eJournals Kolloquium Straßenbau in der Praxis 2/1

Kolloquium Straßenbau in der Praxis
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expert Verlag Tübingen
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2021
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Digitalisierung im Bereich Betrieb und Erhaltung von Autobahnen - App-gestütztes Asset Management

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2021
Tobias Kupfer
HOCHTIEF PPP Solutions betreibt und erhält eine Vielzahl von Straßeninfrastrukturprojekten. Hierbei sind zahlreiche Anforderungen an Betrieb und Erhaltung zu erfüllen, die von der Dokumentation von Ereignissen, Kontroll-, Prüf- und Wartungstätigkeiten, der Leistungserbringung des Betriebes sowie den Erhaltungsmaßnahmen bis hin zu einem sehr umfangreichen Berichtswesen reichen. Um Betrieb und Erhaltung wirtschaftlich und organisatorisch erfolgreich zu steuern, wurden die Betriebs- und Erhaltungsprozesse der Straßeninfrastruktur digital abgebildet und werden größtenteils App-gestützt umgesetzt. Dabei werden anhand eines BIM-Modells die relevanten Informationen zur Verfügung gestellt, welche so die Grundlage für die Abbildung der digitalen Prozesse bilden. Damit verbunden ist ein ganzheitlichen Asset Management System, welches eine prozessgestützte und transparente Zusammenarbeit mit den am Projekt beteiligten Partnern in den Projektphasen Bau, Betrieb und Erhaltung sicherstellt.
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Auswirkung der Digitalisierung auf Infrastrukturmaßnahmen 378 2. Kolloquium Straßenbau - September 2021 Die wandernden Baustellen stellen eine Herausforderung für die konsequente, sichere Überwachung des gesamten Baugeschehens sowie der Dokumentation dar. Mit Hilfe von Drohnen können diese Herausforderungen bewältigt und in einen digitalen Prozess integriert werden. Die Modelldaten dienen als Grundlage für die Flugruten. Die Aufnahmen können so am Modell verortet und mit den Modelldaten verknüpft werden. Durch die strukturierte und analysierbare Datenbasis der digitalen Bauwerksmodelle welche im Zuge von BIM- Projekten in der Planungs-und Bauphase entstehen ergeben sich für die Betreiber von Infrastrukturbauwerken enorme Vorteile. So bilden diese zum einen eine gute Grundlage für die Bewertung des Bauwerkszustandes mit Hilfe von probabilistischen Methoden. Voraussetzung dafür sind auch hier einheitlich strukturierte Daten. Das digitale Bauwerksmodell stelle in erster Linie die 3D-Geometrie aller Bauteile zur Verfügung, was die Verortung von Schädigungen, das Anheften von Photographien und die Visualisierung des ermittelten Zustands ermöglicht. Werden die Daten zusätzlich mit zeitlichen Informationen verknüpft, entsteht ein 4D-Modell, welches hervorragend geeignet ist, um die Schadens- und Zustandsentwicklung des Bauwerks über gewählte Zeiträume wiederzugeben. Über die semantische Klassifizierung der einzelnen Bauteile und der Verknüpfung mit weiteren Attributen könne alle für das Erhaltungsmanagement notwendigen Informationen im BIM-Modell hinterlegt werden. Im Zuge des Forschungsprojekts „Building Information Modeling (BIM) im Brückenbau“ das von der Technischen Universität München und der Konstruktionsgruppe Bauen im Auftrag der BASt durchgeführt wird, werden konkrete Anforderungen an digitale as-built Modelle zum Einsatz im BIM-gestützten Erhaltungsmanagement erarbeitet. Hier wird neben den semantischen Anforderungen auch berücksichtig, welche geometrische Genauigkeit ein as-built Modell aufweisen muss, um in verschiedenen Anwendungsfällen eingesetzt werden zu können. Dies bildet einen weiteren Baustein zu Definition von Standards digitaler Prozesse im Bauwesen. Zusätzlich zur reinen Digitalisierung bestehender Prozesse könne durch die Verwaltung und Vernetzung der Daten über das gesamte Projektportfolio neue Zusammenhänge ermittelt werden. So können beispielsweise mit Hilfe von neuronalen Netzen erwartete Schädigungen zu bestimmten Zeitpunkten sowie die Zusammenhänge zwischen den einzelnen Schädigungsprozessen ermittelt und erfasst werden. Abbildung 4: Digitalisierung im Lebenszyklus von Infrastrukturprojekten (Quelle: Konstruktionsgruppe Bauen AG) 2. Kolloquium Straßenbau - September 2021 379 Digitalisierung im Bereich Betrieb und Erhaltung von Autobahnen - App-gestütztes Asset Management Dipl.