Wir von STRUCINSPECT haben ein innovatives, KI-basiertes Verfahren entwickelt, um den Status quo in der Bauwerksprüfung im Hoch- und Tiefbau zu verbessern. Der Ansatz konzentriert sich derzeit stark auf Betonkonstruktionen, insbesondere auf die Inspektion von Brücken, und zielt darauf ab, als unterstützende technische Lösung zu fungieren, um Inspektionsteams dabei zu helfen, ihre Arbeit effizienter, sicherer und nachhaltiger zu gestalten. Die Technologie bietet eine Vielzahl von Dienstleistungen und Vorteilen, darunter Bauwerksinspektionen, die Erstellung digitaler Zwillinge und Building Information Modeling (BIM), KI-basierte Schadensanalysen, Visualisierung, Zusammenarbeit und gemeinsame Nutzung von Ergebnissen sowie Lebenszyklusanalysen und Asset Management. STRUCINSPECTwurde 2019 als Joint Venture zwischen PALFINGER, VCE und der ANGST Group gegründet.

Hintergrund

Ingenieurbauwerke müssen strenge Anforderungen an die Stabilität, Verkehrssicherheit und Dauerhaftigkeit erfüllen. Daher werden diese Bauwerke in regelmäßigen Abständen kontrolliert, um die Einhaltung der Vorschriften und die Sicherheit zu gewährleisten. In den meisten Ländern gibt es Gesetze und Vorschriften, die diese Art der kontinuierlichen Wartung vorschreiben.

Die innovative, KI-basierte Inspektionsplattform, die wir bei STRUCINSPECT entwickelt haben, erstellt digitale Zwillinge und BIM-Modelle mithilfe von Photogrammetrie. Auf der Grundlage von 3D-Modellen werden Schäden erkannt, können klassifiziert und mithilfe künstlicher Intelligenz genauer und effizienter dokumentiert werden als bisher möglich. Die Plattform ist mehr als ein reines Verarbeitungswerkzeug. Es erfüllt auch die Funktion eines Kommunikations- und Präsentationswerkzeugs für alle Projektbeteiligten. Im Folgenden gehen wir auf die Akteure ein, die dies ermöglichen, und bieten Ihnen einen detaillierten Einblick in die verschiedenen Vorteile, die diese Lösung bietet.

Eine kollaborative KI-basierte Plattform für Ingenieure und Infrastrukturbetreiber

Das Gemeinschaftsunternehmen STRUCINSPECT

STRUCINSPECT ist ein Joint Venture zwischen PALFINGER, VCE,  und der ANGST Group, drei Spezialisten aus verschiedenen Bereichen des Bauwesens. VCE ist ein Hightech-orientiertes Ingenieurbüro, das sich auf Zustandsinspektionen und Bewertungen von Infrastrukturbauten spezialisiert hat. PALFINGER liefert Spezialgeräte für Bauwerksinspektionen, die Inspektoren und Bauingenieuren den Zugang zu nur schwer erreichbaren Stellen ermöglichen. Die ANGST Group ist schließlich Spezialist für mobile Kartierung, professionellen Drohneneinsatz und Photogrammetrie. Gemeinsam haben diese drei Unternehmen die KI-gestützte Plattform für die kollaborative Bauwerksinspektion der Zukunft entwickelt.

Die STRUCINSPECT-Plattform für kollaborative, interdisziplinäre Arbeit

Auf der STRUCINSPECT-Plattform können Ingenieure, die Inspektionen durchführen, eine vollständige, KI-gestützte digitale Strukturanalyse durchführen und gleichzeitig Zwischen- und Endergebnisse mit dem Infrastrukturbetreiber teilen. Dies ermöglicht maximale Effizienz und Zeitersparnis. Das Endergebnis kann auch direkt mit Kunden oder Bauherren geteilt werden. Darüber hinaus können Gebäudeeigentümer alle Ergebnisse mit Dritten, wie Ingenieurbüros und Baufirmen teilen und sie für weitere gemeinsame Arbeiten, einschließlich Wartung oder Reparaturen, nutzen. Durch die Eingabe der Ergebnisse in ein Asset-Management-System und die genaue Aufzeichnung der Inspektionsdaten kann ein weiterer Wert aus den Ergebnissen gezogen werden.

