Digitaler Zwilling: Frühwarnsystem für die Infrastruktur

Unter einem Digitalen Zwilling versteht man das virtuelle Abbild eines beliebigen physischen Gutes. Er verwandelt ein Gebäude oder eine Brücke von einem passiven Objekt in ein digitales System, das seinen eigenen Zustand permanent überwacht, analysiert und verbessert. Der Zwilling bündelt mithilfe von Ultraschall-Sensoren und Drohnenaufnahmen alle relevanten Informationen in einem digitalen System: Dehnung, Beschleunigung, Feuchtigkeit - kurz alles, was sich in Bauten messen lässt - wird in Echtzeit gespeichert. Bisher werden diese Informationen von Fachleuten händisch bei Begehungen eingesammelt. Informationen, die derzeit noch bei unterschiedlichen Stellen gespeichert sind und eigenständig gesichtet werden müssen. Man darf annehmen, dass die Carola-Brücke in Dresden nicht eingestürzt wäre, wenn der Digitale Zwilling dieser Brücke frühzeitig "Alarm geschlagen" hätte. "Die Mini-Explosionen, die in dieser Beton-Stahl-Konstruktion vor sich gegangen sein müssen", sagt die Fachfrau Tagline Treichel, "waren mit den Augen weder zu sehen noch zu hören." 

Digitaler Zwilling: Probleme frühzeitig erkennen

Tagline Treichel arbeitet als Area Managerin im Department Digital Twin Engineering am Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE in Kaiserslautern. Sie ist als Projektleiterin für den Bereich "Industrie 4.0" zuständig und forscht an der Nutzbarmachung von Digitalen Zwillingen. "Um frühzeitig Probleme in und an Bauwerken zu erkennen und rechtzeitig gegenzusteuern, braucht es mehr als nur die äußerliche Überwachung von Fachleuten wie sie derzeit in einem Rhythmus von etwa drei Jahren geschehen. Wichtig sind dabei weniger die Veränderungen im Außen eines Bauwerks, sondern Veränderungen im Inneren. Diese lassen sich am besten mit einem Digitalen Zwilling erkennen." Damit diese Zukunftsvision Wirklichkeit wird, müssten bei öffentlichen Bauwerken schon bei der Planung die Überwachung mithilfe von Sensoren mit eingeplant werden. In einem Forschungsprojekt in Bayern etwa hat das Institut in einer Brücke 140 Sensoren eingebaut. Die jeweils notwendige Sensorenleistung, sagt Treichel, sei aber abhängig vom Bauprojekt.

Was Digitale Zwillinge leisten können und warum es Gesetze braucht

Was sich erst einmal nach einem teuren Mehraufwand anhört, kann für die öffentliche Hand auf Dauer viele Vorteile bieten. Tagline Treichel listet auf: Eine dynamische Wartung, die Mängel frühzeitig aufzeigt, noch bevor die Schäden irreparabel sind, der effizientere Einsatz von knapp werdendem Fachpersonal, schnellere Reaktionszeiten und erhebliche Kosteneinsparungen durch Reparatur statt Abriss und Neubau. Zugleich bedeutet ein Plus an Reparaturen und weniger Neubauten auch weniger Straßensperrungen und weniger Staus. Eine Hürde auf dem Weg zu dieser sinnvoll scheinenden Innovation gibt es derzeit aber noch: "Wir brauchen Entscheidungen auf der Bundesebene, um diese Entwicklung in Gang zu bringen.

Derzeit gibt es zum Thema Digitaler Zwilling noch keine Gesetzgebung. Länder und Kommunen können den Digitalen Zwilling nutzen, müssen es aber nicht. Eine solche Gesetzgebung müsse jetzt erfolgen, nicht nur um in Zukunft Kosten und Personal zu sparen. "Wenn Deutschland verteidigungsfähig werden soll, dann sollte man nicht übersehen, dass der Einsatz von Digitalen Zwillingen auch eine militärische Komponente hat. Im Falle eines Krieges könnten mithilfe eines Digitalen Zwillings zum Beispiel Brücken - etwa für Panzer - unpassierbar gemacht werden." Nutzbar gemacht werden könnte das System Digitaler Zwilling auf jeden Fall schon jetzt. "Wir arbeiten auch bewusst mit einer open-source-Plattform, weil unsere Forschungsergebnisse von möglichst vielen Akteuren flexibel eingesetzt werden sollen." Aber, unterstreicht die Expertin, es werde Zeit brauchen, Verständnis für diese Entwicklung aufzubauen und alle Beteiligten mit ins Boot zu holen.

Datenkontrolle - ein noch ungeklärtes Problem

Nun kommt kein Digitaler Zwilling ohne die Speicherung enormer Datenmengen aus. Wer aber soll diese Daten kontrollieren, wer darf sie auswerten und in welcher Größenordnung? Wem gehören die Auswertungsergebnisse und wer haftet im Schadensfall? All das ist bei uns weitgehend ungeklärt. Tagline Treichel unterstreicht: "Im Bereich Straßen und Brücken würde die Autobahn GmbH die Souveränität über die Daten haben und selbst entscheiden, was sie für wen nutzbar machen und freigeben. In anderen Bereichen müsste man genau festlegen, wer die Hoheit über welche Daten hat." In anderen Ländern ist man schon weiter. In Singapur, Finnland, Dänemark, in den USA und Japan werden Digitale Zwillinge schon jetzt großflächig eingesetzt, etwa um einzelne Gebäude und ganze Quartiere effizient zu steuern. Tagline Treichel kennt aber noch einen anderen Bereich, wo das System zur Anwendung kommen sollte: in der Industrie: "Der Einsatz von Digitalen Zwillingen kann unsere Industrie nachhaltiger machen und die Kreislaufwirtschaft befördern helfen." Schöne neue Welt mit einem Wermutstropfen: Das System wird - eingesetzt in Kommunen, im Bund oder in der Industrie - jede Menge Energie verschlingen.    

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