Mit digitalen Zwillingen die Flughäfen von morgen ermöglichen
Mit mehr als 87 Millionen Arbeitsplätzen auf der ganzen Welt trägt die Luftfahrtindustrie weit über 4 % zum globalen BIP bei. Unsere Flughäfen werden ganzjährig und rund um die Uhr betrieben und sind wichtige Knotenpunkte innerhalb der weltweiten Verkehrssysteme, die Länder, Gemeinschaften und Unternehmen miteinander verbinden.
Autor Steve Cockerell ist der amtierende Industry Marketing Director, Cities and Campuses bei Bentley Systems.
© Bentley Systems
Angesichts veränderlicher Anforderungen, unterschiedlicher Betriebsbedingungen und steigender Kosten ist die Qualität der Dienstleistungen, die von Flughafeneigentümern und ihren Lieferketten erbracht werden, ein entscheidender Faktor für das Fluggasterlebnis. Da die Reisebeschränkungen aufgehoben wurden und die Bedenken der Menschen gegenüber Flugreisen langsam nachlassen, sind viele Flughäfen überlastet, während nur wenige überbaut sind oder ausreichend Platz zur Verfügung haben.
Wie viele andere eigentümerbetriebene Transportunternehmen entwickeln sich auch Flughäfen zunehmend zu „datengesteuerten“ Unternehmen. Der Zugriff auf vertrauenswürdige Informationen, ein klares Verständnis des Kontextes der verwalteten Daten und der Auswirkungen von Änderungen an diesen Daten sind dabei von großer Bedeutung, um fundierte Entscheidungen in Bezug auf die Bereitstellung eines effizienten Betriebs, die rechtzeitige Erweiterung bestehender Einrichtungen oder die Errichtung neuer Flughäfen zu ermöglichen.
Angesichts dieser komplexen Herausforderungen müssen sowohl Eigentümer als auch ihre Lieferketten flexibel und reaktionsfähig bleiben. In dieser dynamischen Umgebung wird zukunftsfähige Technologie von entscheidender Bedeutung sein. Dazu gehören Lösungen für digitale Zwillinge, die die hochgradig kollaborativen Verfahren, die unerlässlich dafür sind, dass Eigentümer Passagierzufriedenheit, Kapazitätsschwankungen und anhaltende Rentabilität in ein Gleichgewicht bringen können, unterstützen.
Sind Daten die Ursache oder die Lösung?
Die enorme Masse, Vielfalt und Reife der Daten, die vorliegen – und daher über den gesamten Lebenszyklus von Anlagen, Verfahren und Systemen innerhalb eines Flughafenstandorts hinweg verwaltet werden müssen – sind ein Indikator für den Umfang der Möglichkeiten, die mit ihrer Nutzung einhergehen, und für die Technologie, die digitale Zwillinge bieten.
Da sich ein Großteil dieser Daten jedoch in isolierten Systemen befindet, stellt die Fähigkeit, die verschiedenen beteiligten Datentypen und Quellen zu verwalten, darauf zuzugreifen und sie zu validieren, eine wesentliche Herausforderung dar. Diese Aufgaben erfordern oft mehrere Tools, wodurch für Unternehmen und Teams, die mit IT-Problemen und laufenden Kosten zu kämpfen haben, Kosten entstehen, die weit über die direkt mit ihrer Hauptaufgabe – der Beförderung von Passagieren und/oder Fracht um die Welt – verbundenen Kosten hinausgehen.
Diverse Anwenderprofile
© Flughafen Sydney
Verschärft wird diese Situation durch die Tatsache, dass die Teams, die an einem beliebigen Flughafen arbeiten, ob groß oder klein, sich aus einer vielfältigen Mischung an Menschen mit technischem und kommerziellem Fachwissen zusammensetzen. Ingenieure und Vermessungsingenieure, die für die Bereitstellung neuer oder die Wartung bestehender Infrastrukturanlagen verantwortlich sind, sind mit Begriffen wie BIM und Bausimulation vertraut und haben Erfahrung im Umgang mit GIS-Daten und 3D-Modellierung. Aber für Einzelhandelsexperten oder Immobilienverwalter sowie für Menschen aus der Vorstandsebene kann all das wie eine Fremdsprache klingen. Daher ist es wichtig, dass alle Anwender, unabhängig von ihrer Rolle oder Funktion, Zugang zu Daten haben, denen sie vertrauen können, und zwar auf eine Weise, die für sie und die jeweilige Aufgabe sinnvoll ist.
Da die Welt mehr und mehr digital vernetzt ist – unter anderem durch IoT-Geräte, die heutzutage bequem und in Echtzeit oder beinahe in Echtzeit Updates zu Projektstatus, Anlagenzuständen und Leistungsverhalten bereitstellen können – wächst sowohl das Ausmaß der Herausforderung als auch die Chance, verbesserte Geschäftsergebnisse zu erzielen, exponentiell. Sind Daten also die Ursache oder die Lösung?
