Digitaler Zwilling zur Erhaltung einer Autobahnbrücke: Ein Proof of Concept basierend auf Linked Data
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Autor:innen
Autor:in (Körperschaft)
Publikationsdatum
23.05.2025
Typ der Arbeit
Master
Studiengang
MSc FHNW in Virtual Design and Construction
Sammlung
Typ
11 - Studentische Arbeit
Herausgeber:innen
Herausgeber:in (Körperschaft)
Betreuer:in
Übergeordnetes Werk
Themenheft
DOI der Originalpublikation
Reihe / Serie
Reihennummer
Jahrgang / Band
Ausgabe / Nummer
Seiten / Dauer
Patentnummer
Verlag / Herausgebende Institution
Hochschule für Architektur, Bau und Geomatik FHNW
Verlagsort / Veranstaltungsort
Muttenz
Auflage
Version
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Abtretungsempfänger:in
Praxispartner:in/Auftraggeber:in
ASTRA
Zusammenfassung
Der Einsturz der Morandi-Brücke im Jahr 2018 und der Carolabrücke im Jahr 2024 haben die Aufmerksamkeit wieder auf die Anfälligkeit der Strasseninfrastruktur in Europa gelenkt.
In der Schweiz resultiert der zunehmende Schwerverkehr in einer höheren Belastung der Autobahnbrücken, was zu einer Zunahme des Risikos von Ermüdungserscheinungen führt. Es sind insbesondere Dehnungsfugen, die einem erhöhten Verschleiss unterliegen, betroffen.
Zur Lösung dieses Problems wird in dieser Masterthesis ein semantisch digitaler Zwilling (ein digitaler Schatten) vorgeschlagen, der auf Linked-Data-Technologien basiert und speziell für die Erhaltung von Autobahnbrücken entwickelt wurde.
Das Ziel besteht darin, ein maschinenlesbares Wissensmodell (Knowledge Graph) zu erstellen, das geometrische Daten aus IFC-Modellen und Daten aus Sensoren integriert und als Grundlage für die Analyse von Dehnungsfugen sowie als Hilfsmittel für die Ermüdungsnachweise dient.
Im Rahmen einer systematischen Literaturrecherche wurden bestehende Ontologien zum Thema Brücken analysiert und bewertet. Auf dieser Grundlage wurden BROT für die Beschreibung der strukturellen Topologie und SOSA für die Modellierung sensorischer Beobachtungen als grundlegende Elemente ausgewählt.
Ergänzend dazu wurde mit ifcBridgeOWL eine eigene Ontologie entwickelt, deren Ziel die formale Darstellung spezifischer Konzepte und Beziehungen aus IFC 4.3 (IfcBridge) im semantischen Modell ist. Die Realisierung erfolgt nach einem iterativen methodischen Ansatz, der schliesslich die Erstellung eines RDF-basierten Wissensgraphen (in GraphDB) und dessen Abfrage mittels SPARQL ermöglicht.
Die Validierung des entwickelten Proof of Concept erfolgte anhand einer Fallstudie an der Schwarzwaldbrücke in Basel. Zu diesem Zweck wurden sowohl reale als auch synthetische Sensordaten analysiert, wobei ein besonderer Fokus auf das Verhalten der Dehnungsfugen gelegt wurde. Die gewonnenen Erkenntnisse wurden anschliessend semantisch modelliert. Die Validierung erfolgte anhand SPARQL-Regeln, mit deren Hilfe (potenziell) kritische Zustände der Fugen automatisch erkannt werden konnten.
Die Ergebnisse der vorliegenden Masterthesis legen nahe, dass die Verwendung von Linked Data und semantischen Technologien im Brückenbau eine tiefergehende Analyse ermöglicht und eine solide Grundlage für ein realistischeres Erhaltungsmanagement bildet.
Das entwickelte Proof of Concept stellt einen ersten Schritt hin zu einem digitalen Zwilling dar, der auf mehreren heterogenen Daten basiert und fundiertere technische Entscheidungen unterstützt.
Schlagwörter
Proof of Concept, Digital Twin, Linked Data, IfcBridge
Fachgebiet (DDC)
Veranstaltung
Startdatum der Ausstellung
Enddatum der Ausstellung
Startdatum der Konferenz
Enddatum der Konferenz
Datum der letzten Prüfung
ISBN
ISSN
Sprache
Deutsch
Während FHNW Zugehörigkeit erstellt
Ja
Zukunftsfelder FHNW
Zero Emission
Publikationsstatus
Begutachtung
Open Access-Status
Lizenz
Zitation
Depoli, M. (2025). Digitaler Zwilling zur Erhaltung einer Autobahnbrücke: Ein Proof of Concept basierend auf Linked Data [Hochschule für Architektur, Bau und Geomatik FHNW]. https://doi.org/10.26041/fhnw-13199