-Ing., MBA Tobias Kupfer HOCHTIEF PPP Solutions GmbH, Essen, Deutschland Leiter Betrieb und Erhaltung bei der ViA6West GmbH & Co. KG Zusammenfassung HOCHTIEF PPP Solutions betreibt und erhält eine Vielzahl von Straßeninfrastrukturprojekten. Hierbei sind zahlreiche Anforderungen an Betrieb und Erhaltung zu erfüllen, die von der Dokumentation von Ereignissen, Kontroll-, Prüf- und Wartungstätigkeiten, der Leistungserbringung des Betriebes sowie den Erhaltungsmaßnahmen bis hin zu einem sehr umfangreichen Berichtswesen reichen. Um Betrieb und Erhaltung wirtschaftlich und organisatorisch erfolgreich zu steuern, wurden die Betriebs- und Erhaltungsprozesse der Straßeninfrastruktur digital abgebildet und werden größtenteils App-gestützt umgesetzt. Dabei werden anhand eines BIM-Modells die relevanten Informationen zur Verfügung gestellt, welche so die Grundlage für die Abbildung der digitalen Prozesse bilden. Damit verbunden ist ein ganzheitlichen Asset Management System, welches eine prozessgestützte und transparente Zusammenarbeit mit den am Projekt beteiligten Partnern in den Projektphasen Bau, Betrieb und Erhaltung sicherstellt. 1. Digitalisierung im Bereich Betrieb und Erhaltung von Autobahnen HOCHTIEF PPP Solutions betreibt und erhält eine Vielzahl von Straßeninfrastrukturprojekten. Hierbei sind zahlreiche Anforderungen an Betrieb und Erhaltung zu erfüllen, die von der Dokumentation von Ereignissen, Kontroll-, Prüf- und Wartungstätigkeiten, der Leistungserbringung des Betriebes sowie den Erhaltungsmaßnahmen bis hin zu einem sehr umfangreichen Berichtswesen reichen. Um Betrieb und Erhaltung wirtschaftlich und organisatorisch erfolgreich zu steuern, wurden die Betriebs- und Erhaltungsprozesse der Straßeninfrastruktur seit Beginn der ersten PPP-Projekte digital abgewickelt. Zu Beginn wurden Arbeitsaufträge und das Berichtswesen automatisiert, mittlerweile werden anhand eines BIM-Modells die relevanten Informationen zur Verfügung gestellt und auf Basis dieses Modells die digitalen Prozesse abgebildet. Die Digitalisierungsinitiativen erhielten mit der Einführung von Microsoft Office 365 einen neuen Horizont für Eigenentwicklungen neuer Use cases. Die Projekt- und Betreibergesellschaften haben durch die Integration von Microsoft Office 365 in den Geschäftsablauf folgende Vorteile: • Prozessoptimierung • Transparenz intern und extern • Prozesssicherheit Ein weiteres Digitalisierungsfeld ist das App-gestützte Asset Management mit Integration innerhalb des BIM- Modells. 2. P3IM - PPP Informationsmanagement Das PPP Information Modeling (P3IM) ist eine Entwicklung von HOCHTIEF PPP Solutions (Niederlassung Transport Infrastruktur Europa) unter Anwendung der Building Information Modeling (BIM) Methode. 380 2. Kolloquium Straßenbau - September 2021 Digitalisierung im Bereich Betrieb und Erhaltung von Autobahnen - App-gestütztes Asset Management Das P3IM ist auf den Leistungsumfang von Bau- und Projektmanagement sowie Betrieb und Erhaltung von Straßeninfrastrukturprojekten adaptiert. Der besondere Vorteil besteht darin, dass durch die enthaltenen Werkzeuge zur Aufnahme, Integration, Verknüpfung und Auswertung von Daten sowie ihre Visualisierung am Modell Informationen über die gesamte Lebenszyklusphase transparent zur Verfügung gestellt werden, um durch Analysen der Informationen zu neuen Erkenntnissen zu gelangen 2.1 P3IM Management-Modell Von zentraler Bedeutung ist das P3IM Management- Modell im 3D-BIS von HOCHTIEF Vicon, an welchem Daten und Informationen visualisiert sowie Use Case übergreifend