Datenerfassung

Grundlage für die detaillierten Analysen ist die vollflächige Aufnahme der gesamten Struktur mit hochauflösenden Bildern nach festgelegten Qualitätskriterien. Über die STRUCINSPECT-Plattform können Bauwerksprüfer die Bilder selbst aufnehmen oder die Unterstützung von Experten bei der Bildaufnahme anfordern und beauftragen. Die Experten, auf die zurückgegriffen werden kann, erfassen die benötigten Bilder aus der Luft, mit unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs), an Land und auf dem Wasser (per Boot), je nach Projektbedarf und Zugänglichkeit. Die so erhobenen Daten werden nach dem Hochladen auf die STRUCINSPECT-Plattform automatisch auf Vollständigkeit und Qualität geprüft.

Die Qualität und Vollständigkeit der Daten ist für die weitere Bearbeitung, wie z.B. die KI-gestützte Schadensanalyse und die Erstellung eines genauen digitalen Zwillings und eines Industry Foundation Class (IFC)-konformen BIM-Modells, unerlässlich. Zu diesem Zweck hat STRUCINSPECT einen verbindlichen Qualitäts- und Schnittstellenkatalog mit strengen Kriterien wie Auflösung, Überlappung, Ground Sampling Distance (GSD) oder Fokustyp entwickelt, die erfüllt sein müssen, bevor die Daten zur Weiterverarbeitung akzeptiert werden.

Verwalten von Schadensbildern, digitalem Zwilling und BIM

Bei der Erstellung des digitalen Zwillings aus den aufgenommenen Bildern ermöglicht die STRUCINSPECT-Plattform die Auswahl verschiedener Qualitätsstufen. Die Basisversion erlaubt das Erstellen von Strukturen und ermöglicht das Hochladen, Bewerten und Verwalten von Schäden auf einfache Art und Weise. Mit einem 3D-Zwilling als Punktwolke, der eine Georeferenzierung zur genauen Lokalisierung von Schäden ermöglicht, steht eine weitere Option zur Verfügung.

Die Premium-Version beinhaltet die Erstellung eines hochauflösenden texturierten 3D-Zwillings, der so genau ist, dass er eine virtuelle manuelle Inspektion und 3D-Schadenkontrolle ermöglicht. In der Premium-Version ist auch die Erstellung eines IFC-konformen BIM-Modells im gewählten Level of Detail (LOD) möglich. Zusätzlich werden für alle 3D-Modelle alle erforderlichen und vorhandenen Bauwerksdaten wie Nutzung, Alter des Bauwerks, Bauwerksart oder Länge einer Brücke erfasst.

AI-Schadensanalyse

Die von uns entwickelte KI-basierte Schadenserkennung kann Risse, Abplatzungen, freiliegende Bewehrung und Korrosion, Rostflecken, Hohlräume, Feuchtigkeit, Kiesnester und Moos mit einer Erkennungsrate (TPR) von 99,9 % vollautomatisch erkennen. Neben der Erkennung und Markierung des Schadens wird auch eine automatische geometrische Analyse (z. B. Rissbreitenmessung, Bezeichnung des Schadensbereichs) durchgeführt. Die gewünschten Genauigkeitskriterien und Klassifizierungen können im Voraus festgelegt werden. So kann beispielsweise eine definierte Rissbreite von 0,1 mm für Spannbetonkonstruktionen und 0,3 mm für Stahlbetonkonstruktionen festgelegt werden. Risse und Haarrisse, die optisch unterbrochen sind, aber zusammenhängen, werden als ein zusammenhängender Schaden erkannt. Mit Hilfe einer einstellbaren Mindestgröße werden auch Ausbrüche automatisch von der KI als Schaden erkannt, markiert und gemessen. Dies alles ist die Grundlage für die weitere Beurteilung durch einen Sachverständigen, der die Inspektion durchführt.

