Fünf Faktoren für die Infrastruktur der Zukunft: Auf die „richtige“ Brücke kommt es an

Von Tunneln bis zu Schnellstraßen: Nur sicher zu bauen, reicht heute nicht mehr aus..

Selbstverständlich brauchen wir sichere, stabile Brücken. In einer zunehmend vernetzten Welt stellt sich jedoch eine neue Frage: Wird überhaupt die richtige Infrastruktur gebaut?

Wäre eine Stadt statt mit dem Neubau einer typischen Brücke für Milliarden von Euro nicht mit hoher Bandbreite und WLAN besser bedient? In The Age Curve beschäftigt sich Kenneth Gronbach mit der Tatsache, dass die Generation Y – auch Millennials genannt – sowohl die Generation X als auch die Babyboomer, deren Einfluss und Kaufkraft sinkt, bereits hinter sich gelassen hat. Da laut Gronbach die Hälfte der Generation Y in den USA noch nicht einmal einen Führerschein besitzt, wären womöglich drahtlose „Brücken“ wichtiger als physische.

In Bezug auf die Gestaltung von Infrastrukturen kommen grundlegende Veränderungen in rasantem Tempo auf uns zu – und sie betreffen sowohl die Konfiguration als auch die Abwicklung von Bauprojekten. Genauso, wie es zuvor die Babyboomer getan haben, wird die Generation Y die Zukunft gestalten. Die Welt von morgen wird jedoch ganz anders aussehen als die der Generation ihrer Großeltern, mit einem Schwerpunkt auf sozialen, wirtschaftlichen und ökologischen Fragen. Babyboomer und Generation Y hatten vor allem das Ziel, Infrastruktur sachgerecht – das heißt fehlerfrei – zu bauen. Die Generation Y macht sich viel weiterreichende Gedanken: Sie hinterfragt, ob wir überhaupt die geeignete Infrastruktur für sie bauen.

Und das ist noch nicht alles. In den nächsten drei Jahrzehnten wird die Urbanisierung weiter voranschreiten – bis zum Jahr 2050 werden 66 Prozent der Bevölkerung in Städten leben, und der Bedarf an Infrastruktur infolge der Expansion der Wirtschaft wird in bislang ungekanntem Ausmaß wachsen. Es geht hier nicht um Millionen- oder Milliardenbeträge. Die Kosten dieser globalen Herausforderung werden sich auf mehr als 60 Billionen Euro belaufen. Bewältigen lässt sie sich nur mit Hilfe von Technologie.

Mit diesen weltweiten Veränderungen, was die Bevölkerung und ihre Bedürfnisse anbelangt, werden technische Umwälzungen einhergehen, die für die Entwicklung infrastruktureller Konzepte eine wichtige Rolle spielen werden. Folgende fünf Faktoren sind entscheidend bei der Weiterentwicklung, der Anpassung und der Vorbereitung auf die Zukunft der Infrastruktur:

1. Der Boom der vernetzten Infrastruktur. Angesichts allgegenwärtiger Datenverarbeitung steht eine Explosion verbundener Geräte bevor, deren Zahl auf 50 bis 75 Milliarden steigen wird. Das brandneue Kommunikationsmuster entwickelt sich mit der Technologie um das Internet der Dinge beständig weiter. Die Infrastruktur muss vernetzt werden, und dies geschieht bereits – von Vehicle-to-Vehicle (V2V) für autonomes Fahren bis hin zu Sensoren, die vor Brückenschäden warnen bzw. diese vorhersagen oder massive Wasserlecks vermeiden.

Das US-amerikanische Verkehrsministerium experimentiert derzeit z. B. mit vernetzten V2V-Funktionen. Schätzungen des Ministeriums zufolge kosten Verkehrsstaus die US-Wirtschaft 87,2 Milliarden US-Dollar, 4,2 Milliarden Stunden und 10,6 Milliarden Liter Benzin. Vernetzte Fahrzeuge, die Vehicle-to-Infrastructure- (V2I) und V2V-Funktionen nutzen, haben das Potenzial, Echtzeitverkehr, Durchfahrt und Parkdaten enorm zu verbessern, was die Verwaltung von Verkehrssystemen und damit die Maximierung der Effizienz sowie die Vermeidung von Staus vereinfacht. Unternehmen wie Mercedes-Benz, Audi, Volvo und andere testen bereits selbstfahrende Autos basierend auf vorhandenen Modellen.

2. Reality Computing.

Hier geht es darum, die Realität mittels Technologie zu erfassen und dann wieder in eine physische Form zu bringen. Jeder kann ein Objekt per Laserscanner, Kamera (ein iPhone genügt), Drohne etc. digital festhalten. Das Bild bzw. die Daten werden in Software wie Autodesk ReCap hochgeladen. Anschließend wird das ursprüngliche Objekt auf digitale Weise physisch neu erschaffen, z. B. anhand von 3D-Druck oder -Bau, oder als Modell zur Gewährleistung der Betriebssicherheit verwendet.

Doch was bedeutet Reality Computing für die Infrastruktur? Nehmen wir z. B. die Rio-Tinto-Boraxmine tief in der kalifornischen Mojave-Wüste. Dieser komplexe Minenbetrieb besteht aus einer Tagebaugrube, Unterstützungseinrichtungen und Zufahrtsstraßen. Das gesamte Gelände ist extremen Witterungsbedingungen ausgesetzt, vor allem die Straßen.