verknüpft und auch ausgewertet werden können. Die Navigation des P3IM Managementmodells erfolgt nach einer Project Breakdown Structure (PBS), die speziell für die Aufgaben einer Projektgesellschaft erarbeitet wurde. Die PBS ist das verknüpfende Element zwischen dem P3IM Managementmodell und den Informationen der verknüpften Use Cases über den Lebenszyklus des PPP-Projekts. Auch das P3IM Management-Modell ist in seinem Grad der Detaillierung (LoD) für Geometrie (LoG) und Informationen (LoI) auf die Anforderungen des Asset Managements abgestimmt. Es wird dabei kein exakter „Digitaler Zwilling“ modelliert, sondern es werden im Modell alle für das Projekt relevanten Objekte von Strecke und Ingenieurbau schematisch mit einer ausreichenden Genauigkeit abgebildet. Aufgrund des großen räumlichen Umfangs von PPP-Projekten der Verkehrsinfrastruktur kommt der Verfügbarkeit und Auswertung von Informationen unterschiedlicher Use Cases über den Lebenszyklus am Modell eine besondere Bedeutung zu. Mit diesem Ansatz hat sich das P3IM neben Transparenz und Prozesssicherheit auch zu einer wichtigen Säule im Risikomanagement etabliert. Bild 1: Darstellung P3IM Management-Modell 2.2 Asset Management im P3IM Das P3IM bestehend aus dem P3IM Management-Modell und hiermit verknüpften Informationen und Daten aus unterschiedlichen Datenquellen ist ein Asset Management System, das sich mit seinen Use Cases auf Baumanagement, Betrieb und Erhaltung sowie der prozessgestützten, transparenten Zusammenarbeit mit anderen am Projekt beteiligten wie dem Baupartner und der Bauüberwachung fokussiert. Eine wichtige Plattform für neue Use Cases ist Microsoft Office 365. Über die Microsoft Power Platform (bestehend aus Microsoft PowerApps, Flow und Power BI) lassen sich eigene Apps entwickeln, die dann über die PBS mit dem P3IM Management-Modell verknüpft werden können. Diese Apps können sowohl auf mobilen Endgeräten wie Smartphones und Tablets mit verschiedenen Betriebssystemen wie iOS oder Android als auch über den lokalen Windows Desktop-PC genutzt werden. Basierend auf dem P3IM Management-Modell und der zugrundeliegenden Project Breakdown Structure werden die Asset Management Prozesse unter Zuhilfenahme von SharePoint Online und der Power Platform (bestehend aus Power-Apps, Automation, PowerBI) digital abgebildet. Im SharePoint Online werden Daten unterschiedlichster Datentypen gespeichert. Von der einfachen Speicherung von reinen Textdatensätzen bis hin zu Fotos und PDF- Dokumenten lassen sich innerhalb dieser Umgebung alle erfassten Daten über Listen und Bibliotheken effizient speichern und verwalten. Eine standardisierte Schnittstelle vereinfacht zudem das Zusammenspiel zwischen PowerApps und SharePoint Online. Power BI ist ein Business Analytics Service innerhalb der Power Platform, über den Reports und Dashboards erstellt werden können. Mittels Microsoft Power BI werden alle in SharePoint Online verfügbaren Daten eines einzelnen Anwendungsfalls visualisiert und analysiert. Die Reports lassen sich über Webparts einfach in SharePoint Online Webseiten einbinden und bieten den Anwendern so eine einheitliche Umgebung. Um Geschäftsprozesse zu automatisieren, wird Microsoft Automation eingesetzt. Automation ist ein cloud-basiertes Tool zur automatisierten Abwicklung von Aufgaben bzw. Workflows. Als Beispiele sind u.a. das automatisierte Versenden von Emails an Geschäftspartner, die Abwicklung von Genehmigungsprozessen oder Terminverfolgungen zu nennen. 2. Kolloquium Straßenbau - September 2021 381 Digitalisierung im Bereich Betrieb und Erhaltung von Autobahnen - App-gestütztes Asset Management Bild 2: Asset Management Prozesse Um neue Erkenntnisse zu erhalten, werden die Daten und Informationen der Use Cases innerhalb des P3IM- Management-Modells mithilfe der Project Breakdown Structure miteinander verknüpft. Über eine standardisierte Schnittstelle kann das P3IM-Management-Modell jederzeit auf alle verfügbaren Daten aus der SharePoint Online Umgebung zugreifen. So entsteht ein ganzheitliches Bild über alle Use Cases im P3IM-Management-Modell. Anwendungsfallübergreifende detaillierte Reports und Dashboards innerhalb des P3IM-Management-Modells sind das Resultat des vernetzten Datenmodells. 