Know-how aus Game Engines 17.11.2022, 10:08 Uhr

Digitale Zwillinge in Bau und Infrastruktur erwachen zu virtuellem Leben

Die digitalen Abbilder geplanter oder bereits existierender Bauwerke bekommen mehr Nutzen: Einerseits weil sie jetzt vom Know-how der Spielebranche profitieren und dadurch sowohl Tempo als auch Realismus gewinnen, andererseits weil sie bislang ungenutzte Informationen über die Bauwerke widerspiegeln.

Eintauchen in virtuelle Welten: Planer können sich mithilfe ihrer Avatare in einem 3D-Universum treffen und bewegen, um die digitalen Zwillinge von Infrastruktur oder Gebäuden zu begutachten. Bei dieser iLab-Demonstration von Bentley Systems in London ist als Beispiel im Hintergrund der digitale Zwilling der Siemensstadt Berlin zu sehen, wo bis 2035 ein Campus entstehen soll. Foto: VDI Fachmedien / K. Klotz

Eintauchen in virtuelle Welten: Planer können sich mithilfe ihrer Avatare in einem 3D-Universum treffen und bewegen, um die digitalen Zwillinge von Infrastruktur oder Gebäuden zu begutachten. Bei dieser iLab-Demonstration von Bentley Systems in London ist als Beispiel im Hintergrund der digitale Zwilling der Siemensstadt Berlin zu sehen, wo bis 2035 ein Campus entstehen soll.

Foto: VDI Fachmedien / K. Klotz

Auf einer zweitägigen „Year in Infrastructure Conference“ in London stellte Bentley Systems nicht nur Neuerungen bei seiner Software zur Planung von Infrastrukturbauwerken vor und erläuterte Hintergründe sowie Trends, sondern lenkte durch die Verleihung der „Going Digital Awards“ den Blick auf Dutzende große Infrastrukturprojekte aus aller Welt.

Datenzentrierter Ansatz

Viele Daten über Bauwerke liegen laut Nicholas Cumins, COO von Bentley Systems, tatsächlich in Unternehmen vor, aber werden praktisch nie für eine Analyse genutzt. Die Folge: Die Entscheidungsträger sind nicht so gut informiert, wie sie es sein müssten.

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Daher hat Greg Bentley, CEO des Unternehmens, einen „datenzentrierten“ Ansatz ausgerufen: Data Mining, also das Schürfen nach unentdeckten Daten, soll Firmen künftig helfen, angesichts der wachsenden Herausforderungen und beschränkten Ressourcen an Effizienz zu gewinnen. An der Nutzung von Dateien beispielsweise mit Konstruktionsdaten werde dies zwar nichts ändern, doch gehe es darum, mehr und zusätzliche Daten in digitalen Zwillingen leichter nutzbar zu machen.

Digitaler Zwilling geht in die Phase 2

CTO Keith Bentley sprach davon, dass es nach der Einführung der Software iTwin vor vier Jahren nun in einer zweiten Phase darum gehe, neue Fähigkeiten bereitzustellen, ohne Bestehendes anzutasten, und zwar in allen wesentlichen Bereichen der Software-Nutzung:

  • Daten-Input: Künftig lassen sich auch Daten aus der Cloud einbinden (referenzieren).
  • Datenverarbeitung (Operations): Die Fähigkeit zur Zusammenarbeit soll direkt in die Software-Produkte des Unternehmens eingebaut werden, sodass ein Umweg beispielsweise über externe Kommunikationstools wie Teams, Zoom oder Slack vermieden und die Kommunikation innerhalb der Projekte damit leichter nachvollziehbar wird.
  • Daten-Output: Die für das Entwerfen genutzten Programme werden den digitalen Zwilling direkt updaten können, sodass er stets aktuell bleibt.

CTO Keith Bentley kündigte die zweite Phase der iTwin-Entwicklung des Unternehmens an.

Foto: VDI Fachmedien / K. Klotz

Wann es soweit sein wird? „Coming soon“ rief der CTO, statt einen detaillierten Zeitplan anzugeben. Alle Verbesserungen sollen jedenfalls 2023 sichtbar werden, wobei das Microstation-Team mit seinem Release für 2023 den Anfang machen wird.

