Das Ziel dieses Forschungsprojektes war es, ein umfassendes Konzept für ein „Geburtszertifikat“ von Brückenbauwerken allgemein zu entwickeln und dann an einer konkreten realen Brücke prototypisch umzusetzen. Das Geburtszertifikat soll dabei als Grundlage für die Zustandsüberwachung und Erhaltungsplanung über den gesamten Lebenszyklus der Brücke dienen. Im Mittelpunkt steht dabei die sogenannte Nullmessung, die eine detaillierte, systematische Erfassung und Dokumentation des Ausgangszustandes des Bauwerks nach der Fertigstellung und vor der Verkehrsfreigabe mit vielfältigen Prüf- und Messmethoden beinhaltet. Die Nullmessung dient somit der Charakterisierung eines Initialzustands (Referenzzustand nach der Fertigstellung). Der ermittelte Referenzzustand ist die Grundlage für Vergleichsbetrachtungen im Rahmen der Erfassung und Bewertung des Bauwerkszustandes im Zuge der Erhaltung und des Bauwerksmanagements. Er bildet erstmalig die Basis, um im Laufe des Lebenszyklus auftretende Veränderungen und Schäden frühzeitig durch den Bezug zum Referenzzustand zu detektieren und in ihrer Entwicklung zu dokumentieren und zu bewerten. Durch die Einführung dieses Konzeptes kann das Geburtszertifikat den Ausgangspunkt für die Umsetzung prädiktiver Erhaltungsmethoden darstellen. Dabei umfasst das Geburtszertifikat eine möglichst breite und aussagekräftige Erfassung und Dokumentation physikalischer Parameter, chemischer Aspekte und geometrischer Eigenschaften des Bauwerks. Zu den physikalischen Parametern zählen beispielsweise Materialdehnungen, Verschiebungen, Eigenfrequenzen und -formen, die wichtige Hinweise auf das Tragverhalten der Brücke geben. Diese Daten werden durch sensorbasierte Systeme, wie beispielsweise Dehnungsmessstreifen, faseroptische Sensoren, und Beschleunigungsaufnehmer einmalig oder kontinuierlich über einen Zeitraum von einem Jahr vor oder kurz nach der Inbetriebnahme des Bauwerks erfasst und durch geeignete Prozessierung der Messdaten ermittelt. Chemische Aspekte, wie die Bestimmung des Chloridgehalts, der Carbonatisierungstiefe und des Feuchtigkeitsgehalts des Betons, liefern wichtige Informationen über die Dauerhaftigkeit des Bauwerks. Diese chemischen Aspekte sind entscheidend, um eine mögliche Korrosion der Bewehrung frühzeitig zu erkennen, bevor gravierende strukturelle Schäden auftreten. Das Geburtszertifikat soll nicht nur chemische Aspekte und physikalische Parameter wie die statischen oder dynamischen Parameter, sondern auch mit bildbasierten oder anderen ZfP-Verfahren erfassbare Eigenschaften beinhalten. Die geometrische Beschreibung der Brücke ist daher ein weiterer zentraler Bestandteil des Geburtszertifikats. Dabei sind die Form und die Oberflächenstruktur des Tragwerks vor Verkehrsfreigabe der Brücke aufzunehmen. Diese geometrischen Aspekte des Referenzzustands sollen durch ein georeferenziertes hochgenaues 3D-Bauwerksmodell definiert werden, das beispielsweise photogrammetrisch auf Basis systematisch generierter Bilddaten oder mithilfe von Scanningverfahren generiert wurde und anschließend in ein vorhandenes As-Built-Modell integriert wird. Die geometrische Aufnahme in Form einer „Nullmessung“ ist insbesondere für zukünftige Verformungsermittlungen sowie schadensfokussierte Zustandsbewertungen auf Basis vielfältiger sensor- und bildbasierter Monitoringverfahren ein wichtiger Ausgangspunkt. Am 3D-Bauwerksmodell können die vielfältig erfassten Eigenschaften und Zustandsparameter zusätzlich eindeutig und nachvollziehbar verortet werden. Das