Wie bei allen Arten von digitalen Tools und Technologien ist die Überwindung der von mir angesprochenen Herausforderungen im Bereich Daten nur ein Mittel zum Zweck. Verbindet man jedoch neueste Datenanalysen und Computersimulationen durch digitale Zwillinge, erhalten Anwender die erhöhte Transparenz und die Einblicke, die sie für eine Verbesserung der Entscheidungsfindung benötigen. Diese Entscheidungen betreffen alle Aspekte des Flughafenlebenszyklus sowie alle beteiligten Disziplinen und Interessengruppen, darunter auch die Öffentlichkeit.
Was ist ein digitaler Zwilling?
Um das Potenzial digitaler Zwillinge für Flughäfen zu untersuchen, ist es wichtig zunächst zu verstehen, was ein digitaler Zwilling ist. Für viele ist die Standard-Definition eines digitalen Zwillings ein 3D-Modell einer physischen Anlage, zum Beispiel eine Start- oder Landebahn, ein Terminalgebäude, eine Brücke oder ein Tunnel. Ohne eine Verbindung zwischen der digitalen Version und ihrem physischen Gegenstück in der realen Welt ist der digitale Zwilling aber nur eine digitale Momentaufnahme der Anlage zu einem bestimmten Zeitpunkt.
In diesem Szenario laufen die Anwender dieser Informationen Gefahr, dass sie nicht mehr mit ihrem Zwilling synchronisiert sind, ganz unabhängig davon, ob es sich bei dieser Momentaufnahme um ein Modell, einen Bericht, einen Wartungsdatensatz oder eine Reihe von operativen Anweisungen handelt. Dies würde zu Nacharbeit, Verzögerungen und/oder höheren Kosten führen. Darüber hinaus können sie die Informationen hinter dem Entwurf, dem Bauplan oder der historischen Wartung der Anlage nicht mehr einsehen und damit diese wertvollen Erkenntnisse nicht nutzen, um bessere Entscheidungen zu treffen.
Bentley definiert einen digitalen Zwilling als eine realistische und dynamische digitale Darstellung von physischen Anlagen, Verfahren oder Systemen in der gebauten oder natürlichen Umwelt. Ein digitaler Zwilling verbindet also die physische und die digitale Welt, sodass die digitale Welt Veränderungen in der physischen Welt dynamisch widerspiegelt. Er stellt in Echtzeit oder beinahe in Echtzeit den Status, den Arbeitszustand oder die Position seines physischen Gegenstücks dar.
Ein digitaler Zwilling verbindet die physische und die digitale Welt, sodass die digitale Welt Veränderungen in der physischen Welt dynamisch widerspiegelt.
© Bentley Systems
Aufgrund der Anzahl der Anlagen und Disziplinen, die über den Lebenszyklus eines Flughafenareals hinweg beteiligt sind, ist es ebendiese Verbindung zwischen der physischen und der digitalen Welt, – ermöglicht durch unsere neueste Technologie für digitale Zwillinge –, die den Unterschied macht und weit über die BIM-Workflows und -Standards, die sich in den letzten 20 Jahren durchgesetzt haben, hinausgeht.
Die Flughäfen von morgen ermöglichen
Natürlich „wissen wir alle nicht, was wir nicht wissen“. Angesichts der unterschiedlichen Datentypen und der Menge an Daten sowie der sich enorm schnell entwickelnden Technologie ist es sehr schwierig vorherzusagen, was ein digitaler Zwilling eines Flughafens in Zukunft umfassen oder ermöglichen könnte. Ich denke jedoch, dass wir einige der Schlüsselphasen des Lebenszyklus herausgreifen und auf die Erfahrungen anderer Branchen blicken können, um so eine Vorhersage zu wagen.
Stellen Sie sich beispielsweise vor, dass Sie als Flughafenplaner zukünftige Verkehrsflüsse und/oder den Fußgängerverkehr – in entsprechenden Transportmitteln oder in bestimmten Terminals – simulieren könnten, um anhand dieser Informationen den Standort und die Planung neuer Einrichtungen zu optimieren.
Modellierung des Fußgängerverkehrs mit Legion-Simulator.
© Bentley Systems
Wenn eine reibungslose Zusammenarbeit Ihres multidisziplinären Planungs- und Ingenieursteams unabhängig von ihrem Aufenthaltsort möglich wäre, könnten sie Daten austauschen, um verschiedene Alternativen zu prüfen, Baupläne zu simulieren und zu optimieren, und dann „baureife“ Daten an die Auftragnehmer vor Ort übergeben.
