglichkeiten wiederum helfen Einzelpersonen, Teams und Projekten, bessere und schnellere Entscheidungen zu treffen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Einsatz der Technologie digitaler Zwillinge im Bauwesen eine bessere Zusammenarbeit und Kommunikation zwischen den Projektbeteiligten ermöglicht. Mit einer zentralen Informationsquelle können alle Parteien – einschließlich Architekten, Ingenieuren und Bauunternehmern – sicherstellen, dass sie in jeder Phase des Projekts auf dem gleichen Stand bleiben.
Welche neuen Trends erwarten Sie im Bereich der digitalen Zwillinge in den nächsten fünf bis zehn Jahren?
Wir gehen davon aus, dass digitale Zwillinge in den nächsten fünf bis zehn Jahren viel stärker in die Arbeitsabläufe im Bauwesen integriert werden. Unserer Einschätzung nach werden immer mehr Unternehmen den Wert dieser Technologie erkennen und digitale Zwillinge sich zu einem unverzichtbaren Element entwickeln. Darüber hinaus wird künstliche Intelligenz allmählich eine größere Rolle spielen, da sie tiefere Einblicke und mehr Vorhersagemöglichkeiten für Projekte bietet. Wir erwarten auch, dass das Internet der Dinge weiter ausgebaut und weiterentwickelt wird, sodass digitale Zwillinge weiter mit Echtzeitdaten integriert werden können, die von verschiedenen Sensoren und Geräten erzeugt werden. Kurzum: Wir gehen davon aus, dass digitale Zwillinge die Bauindustrie transformieren, die Zusammenarbeit verbessern, Kosten senken und bessere Entscheidungen ermöglichen werden.
Mary Kay Sheahan
Mary Kay Sheahan kam 2016 zu Bentley Systems und ist derzeit Director Product Marketing und leitet das Marketing für die Anwendungen von Bentley Enterprise Systems, ProjectWise, SYNCHRO und BCDE. Sie verfügt über mehr als 25 Jahre Erfahrung im Marketing von Softwarelösungen und Dienstleistungen für die AEC-Branche. In ihrer Zeit bei Bentley Systems war sie in verschiedenen Positionen im Marketing und Produktmanagement tätig, immer mit dem Ziel, qualitativ hochwertige Produkte zu vermarkten und zu liefern, die die Arbeitsabläufe bei Infrastrukturprojekten und im Baumanagement verbessern, um schnellere und sicherere Ergebnisse zu erzielen. Zuvor war sie im Produktmarketing und Produktmanagement bei Primavera, jetzt Oracle, tätig.