KI-gestützter Zuweisungs-, Dokumentations- und Visualisierungsdienst

Mit Hilfe von KI werden die erkannten Schäden auf 2D-Bildern (Originalbilder) und 3D-Bildern (georeferenzierter digitaler Zwilling) mit einer eigenen eindeutigen Identifikationsnummer versehen und dokumentiert. Wird der gleiche Schaden auch auf anderen Bildern und aus anderen Blickwinkeln erkannt, erfolgt ein automatischer Abgleich und eine automatische Zuordnung zur Identifikationsnummer. Mit anderen Worten: Ein und derselbe Schaden wird, auch wenn er auf mehreren Bildern erkannt wird, als einzigartig erkannt und nur einmal in die Schadensdatenbank eingetragen. Alle Schäden werden zusammen mit ihrer eindeutigen Identifikationsnummer auch auf dem digitalen 3D-Zwilling georeferenziert. 

Toolbox für Ergebnisse, gemeinsame Nutzung von Ergebnissen und Asset Management 

Alle gefundenen Schäden werden in einer eigenen Datenbank gespeichert und können mit wenigen Klicks in 2D und 3D bearbeitet werden. Ein Prüfingenieur kann die über die Plattform erstellten Schadensempfehlungen und -bewertungen akzeptieren, ändern, erweitern oder ablehnen. Mögliche Folgemaßnahmen können ebenfalls als Aktionspunkte hinzugefügt werden.

Darüber hinaus können die Bauwerksprüfer ihren Kunden, den Infrastrukturbetreibern und – auf Wunsch ihrer Kunden – auch anderen, dritten Dienstleistungspartnern einen definierten Zugriff auf die generierten Ergebnisse gewähren. Dies trägt zu einem Höchstmaß an Transparenz bei und vereinfacht die Zusammenarbeit zwischen allen Beteiligten. Die Ergebnisse, die von den Infrastrukturbetreibern eingesehen werden können, umfassen Schadenskataloge, Bewertungen, empfohlene Maßnahmen und mehr. Alle Ergebnisse können auch als Schadensdatensatz, BIM-Datensatz oder PDF-Bericht heruntergeladen werden.

Eine direkte oder indirekte Anbindung an bestehende Gebäudedatenbanken und Asset-Management-Systeme des Kunden ist ebenfalls möglich, um einen einfachen Datenaustausch zu ermöglichen. Darüber hinaus ermöglicht die STRUCINSPECT-Plattform die Durchführung von Lebenszyklusanalysen und Instandhaltungsplanungen auf Basis verschiedener Alterungs- und Kostenmodelle. Ein Management Center ermöglicht jedem Nutzer einen einfachen Überblick über alle seine Projekte, Strukturen und Daten.

Zusätzlicher Wert

Im Vergleich zur konventionellen Bauwerksprüfung auf dem Stand der Technik ist die STRUCINSPECT-Plattform eine zeitsparende, effektive und effiziente Weiterentwicklung und Basis für den enormen Digitalisierungsbedarf im Prüfgeschäft. Zu den wesentlichen Vorteilen von STRUCINSPECT gehören die Objektivität und Reproduzierbarkeit der durchgängigen Bearbeitung sowie die umfassende Dokumentation des Zustandes der gesamten Oberfläche eines Bauwerks (auch schadensfreie Bereiche werden vollständig dokumentiert). Schließlich bietet die Plattform den großen Vorteil einer einfachen, automatisierten Dokumentationsverfolgung des Schadensprüfungsfortschritts bei periodischen Folgeinspektionen.

Ausblick und weitere Entwicklungen

Die STRUCINSPECT-Plattform wird ständig weiterentwickelt, sodass wir kontinuierlich und zeitnah auf explizite Anfragen, Feedback und Input der Nutzer reagieren können. Weitere geplante Funktionen in der aktuellen Entwicklungspipeline sind zusätzliche Asset-Management-Funktionen mit Kooperationen oder Plug-ins für Asset-Management-Software-Systeme von Drittanbietern, die Einbeziehung und Prüfung zusätzlicher Asset-Klassen (z. B. Straßen und Tunnel) und die Integration eines tiefer gehenden, multispektralen Datenerfassungs- und -auswertungsprozesses, um zusätzliche Schadensarten einbeziehen und bewerten zu können.