Wie BIM und Sensorik die Lebensdauer kritischer Infrastruktur verlängern

Eine Brücke wird selten von einem Tag auf den anderen zum Sanierungsfall. Material altert, Belastungen verändern sich, Schäden entwickeln sich über Jahre. Die Herausforderung besteht deshalb darin, Veränderungen möglichst früh zu erkennen und aus begrenzten Mitteln die richtigen Maßnahmen abzuleiten. Digitale Bauwerksmodelle und Sensordaten können helfen. Sie ersetzen die klassische Bauwerksprüfung nicht, ergänzen sie aber um eine fortschreibbare Datengrundlage. So lässt sich besser nachvollziehen, wie sich ein Bauwerk tatsächlich verhält, wo Veränderungen auftreten und wann Eingriffe erforderlich werden.

Building Information Modeling spielt im Infrastrukturbau eine immer wichtigere Rolle. Für die Bundesfernstraßen ist BIM seit 2026 als Regelprozess bei der Autobahn GmbH, der DEGES und den Auftragsverwaltungen der Länder vorgesehen. Der Digitale Zwilling gehört ausdrücklich zum Zukunftsbild des Masterplans BIM Bundesfernstraßen.

Ein digitales Modell eines Bauwerks kann dabei helfen, Instandhaltungsprozesse gezielter zu steuern und durch Simulationen vorab verschiedene Sanierungsszenarien zu bewerten. Bei bestehenden Infrastrukturbauwerken bleibt die Umsetzung jedoch anspruchsvoll: Viele Brücken, Tunnel oder Hafenanlagen wurden lange vor der Einführung digitaler Planungsmethoden errichtet. Die dafür benötigten Bestandsdaten sind deshalb häufig uneinheitlich, lückenhaft oder müssen zunächst digital rekonstruiert werden.

In der Instandhaltung von Infrastrukturobjekten sind zudem oft zahlreiche Akteure involviert, darunter öffentliche Auftraggeber, Ingenieurbüros und Bauunternehmen. Unterschiedliche Standards erschweren die Zusammenarbeit. Für den Bundesfernstraßenbau liegen inzwischen zwar umfangreiche BIM-Rahmendokumente unter anderem zu Datenmanagement, Auftraggeber-Informationsanforderungen, BIM-Abwicklungsplänen und rechtlichen Rahmenbedingungen vor. In der praktischen Umsetzung bleiben jedoch Fragen nach konsistenten Bestandsdaten, interoperablen Systemen sowie klaren Verantwortlichkeiten für Datenqualität und Fortschreibung. In vielen Bereichen gibt es daher immer noch eine zögerliche Implementierung von BIM, da der initiale Aufwand zur Bestandsaufnahme und Modellierung nicht unterschätzt werden darf. Gleichzeitig zeigt sich aber, dass Projekte mit BIM langfristig effizienter verwaltet werden können und sich die Investitionen auszahlen.

Ein Gamechanger für die Instandhaltung

Ein entscheidender Fortschritt für die Instandhaltung von Infrastruktur ist die Integration von Sensorik in Bauwerke. Je nach Messverfahren können Sensoren beispielsweise Dehnungen, Schwingungen, Temperaturen oder Veränderungen an bekannten Schadstellen kontinuierlich erfassen. Zusammen mit regelmäßigen Bauwerksprüfungen und weiteren Bestandsdaten entsteht so ein genaueres Bild davon, wie sich ein Bauwerk unter realen Belastungen verhält. Diese Technologie ermöglicht nicht nur eine gezielte Wartung, sondern auch eine bessere Bewertung der verbleibenden Nutzungsdauer und des tatsächlichen Instandhaltungsbedarfs.

Sven Assmann, Digitalisierungsmanager bei der Adolf Würth GmbH & Co. KG, sieht hier große Potenziale: „Durch Laserscanning und Sensortechnologie lassen sich Brücken kontinuierlich überwachen. Dies hilft, Wartungsmaßnahmen gezielter zu planen und große Sanierungsmaßnahmen zu vermeiden. In Kombination mit BIM entstehen dadurch digitale Zwillinge von Bauwerken, die eine optimierte Instandhaltung ermöglichen.“ Dabei erfüllen die Technologien unterschiedliche Aufgaben: Laserscanning liefert eine präzise geometrische Erfassung des Bauwerks zu einem bestimmten Zeitpunkt oder in wiederholten Messkampagnen. Die kontinuierliche Zustandsbeobachtung erfolgt über dauerhaft oder temporär eingesetzte Sensorik.