Anwendbarkeit von digitalen Zwillingen erleichtern

Dass digitale Zwillinge in der Praxis – außer bei sehr großen Projekten – noch wenig zum Einsatz kommen, liegt wohl auch daran, dass die überwältigende Datenfülle technisch bislang nicht so schnell und überzeugend dargestellt werden konnte, dass die Wahrnehmung der Nutzer in der Praxis spürbar verbessert worden wäre. Ein visionärer Weg, insbesondere einer nachwachsenden, sehr visuell geprägten Generation die Auseinandersetzung mit Planungsdaten zu erleichtern, besteht darin, die Menschen in die Daten förmlich eintauchen zu lassen, indem daraus eine umfassende künstliche Welt geschaffen wird – so etwa wie sich Facebook-Gründer Mark Zuckerberg das Metaverse vorstellt.

„Was wäre, wenn das Metaverse einfach eine Technologie für Immersion wäre, wie eine Digitalkamera für die Fotografie?“, fragte der Bentley-Systems CEO Greg Bentley während einer Pressekonferenz in London die rund 100 dort versammelten Pressevertreter rhetorisch. Ein 3D-Modell zum Leben zu erwecken und „begehbar“ zu machen, erweist sich heute allerdings oft noch als äußerst rechenintensive Aufgabe, für die auch händische Optimierungen nötig sein können, um die Komplexität der Modelle und die Flut der Polygone überhaupt zu bewältigen.

Game Engines als Game Changer

Einen Durchbruch könnte es darum bedeuten, die Geometriedaten aus den 3D-Modellen direkt in „Game Engines“ wie Unreal, Unity und Nvidia Omniverse zu füttern, die die Spieleindustrie in den vergangenen Jahren weiterentwickelt und zu Höchstleistungen getrieben hat. Dass dieser Schritt nun gangbar ist, führte Julien Moutte, Vice President Technology von Bentley Systems vor.

„Wir öffnen jetzt die Türen des Metaverse für digitale Zwillinge und ermöglichen neue Anwendungsfälle und immersive Erfahrungen“, sagte Moutte in London. „Unsere Interoperabilität mit Spiele-Engines über USD, glTF, DataSmith und 3DFT erschließt Anwendungsentwicklern eine ganz neue Welt voller Möglichkeiten.“

Dadurch entfallen zeitraubende Optimierungsschritte, da die Logik der begrenzten Spielerperspektive auf die ihn umgebende virtuelle Realität bereits eingebaut ist, sodass ohne weiteren Aufwand immer nur die gerade benötigten Planungsdaten in der benötigten Granularität in eine nahezu real wirkende Modellwelt umgerechnet werden, die dazu an Ort und Stelle noch beliebige Daten, Grafiken oder sonstige Hintergrundinformationen zu den betrachteten Objekten in einer Überlagerung (Overlay) anzeigen kann.

iLab-Spezialisten von Bentley demonstrieren die Nutzung einer Virtual-Reality-Brille der neuesten Generation, die ein besonders realistisches Eintauchen in die virtuelle Welt vorspiegelt.

Foto: VDI Fachmedien / K. Klotz

Virtuelle Baustellen gemeinsam besichtigen

Planänderungen spiegeln sich dann ebenso schnell in der künstlichen Welt wider, in der sogar die Betrachter als realistisch bewegte Avatare auftreten und miteinander kommunizieren können – der gemeinsamen virtuellen Besichtigung einer Baustelle steht damit kaum noch etwas im Wege, egal wo in der (realen) Welt die Projektpartner gerade sitzen und welche Hardware sie nutzen. Denn sie müssen nicht unbedingt 3D-Brillen tragen, auch wenn dieses Hilfsmittel die Illusion des Eintauchens in die digitale Welt derzeit am vollkommensten herstellt. Genauso ist es aber auch möglich, an einem Desktop-PC durch die virtuellen Räume zu navigieren.

Mit der neuen Technologie lassen sich Pläne ebenfalls sehr schnell in realistische 3D-Darstellungen überführen, die später für Simulation und Training genutzt werden können – oder um der Öffentlichkeit einen Eindruck von den Planungen zu geben.

iTwin Experience.

Foto: Bentley Systems

iTwin erhält Erweiterungen

Als Erweiterung seiner zentralen iTwin-Plattform stellte Bentley Systems in London die Komponenten Experience, Capture und IoT vorgestellt.

iTwin Capture.

Foto: Bentley Systems

  • iTwin Experience soll die Visualisierung und Navigation digitaler Zwillinge ermöglichen, indem es die Überlagerung von Daten aus dem Engineering, Betrieb und Informationstechnologie (IT) zulässt, um den vollständigen Datenkontext anzuzeigen, sowohl geokoordiniert als auch durchsuchbar.
  • iTwin Capture dient zum Erfassen, Analysieren und Teilen von Daten und ermöglicht es Benutzern, mithilfe von Drohnenvideos, Fotos, oder mobilen Kartierungsgeräten hochauflösende 3D-Modelle von Infrastrukturanlagen zu erstellen, ohne dass ein BIM-Modell notwendig ist.
  • iTwin IoT ist zum Erfassen und Analysieren von Sensordaten geeignet und soll die nahtlose Integration von IoT-Daten (Internet of Things) ermöglichen, die von Sensoren und Zustandsüberwachungsgeräten erstellt wurden.

iTwin IoT.