Das Bergwerk besitzt und betreibt eine Flotte gewaltiger LKW, die ohne Fahrer auf diesen Straßen unterwegs sind und auf GPS-Richtungsangaben reagieren. Da sie autonom fahren, benötigen sie einen guten Straßenzustand und genaue Informationen. Um diese zu erhalten, begutachten Ingenieure, die dafür höchst gefährliche Standorte betreten müssen, häufig den Straßenzustand. Um nicht von Riesenlastern überfahren zu werden oder sich auf Hängen zu positionieren, die aufgrund von massiver Erosion und Überschwemmung jederzeit abrutschen können, beschlossen die Ingenieure, stattdessen lieber Drohnen einzusetzen und es mit Reality Computing zu versuchen.

Mit Skycatch erfassen solche Drohnen eine große Menge von Informationen in kurzer Zeit. Diese werden in Reality-Capture-Tools geladen, um Messungen und Analysen durchzuführen. Anschließend werden 3D-Daten in Autodesk ReCap, Autodesk Memento und Autodesk InfraWorks 360 zur Nutzung im täglichen Betrieb importiert. Dadurch lassen sich erhebliche Verbesserungen in Bezug auf die Sicherheit der Mitarbeiter erzielen, da Teamleiter nahezu in Echtzeit einen Überblick über die Aktivitäten vor Ort erhalten.

3. Zukunftsfähige Infrastruktur. Echtzeitinformationen und das Verständnis sowohl der kurz- als auch langfristigen Auswirkungen eines bestimmten Gestaltungsansatzes in sozialer, wirtschaftlicher und ökologischer Hinsicht spielen eine immer entscheidendere Rolle. Ein Bewertungssystem für zukunftsfähige Infrastrukturen (ENVISON™), Resilienzplanung sowie der Umgang mit von Menschen verursachten und Naturkatastrophen erfordern beim Bau neuer Infrastruktur die Berücksichtigung zahlreicher Aspekte, die weit über die rein technische Dimension hinausgehen.

In der Ära der Vernetzung ermöglichen vor dem Beginn eines Vorhabens zusammengetragene Daten Planern und Bauherren jetzt, sich ein genaueres Bild zu machen sowie präzisere Prognosen zu erstellen. Die Energieleistung kann vor dem ersten Spatenstich bestimmt und später während des Betriebs verfolgt werden. Die neuen Hudson Yards – das größte private Immobilienentwicklungsprojekt in der Geschichte der USA, mit gemischter Nutzung auf 1,58 Quadratkilometern über einem in Betrieb befindlichen Rangierbahnhof in Manhattan – werden z. B. die erste vollständig verbundene und vermessene Gemeinschaft mit einem umfassenden Netzwerk von Sensoren sein, die den Energieverbrauch, die Transportströme, die Abfallrückgewinnung, die Luftqualität und die Gesundheit der Bewohner erfassen, überwachen, modellieren und vorhersagen. Das ehrgeizige Ziel des Vorhabens ist die Schaffung einer urbanen Lebenswelt mit einer beispiellosen Integration von Bewohnern, Gebäuden und Verkehr.

4. Die Cloud. Die Cloud ist heute praktisch allgegenwärtig und wird weitreichende Auswirkungen auf die Zukunft der Infrastrukturgestaltung haben. Von Software als Service bis hin zu Cloud-basiertem Infinite Computing: Sie ist das Rückgrat eines vernetzten Ökosystems.

Anhand von Cloud Computing lassen sich nicht nur Infrastrukturmodelle entwickeln, die ein einzelnes Projekt auf Standortebene repräsentieren. Es ermöglicht zudem die Erweiterung auf noch größere Räume wie z. B. ein ganzes Viertel oder die gesamte Stadt ohne Abstriche an der Detailgenauigkeit, Präzision und Komplexität der 3D-Raumdaten.

Darüber hinaus gibt es die Möglichkeit, den Risiken und Unsicherheiten mit Blick auf die Lebenserwartung von Infrastruktureinrichtungen Rechnung zu tragen. Dazu kommen Big Data (besonders große Datenmengen) zur Echtzeit-Berechnung des auf den drei Säulen Umwelt, Wirtschaft und Soziales basierenden Ergebnisses verschiedener Gestaltungsalternativen zum Einsatz, wobei Cloud-Analysen genutzt und strategische Investitionen sichergestellt werden, um eine lebenswerte Stadt zu schaffen. All dies war bislang nicht möglich.

5. Von digitalen Entwürfen zu physischen Gütern. Die Technologie nimmt uns einen großen Teil der manuellen Arbeit ab. Wir beobachten heute ein exponentielles Wachstum bezüglich GPS-Maschinensteuerung bis hin zu Vorfabrikation und vermehrter rechnergesteuerter Konstruktion. In Zukunft wird immer mehr Arbeit mittels CNC-gesteuerter Vorfertigung, roboterbasierter Produktion und neuen Methoden des 3D-/4D-Drucks verrichtet werden, bei dem optimierte digitale Entwürfe direkt in komplexe physische Güter umwandelt werden.

Dann gibt es die Pionierarbeit mit generativer Gestaltung. Dabei werden ausgehend von dem gewünschten Ergebnis eine Vielzahl von Analysen sowie integralen Planungsprozessen ausgeführt, um die Problemstellung komplett ohne menschliches Zutun zu lösen. Auf diese Weise wird das Unmögliche ausgeschlossen, sodass nur das Mögliche übrig bleibt.

Bereiten Sie sich vor. Die technischen Umwälzungen werden sich nicht nur auf die geistigen und physischen Produktionsmittel, sondern auch auf die Nachfrage und die daraus resultierenden Produkte auswirken. Die Kunden und die Bevölkerung insgesamt werden mehr Mitsprachemöglichkeiten besitzen, wenn es darum geht, wie ihr Geld ausgegeben wird und wie ihre Städte und Infrastrukturen gebaut werden und welche Materialien dabei verwendet werden. Die Gestaltung der Zukunft der Infrastruktur liegt in Ihren Händen.