3. App-gestütztes Asset Management HOCHTIEF PPP Solutions verwirklicht über P3IM die Umsetzung von zahlreichen mobiler Anwendungen (Apps) als Use Cases für Bau, Betrieb und Erhaltung der Straßeninfrastrukturprojekte mit der Office 365 Technologie. Im Folgenden werden beispielhaft drei Anwendungen detaillierter dargestellt. Bild 3: Auszug umgesetzter App-Anwendungen Bild 4: Unfall-Applikation 3.1 Unfallmanagement Das P3IM-Unfallmanagementsystem der HOCHTIEF PPP Solutions der Niederlassung Transport Infrastruktur Europa wurde entwickelt, um den gesamten Prozess der Unfallabwicklung vom Unfallereignis bis zur Schadensabrechnung und Nachverfolgung zu digitalisieren und automatisieren. Entwickelt wurde das P3IM-Unfallmanagementsystem auf dem Projekt A6, bei welchem der Betriebsdienst jährlich ca. 300 Unfälle mit einer Gesamtschadenshöhe von ca. 1 Mio EUR abzuwickeln hat. Die Unfallaufnahme erfolgt über eine App. Unfalldaten inklusive Fotos werden direkt am Unfallort eingegeben und an den SharePoint Online übertragen. Dort erfolgt zugleich auch die Verwaltung der Unfalldaten. Mit Microsoft Flow werden die digitalen Prozesse abgewickelt. Nach der Erfassung eines Unfalls lässt sich 382 2. Kolloquium Straßenbau - September 2021 Digitalisierung im Bereich Betrieb und Erhaltung von Autobahnen - App-gestütztes Asset Management direkt über die App die Unfalldokumentation und Schadensabrechnung erzeugen. Ebenfalls kann bei besonders relevanten Ereignissen auch der Projektgeber über einen Flow direkt informiert werden. Aus den Unfalldaten werden mithilfe von Power BI zudem verschiedene Reports erzeugt. Eine dynamisch aktualisierte Unfallsteckkarte visualisiert zudem alle Unfallorte. Die Vorteile des Unfallmanagement-Systems sind: KOSTENEINSPARUNG: Dokumentation und Abrechnung erfolgen direkt über die App. Dies sorgt für Entlastung, da weniger „Nacharbeit“ notwendig ist. Administrative Kosten können so bis zu 80 % pro Jahr gesenkt werden und die „Cash-Lücke“ zwischen Abrechnung und Schadensregulierung wird kleiner. DATEN-MANAGEMENT: Unfalldaten müssen nur einmal erfasst werden und können anschließend über die SharePoint Online Umgebung jederzeit abgerufen werden. AUTOMATISIERUNG: Automatisierte Prozesse steigern die Sicherheit und Qualität, minimieren die Risiken und ermöglichen die schnellere Durchführung administrativer Aufgaben. ERKENNTNISSE: Über ein intelligentes Datenmodell können mit Power BI neue Erkenntnisse gewonnen werden. Alle Unfalldaten lassen sich analysieren und visualisieren. Bild 5: Gewährleistungsmanagement 3.2 Gewährleistungsmanagement Während der Bauausführung werden die baulichen Mängel bzw. Feststellungen über die mobilen Anwendungen der Zustandsfeststellungen für Strecke und Ingenieurbau aufgenommen und am P3IM Management-Modell visualisiert. Wenn Streckenabschnitte abgenommen und somit in Betrieb genommen werden, läuft ab diesem Zeitpunkt die Gewährleistung. In der Betriebsphase können dann Gewährleistungsmängel auftreten, aber auch Schäden, die durch Dritte verursacht werden, wie z.B. durch Unfälle. Um hier sämtliche auftretenden Mängel und Schäden zu verwalten und die unterschiedlichen Beteiligten und unterschiedlichen Gewährleistungsfristen strukturiert zu managen, wurde der Prozess des Gewährleistungsmanagements digitalisiert. Die Verwaltung des Gewährleistungsmanagements erfolgt über eine SharePoint Online-Umgebung, in welcher sämtliche Mängel und Schäden mit allen Detailinformationen (Metadaten / Anlagen / Fotos / Schriftverkehr) systematisiert abgelegt werden. Mobile Anwendungen unterstützen den Prozess: • Aufmaße zur Behebung von Unfallschäden • Abnahmen vor Ort