Geburtszertifikat wird in einer standardisierten, leicht zugänglichen Form als kompakte und übersichtliche Zusammenfassung der wichtigsten Informationen in Form eines PDF-Dokumentes erstellt. Zur Gewährleistung einer langfristigen und flexiblen Nutzung und digitalen Verarbeitung der gewonnenen Daten enthält das PDF-Dokument Verweise auf alle Datensätze und Modelle, die zusätzlich bereitgestellt werden. Diese Verlinkungen beinhalten detaillierte Mess- und Bilddaten, abgeleitete oder aggregierte Parameter, Modelle und andere relevante Informationen, die zur Beurteilung des Zustandes notwendig sind. Diese Informationen werden in entsprechenden Datenbanken und strukturierten Dateisystemen gespeichert. Abschließend wird das erarbeitete Konzept des Geburtszertifikates prototypisch an einem Bauwerk umgesetzt. Dabei wird auf die verschiedenen, zuvor erarbeiteten Eigenschaften und Aspekte eingegangen und dargestellt wie einzelne Parameter und das georeferenzierte 3D-Bauwerksmodell ermittelt werden können. Zudem wird auch die Ableitung von Daten für die Zustandsbewertung sowie das Datenmanagement thematisiert. Das Geburtszertifikat unterstützt die Einbindung in moderne digitale Infrastruktursysteme, wie das Lebenszyklusmanagement von Brücken, und bildet die Grundlage für die Integration in Überwachungssysteme wie Digitale Zwillinge. Die Einführung eines solchen digitalen Zertifikates für Brücken ist ein wichtiger Schritt hin zu einer nachhaltigeren und effizienteren Nutzung von Infrastrukturressourcen.

Brücken sind wesentliche Bestandteile der Verkehrsinfrastruktur, die aufgrund ihrer dynamischen Belastung und ihrer exponierten Lage degradieren. Eine kontinuierliche und vorausschauende Zustandsüberwachung ist unerlässlich, um die sichere und wirtschaftliche Nutzung der Bauwerke im gesamten Lebenszyklus zu gewährleisten. Dieses Ziel kann durch Digitalisierungsansätze unterstützt werden. Digitale Zwillinge sind virtuelle Repräsentationen von Bauwerken (oder allgemeiner Assets), mit Hilfe derer Daten gespeichert, ausgewertet und für Entscheidungen aufbereitet werden. Mit dem übergeordneten Ziel des Übergangs von einem reaktiven zum prädiktiven Lebenszyklusmanagement auf der Grundlage eines Digitalen Zwillings wird im Rahmen des BASt-Forschungsprojektes „Konzeptionelle Untersuchung zur Zusammenführung von Komponenten des Digital Twins Brücke“ eine Gesamtkonzeption für modulare Digitale Zwillinge von Brückenbauwerken entwickelt. Ein Digitaler Zwilling einer Brücke in einem niedrigen Reifegrad soll beispielsweise Informationen hinsichtlich des Zustands, der Zuverlässigkeit und der Restnutzungsdauer des Bauwerks bereitstellen und eine frühzeitige Identifikation kritischer Bauwerkszustände ermöglichen. In höheren Reifegraden sollen Prognosen durchgeführt werden können, die zukünftige Zustände der Bauwerke in verschiedenen Lebenszyklusphasen abbilden. Die Modularität des entwickelten Ansatzes wird durch Anwendungsfälle realisiert, die vorhandene heterogene Datenquellen integrieren und sich auf die Betriebsphase fokussieren. Die einzelnen Anwendungsfälle teilen sich in zwingend erforderliche Anwendungsfälle sowie optionale Anwendungsfälle auf, die je nach Anforderung und Zielsetzung in dem Digitalen Zwilling umgesetzt werden. Die technische Implementierung erfolgt auf der Grundlage eines Linked Data Ansatzes. Um zukünftige Forschungs- und Entwicklungsaufgaben zu unterstützen, werden Einbindungsmöglichkeiten weiterer Technologien in den Digitalen Zwilling diskutiert.