Digitaler Tunnel-Zwilling als „roter Faden“ für den gesamten Lebenszyklus

Manuel Aukenthaler von Seequent erläutert im Interview, wie 3D-Geologiemodellierung und Finite-Elemente-Analysen im Zusammenspiel mit einem digitalen Zwilling bei Planung, Bau und Betrieb von Tunneln über den gesamten Lebenszyklus zum Einsatz kommen
Credit/Quelle: Seequent

tunnel: Bodenbedingte Risiken gelten als Hauptursachen für Verzögerungen und Kostenüberschreitungen bei Tunnelprojekten. Wie genau helfen Seequents Lösungen wie „Plaxis“ und „Leapfrog Works“ den Ingenieuren dabei, diese Unvorhersehbarkeiten des Untergrunds besser in den Griff zu bekommen?

Manuel Aukenthaler: Prinzipiell ist es unser Ziel bei Seequent, Unsicherheit in Wissen zu verwandeln. Wir wollen es Ingenieuren ermöglichen, den Untergrund zu verstehen, noch bevor der erste Spatenstich getan wird. Genau hier setzen unsere Lösungen an. Auf der einen Seite verwandeln Geologen oder Geotechniker mit Leapfrog Works vielfältige Baugrunddaten – von Bohrungen bis zu geophysikalischen Messungen – in ein dynamisches 3D-Baugrundmodell.. Man kann sich das wie eine präzise Landkarte vorstellen, die sichtbar macht, was unter der Erdoberfläche verborgen liegt. Auf der anderen Seite haben wir Plaxis. Damit lässt sich das Verhalten von Boden und Gestein unter Belastung simulieren – also genau das, was beim Bau eines Tunnels eben passiert. Und die Kombination dieser beiden Werkzeuge macht aus reinen Daten verlässliche Prognosen. So können Ingenieure Risiken frühzeitig erkennen, verschiedene Szenarien durchspielen und schnelle, fundierte Entscheidungen treffen.

Geologen, Geotechniker, Bauingenieure und andere, die jetzt in einem Tunnelbauprojekt involviert sind, pflegen ihre Daten nicht mehr getrennt voneinander, sondern arbeiten wirklich alle mit derselben Datengrundlage
Credit/Quelle: Seequent/Bentley

tunnel: Können Sie uns ein konkretes Beispiel aus der Praxis nennen, wo diese Werkzeuge einen echten Unterschied gemacht haben?

Aukenthaler: Ein gutes Beispiel ist das deutsche Bahnprojekt Gelnhausen–Fulda, bei dem zwei Drittel der Strecke durch Tunnel führen: Das zuständige Ingenieurbüro war Prof. Quick und Kollegen aus Darmstadt, die Leapfrog Works und Plaxis genutzt haben, um die komplexen geologischen Bedingungen zu visualisieren und analysieren zu können, kritische Risiken schon vor Baubeginn zu identifizieren und die Planung zu optimieren. Das sparte am Ende erheblich Zeit und Kosten.

„Änderungen werden sofort für alle sichtbar, und das Resultat ist ein durchgängiger Informationsfluss“

tunnel: Sie sprechen bei Seequent und Bentley Systems von einem „einheitlichen digitalen Workflow, der die Lücke zwischen Geologie und Infrastrukturdesign schließt“. Was bedeutet das konkret für die tägliche Zusammenarbeit zwischen Geotechnik- und Bauingenieur-Teams? Und welche Vorteile bringt ein digitaler Zwilling gegenüber den bisherigen Arbeitsweisen?

Aukenthaler: Ziel ist es, einen digitalen roten Faden bereitzustellen. Ganz einfach gesagt: Wir ersetzen isolierte Datensilos durch eine gemeinsame, stets aktuelle Datenbasis. Geologen, Geotechniker, Bauingenieure und andere, die jetzt in einem Tunnelbauprojekt involviert sind, pflegen ihre Daten nicht mehr getrennt voneinander, sondern arbeiten wirklich alle mit derselben Datengrundlage. Das heißt, wir schaffen Transparenz und Effizienz. Der Workflow sieht dann so aus, dass wir, wie vorher schon mal skizziert, mit Leapfrog Works modellieren. Also der Geologe erstellt aus Bohrdaten, aus Messungen und jeglichen weiteren verwertbaren Daten ein aussagekräftiges 3D-Baugrundmodell. Dieses Modell dient für den Baugrund als Single Source of Truth.

Im zweiten Schritt übernehmen die Bauingenieure dieses geologische Modell direkt in eine Design-Software, zum Beispiel den OpenTunnel Designer von Bentley, und entwerfen dort das digitale BIM-Modell des Tunnels – die Ausbruchsequenz, die Sicherungsmaßnahmen, die allgemeine Streckenführung etc. Als dritten Schritt lässt sich analysieren, was dabei mit dem Baugrund passiert. Dank des direkt integrierten Workflows wird dieses Tunnelmodell und die Ausbruchsabfolge von OpenTunnel Designer an Plaxis übergeben, um dann die Interaktion zwischen dem Bauwerk, also der Tunnelschale, den Verankerungen, den Sicherungen und so weiter und dem Boden realitätsnah zu simulieren.

Der entscheidende Vorteil liegt im digitalen Zwilling: Über die Bentley iTwin-Plattform zum Beispiel bleibt das Modell mit dem OpenTunnel Designer durchgängig synchronisiert und steht allen Projektbeteiligten zur Verfügung. Änderungen werden sofort für alle sichtbar, und das Resultat ist ein durchgängiger Informationsfluss, dieser besagte digitale rote Faden, der Planungsfehler minimiert, effiziente Zusammenarbeit fördert, Entscheidungen beschleunigt und damit die Basis für nachhaltige Infrastruktur schafft.

tunnel: Wie unterstützt so ein digitaler Zwilling von Seequent und Bentley Systems über den Planungsprozess und die Bauphase hinaus den langfristigen Betrieb von Tunnelanlagen? Und welche Rolle spielt dabei das kontinuierliche Monitoring?

Aukenthaler: Sehr gute Frage – die Aufgaben des digitalen Zwillings, die enden halt nicht mit der Fertigstellung des Baus. Er ist der Schlüssel für einen sicheren und wirtschaftlichen Betrieb über den gesamten Lebenszyklus. Also ein Beispiel dafür ist der Serravalle-Tunnel in Italien. Dort wurde ein digitales Inspektions- und Wartungssystem entwickelt. Statt zeitaufwendigen manuellen Inspektionen setzte man hier auf einen intelligenten und datengesteuerten Ansatz. Mithilfe von Laserscans und KI-gestützter Defekterkennung wird der Zustand des Tunnels kontinuierlich überwacht und in einem digitalen Zwilling abgebildet. Das Ergebnis: man hat 16 % kürzere Inspektionszeiten, 60 % weniger Feldeinsätze gehabt und ein um 70 % geringeres Betriebsrisiko. Dieses Beispiel zeigt, wie der digitale Zwilling zu einem lebendigen, intelligenten System wird. Durch die Integration von Sensordaten aus diesem kontinuierlichen Monitoring, etwa zu Verformungen oder Grundwasserständen, können dann Risiken entsprechend frühzeitig erkannt und die Wartung vorausschauend geplant werden.