Foto: Bentley Systems

2022 zwölf Kategorien für die „Going Digital Awards“

Zum Abschluss der zweitägigen „Year in Infrastructure Conference“ wurden die Gewinner der „Going Digital Awards“ verkündet. In den Präsentationen verwiesen die Projektverantwortlichen oft auf hohe eingesparte Summen durch frühzeitig aufgedeckte Inkonsistenzen oder Fehler in den Planungen und eine Beschleunigung der Projekte um viele Wochen und Monate. Aktuelles Beispiel dafür war der Ausbau der Trasse zwischen Jakarta und Bandung für die Hochgeschwindigkeitseisenbahn, die von China für Indonesien gebaut wurde und wegen des G20-Gipfels Mitte November auf Wunsch des indonesischen Staatspräsidenten schneller vorangetrieben werden musste als ursprünglich geplant.

Auffällig war, dass Europa abgesehen von Großbritannien, das ebenso wie die USA sechs nominierte Projekte im Rennen hatte, schon auf der Liste der Finalisten kaum vertreten war: Außer Schweden und Litauen waren dieses Jahr keine europäischen Projekte unter den Nominierten. CEO Greg Bentley verwies auf die zahlreichen und umfangreichen baulichen Aktivitäten in Asien, die sich auf der Landkarte der Nominierten deutlich abzeichneten. Etwa die Hälfte der weltweiten Investitionen für Infrastruktur erfolge heute in Asien.

Viele der 36 Finalisten kamen beim "Going digital Award" aus dem asiatischen Raum.

Foto: VDI Fachmedien / K. Klotz

Im Vorjahr war in damals noch 19 Kategorien Großbritannien mit fünf Nominierten (und einem Gewinner) ebenfalls stark vertreten und Mitteleuropa hatte es mit zwei Projekten (aus Belgien und den Niederlanden) unter die Nominierten geschafft.

Die Gewinner der Going Digital Awards 2022.

Foto: Bentley Systems

Die Gewinner der Going Digital Awards 2022

Hier die Kategorien und Sieger-Projekte des Jahres 2022 der „Going Digital Awards“:

  • Brücken & Tunnel – Ferrovial Construction und Construction: IH35 Nex Central Station (San Antonio, Texas/USA)❯
  • Bauwesen – Acciona: Durch digitales Bauen gefährliche Bahnübergänge sicher beseitigen (Melbourne, Victoria/Australien)
  • Enterprise-Engineering – Mott MacDonald: Smarte Objektbibliothek für die Umweltbehörde (England)
  • Facilities, Campuses und Städte – Sydney Airport: Maps@Syd (Sydney, Australien)
  • Geo-Technologie – Mott MacDonald: Effizienz und Nachhaltigkeit durch GeoBIM vorantreiben (Birmingham, England)
  • Stromnetze – Powerchina Hubei Electric Engineering: Digitale Anwendung über den gesamten Lebenszyklus im Projekt für ein 220-kV-Umspannwerk in Wuhan Xudong (Wuhan, Hubei/China)
  • Stromerzeugung – OQ Upstream: Digitalisierung von Asset-Management-Prozessen zur Verbesserung der Zuverlässigkeit (Oman)
  • Bahn und Nahverkehr – PT Wijaya Karya (Persero): Integrierte Bahntrasse und Bahnhof für den Hochgeschwindigkeitszug Jakarta–Bandung (Jakarta–Bandung, Indonesien)
  • Straßen und Autobahnen – Waka Kotahi und das Joint-Venture Fulton Hogan/HEB sowie Beca: Takitimu-Nordverbindung (Tauranga, Western Bay of Plenty, Neuseeland)
  • Tragwerksplanung – WSP: Unity Place mit optimiertem Design (Milton Keynes, Buckinghamshire/England)
  • Überwachung und Monitoring – Singapore Land Authority: Durch mobile Kartierung unterstützter digitaler SG-Zwilling (Singapur)
  • Wasser und Abwasser – Jacobs und die nationale Wasserbehörde PUB: Die Tuas-Wasserrückgewinnungsanlage TWRP (Tuas, Singapur)

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Von Bentley Systems / Dr. Karlhorst Klotz, Redaktion Bauingenieur