Für das Bauunternehmen STRABAG sind durchgehende Datenflüsse als Fundament kommunaler digitaler Zwillinge enorm wichtig.
Beispielprojekt K20 bei der BAB7, die Erweiterung der längsten Autobahnbrücke Deutschlands von sechs auf acht Fahrstreifen. Für das spezifische BIM-Teilprojekt nutzt STRABAG eine modellbasierte Ausführungsplanung und führt die baubegleitende Dokumentation modellorientiert durch. Foto: STRABAG AG
Kommunen in Europa investieren in urbane Digitale Zwillinge, um komplexe Stadt- und Infrastruktursysteme plan-, steuer- und simulierbar zu machen. Einsatzfelder reichen von Bauleit- und Verkehrsplanung über Leitungsnetze bis hin zu Risiko- und Krisenmanagement. Mit der DIN SPEC 91607 liegt in Deutschland ein erster Referenzrahmen vor. Entscheidend bleibt jedoch, dass der Zwilling mit verwendbaren Daten gespeist wird. „Ihr Potenzial kann dort genutzt werden, wo klare prozessuale Verantwortlichkeiten und robuste Dateninfrastrukturen die kontinuierliche Nutzung hochwertiger Daten ermöglichen“, sagt Jens Hoffmann, Zentralbereichsleiter STRABAG Innovation und Digitalisation. Jede Bauausführung und der spätere Betrieb erzeugen nutzbare Daten, um Digitale Zwillinge fortzuschreiben und mit der bebauten Umwelt aktuell zu halten. Sie entstehen entlang des gesamten Lebenszyklus von Bauwerken und Infrastrukturen: Während öffentliche Basisdaten in die Bauplanung fließen, steuert die Bauausführung verifizierende Reality Capture-Daten bei. Potenziell können zukünftig bereits bestehende Digitale Zwillinge über Daten des Gebäudebetriebs kontinuierlich erweitert werden. Voraussetzung: Gemeinsame Datenbasis GIS-Verwaltungsdaten wie Flurstücke, Gemarkungen, Orthofotos, digitale Geländemodelle, Hochwasser-/Starkregen- oder Lärmkarten sowie geotechnische Daten zu Baugrund und Grundwasser bilden die räumliche Grundlage für Bauvorhaben. Bauunternehmen nutzen sie bereits in der Planung, um Risiken früh zu erkennen und Varianten zu bewerten. Darauf aufbauend entstehen BIM-Modelle, die über reine 3D-Geometrie hinausgehen und semantische Informationen wie etwa Materialien, Dimensionen, Bauteilfunktionen oder Zustände konsistent führen.
„Eben diese Kombination aus GIS und BIM hebt die Informationstiefe: Bauwerksmodelle werden im realen Raumkontext interpretierbar, Abhängigkeiten und Restriktionen werden transparent, Entscheidungen früher und evidenzbasierter“, so Hoffmann. Das gilt besonders in der Infrastruktur. Vom Leitungs- über Straßen-, Bahn- und Brückenprojekte bis zur Netzintegration, wo viele Daten bereits existieren, jedoch uneinheitlich modelliert sind.
Verfeinerung des Digitalen Zwillings
Derzeit sind, so Hoffmann, die organisatorischen und technischen Voraussetzungen für die Ergänzung Digitaler Zwillinge noch nicht gegeben, obwohl die dafür erforderlichen Daten grundsätzlich vorliegen: In der Bauausführung könnten Laserscanning, Drohnenbefliegungen und Fotogrammetrie Digitale Zwillinge verfeinern. Diese Daten unterstützen die Logistik- und Bauphasenplanung, Fortschrittskontrollen und Qualitätsnachweise und schaffen eine gemeinsame Vertrauensgrundlage zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer. Mit der Fertigstellung von Bauprojekten stehen prinzipiell aktuelle, georeferenzierte Bestandsdaten unmittelbar zur Überführung bereit. Denkt man noch einen Schritt weiter, könnten Digitale Zwillinge mithilfe von IoT- Ökosystemen nutzbar bleiben. Je nach Fortschritt der Gebäude- und Anlagenautomation können eingebaute Sensoren und Aktoren dafür sorgen, dass Betriebs- und Zustandsdaten automatisch und kontinuierlich aktualisiert werden.