Wenn moderne Überwachungssysteme zeigen, dass eine Brücke saniert werden muss, sind Verfahren gefragt, die den Eingriff möglichst gering halten. Ein Beispiel ist das Verstärkungssystem RELAST von Würth. Dabei werden nachträglich spezielle Verbundankerschrauben in den Beton eingebracht, um den Querkraft- und Durchstanzwiderstand bestehender Tragwerke zu erhöhen. Das Verfahren ist unter anderem für Brücken, Tunnel und Unterführungen ausgelegt und kann auch unter laufendem Betrieb eingesetzt werden.

Solche Verstärkungen können dazu beitragen, Tragreserven zu erhöhen und bestehende Bauwerke weiter zu nutzen, ohne sie vollständig ersetzen zu müssen. Für RELAST gibt Würth aktuell an, dass sich die Nutzungsdauer von Betonbauwerken je nach Zustand und Verstärkungskonzept um bis zu 25 Jahre verlängern lässt. Damit können solche Verfahren helfen, Sanierungsmaßnahmen gezielter zu planen und vorhandene Infrastruktur länger zu nutzen.

Welche Schritte sind zukünftig erforderlich?

1. Datenstandards und Schnittstellen konsequent anwenden: Eine einheitliche und über den Lebenszyklus nutzbare Datenstruktur ist entscheidend, damit Informationen zwischen Auftraggebern, Planenden, Bauunternehmen und Betreibern weitergegeben werden können. Mit den BIM-Rahmendokumenten für die Bundesfernstraßen existieren inzwischen wichtige Grundlagen. Entscheidend ist nun ihre durchgängige Anwendung und die Interoperabilität der eingesetzten Systeme.
2. Ausbau der digitalen Infrastruktur: Die Erhebung und Verarbeitung großer Mengen an Sensordaten erfordern leistungsfähige IT-Systeme und eine durchdachte Cloud-Architektur. Hinzu kommen Anforderungen an Datenqualität, Verfügbarkeit, Schnittstellen und Cybersecurity, insbesondere wenn Bauwerksmodelle mit laufenden Messdaten zu einem digitalen Zwilling verbunden werden.
3. Schulung und Weiterbildung: Ingenieure, Planende und allgemein Bauschaffende müssen gezielt in digitalen Methoden geschult werden, um BIM-gestützte Instandhaltungsprozesse effektiv nutzen zu können.
4. Digitale Prozesse in Vergabe und Betrieb verankern: Die Frage ist heute weniger, ob BIM regulatorisch grundsätzlich möglich ist. Im Bundesfernstraßenbau ist die Methode inzwischen als Regelprozess vorgesehen. Entscheidend wird vielmehr, Anforderungen an Modelle, Datenübergaben, Zuständigkeiten und spätere Nutzung so in Beschaffung und Projektorganisation zu verankern, dass die Informationen auch nach Planung und Bau weiterverwendet werden können.

Die Entwicklung zeigt damit auch einen Wandel in der Diskussion. Es geht nicht mehr allein darum, ob BIM und digitale Zustandsüberwachung im Infrastrukturbau eingesetzt werden können. Die entscheidende Frage lautet zunehmend, wie Bestandsmodelle, Prüfungen und Messdaten so miteinander verknüpft werden, dass daraus eine belastbare Grundlage für Erhaltungsentscheidungen entsteht.

Gerade bei alternden Bauwerken kann diese Kombination helfen, vorhandene Ressourcen gezielter einzusetzen: Schäden früher erkennen, Maßnahmen priorisieren und Bauwerke dort verstärken, wo eine weitere Nutzung technisch und wirtschaftlich sinnvoll ist. BIM ist hier kein Allheilmittel, aber ein entscheidendes Werkzeug, um Bauwerke langfristig wirtschaftlicher und sicherer zu betreiben.