Hürde Interoperabilität: Formate, Systeme, Silos
Die größte Hürde ist selten Datenmangel, sondern Interoperabilität: Inhalte liegen in unterschiedlichen Formaten, Systemen und Software-Silos vor. Ohne eindeutige Koordinatenführung, Metadaten, Qualitätsklassen, Austauschstandards, APIs und rechtlich saubere Nutzungsmodelle bleiben Potenziale ungenutzt. Hinzu kommt ein eingeschliffenes Arbeitsmuster, denn viele am Bau Beteiligte haben sich an diese fehlende Vernetzung gewöhnt. Prozesse und Verantwortlichkeiten sind über den Projektverlauf hinweg so organisiert, dass Verschränkung und Rückführung von Informationen oft nicht vorgesehen sind. Datensilos werden nicht nur toleriert, sondern operativ eingeplant. Genau diese Akzeptanz fragmentierter Datenflüsse erschwert, dass an neuen, zukunftsfähigen Lösungen gearbeitet werden kann.
STRABAG baut Digitalen Zwilling fortlaufend aus
Beispiel für die modellorientierte Dokumanteation via Photgrammetrie im Bauprozess. Foto: STRABAG AG
STRABAG erhebt in Planung, Ausführung und Betrieb regelmäßig hochaufgelöste, georeferenzierte Datensätze. Methodisch werden die Daten aus Laserscanning, Photogrammetrie und klassischer Vermessung erstellt und in gängigen Austauschformaten bereitgestellt. Diese Daten sind zweitverwertbar und können kommunale und städtische Digitale Zwillinge substanziell anreichern, etwa im Leitungsbau durch STRABAG als ausführendes Unternehmen.
Die Herausforderung liegt in den Datenformaten. Von E57 über RAW, Shapefiles, GeoJSON, KML/KMZ, .fgdb und GeoPackage: Je nach Anwendungsfall bringen die Formate individuelle Stärken. „Die Hürde besteht aus ihrem Zusammenspiel, um sie entlang der gesamten Prozesskette weiteren Software-Lösungen verlustfrei zugänglich zu machen“, so Hoffmann. Die heterogene Softwarelandschaft mit ihren individuellen Formaten entlang der Bauprozesse erfordert einen strukturierten, interoperablen Datenaustausch, um kommunale Digitale Zwillinge verlässlich zu versorgen.
STRABAG-intern wird für die Datenintegration eine Eigenlösung verwendet, die Daten aus unterschiedlichen Fachsystemen konsistent hält und in das interne GIS-System „STRABAG. Maps“ überführt, ohne auf klassische Austauschformate wie IFC, BDS oder IDS zurückzugreifen. Stattdessen werden API-basierte Kopplungen genutzt, um dateibasierte Übergaben zu umgehen und systemübergreifende Aktualität sicherzustellen. Dieses Vorgehen ließe sich grundsätzlich auch im Austausch mit Kommunen anwenden. „Aktuell scheitert dies jedoch daran, dass viele bauspezifische Anwendungen nur unzureichend nutzbare APIs anbieten“, beschreibt Hoffmann. In solchen Fällen bleibt der Austausch dateibasiert. Während der Ausführung wird daher auf CDE-Umgebungen zurückgegriffen, die projektindividuell eingerichtet werden müssen und zusätzlichen Koordinationsaufwand erzeugen.
„Diese zusätzlichen Aufgaben erschweren den Umstieg auf neue digitale Arbeitsweisen, zumal Veränderungen in bestehenden Abläufen oft kritisch gesehen werden. Langfristig ist allerdings auch hier eine API-gestützte, Zusammenarbeit anzustreben“, erklärt Jens Hoffmann.
Vorgaben für einen strukturierten Datenfluss
Bauunternehmen verändern bebaute Räume und erfassen in ihren Projekten bereits heute wertvolle Bau- und Bestandsdaten. Wenn diese Informationen nicht strukturiert in kommunale Digitale Zwillinge zurückfließen, altern die Zwillinge zwangsläufig oder müssen mit erheblichem Aufwand aktualisiert werden, während die Daten in Projektsilos ungenutzt verbleiben. Für STRABAG sind daher klare Regelungen sowie Vertragsmodelle nötig, die die Datenrückführung als Leistungsbestandteil definieren und vergüten. „Zugleich müssen Auftraggeber und Auftragnehmer Interoperabilität bei der Softwarewahl zur Anforderung machen. Erst diese datentechnische Vernetzung ermöglicht es, künftig wirklich digital und datengetrieben mit und in Digitalen Zwillingen zu arbeiten“, ist Hoffmann überzeugt.