Digitale Zwillinge gehen noch einen Schritt weiter und helfen bereits dabei, die Durchführung von Straßen- und Schienenprojekten zu überwachen. Daher ist es naheliegend, dass Projektmanager sie nutzen werden, um vor Ort den Fortschritt auf einem Flugplatz zu verfolgen. So können sie sicherstellen, dass laufende Arbeiten den Betrieb nicht beeinträchtigen oder die Flughafennutzer gefährden.
Auch in Bezug auf den konkreten Flughafenbetrieb gibt es Potenzial: Stellen Sie sich vor, Wartungstechniker könnten die Abnutzung der Landebahn aus der Ferne überwachen, und beispielsweise Datentrends beobachten und maschinelles Lernen einsetzen, um Risse zu untersuchen, bei denen die Gefahr besteht, dass sie zu Sicherheitsrisiken werden. Stellen Sie sich dann vor, sie könnten diese Daten verwenden, um Belagssanierungen am richtigen Ort zur richtigen Zeit zu planen.
Stellen Sie sich vor, IoT-Sensoren an Anlagen in Terminalgebäuden würden Flughafenbetreibern Echtzeitdaten zum Energieverbrauch oder zu den Umgebungsbedingungen liefern, sodass sie starke oder unerwartete Temperatur- oder Feuchtigkeitsänderungen vorhersagen oder darauf reagieren und so wiederum den Komfort für Personal und Passagiere erhöhen könnten.
Diese Szenarien mögen wie Anwendungsfälle erscheinen, durch die in den nächsten Jahren dank digitalen Zwillingen die Flughäfen von morgen ermöglicht werden. Die Realität ist jedoch, dass sie alle schon heute möglich sind. Um das volle Potenzial digitaler Zwillinge in einem Flughafen auszuschöpfen, sollten wir über die Grenzen des Flugplatzes hinaus zugehörige Infrastrukturanlagen berücksichtigen – zum Beispiel das Nahverkehrssystem, das an ihn angebunden ist.
Hier können digitale Zwillinge bereits dabei helfen, die Bewegungen von Wartungsingenieuren zu verfolgen, um Budget und Ressourcen zu optimieren und Service, Sicherheit und Zuverlässigkeit zu verbessern. Wenn der Flughafen sogar Teil eines vernetzten Ökosystems digitaler Zwillinge ist, könnte der Flughafenbetriebsleiter dank seines Zugriffs auf Daten des digitalen Zwillings aus dem Zugverkehr sogar erfahren, wenn das Netzwerk überlastet ist oder es zu Ausfällen kommt, was die rechtzeitige Ankunft von Passagieren und den Abflug von Flügen gefährden könnte.
Die Verfügbarkeit digitaler Zwillinge bedeutet, dass ihre Anwender jederzeit und überall die Informationen, die sie benötigen, anzeigen, überwachen und sammeln können, um auf deren Grundlage bessere Entscheidungen treffen zu können – denn es wird bewährte Technologie gemeinsam mit Daten, die viele Flughafeneigentümer bereits besitzen, in Workflows genutzt, mit denen Flughafeneigentümer das aktuelle Serviceniveau gewährleisten. Diese Entscheidungen dürften zu gesteigerter Effizienz, Zuverlässigkeit, Sicherheit und Nachhaltigkeit führen und die Kundenerfahrung für die Nutzer des Flughafenareals verbessern.
Digitale Zwillinge für Flughafenbetrieb und -ausbau
Wie unsere Beiträge zu den Going Digital Awards der letzten Jahre belegen, zeigt sich immer deutlicher, dass die Vorteile digitaler Zwillinge ihre Kosten bei weitem überwiegen – insbesondere, wenn sie über den gesamten Lebenszyklus einer Anlage berechnet werden.
In der Kategorie Anlagen, Campus und Städte ist der Flughafen Sydney dieses Jahr mit Maps@SYD ein Finalist. Am Flughafen Sydney lassen sich viele Beispiele dafür erläutern, wie der Einsatz der Technologie digitaler Zwillinge Zeit und Ressourcenstunden spart, und gleichzeitig die Produktivität, die Planungseffizienz und die Qualität der Arbeitsergebnisse verbessert und Kosten senkt.
Der Flughafen Sydney ist einer der ältesten Flughäfen der Welt und Australiens verkehrsreichster Flughafen. Er liegt auf 906 Hektar in Botany Bay und beherbergt drei Start- und Landebahnen, drei Terminals und über 400 Gebäude. Das Team am Flughafen Sydney hat mit der Entwicklung seines digitalen Zwillings in Bentleys OpenCities begonnen, intern bekannt als Maps@SYD.
Maps@SYD wird als das „Google Maps“ des Flughafens Sydney beworben und ermöglicht den Zugang zu historischen Daten und Echtzeitdaten aus mehreren Quellen. Somit bietet es seinen über 200 aktuellen Anwendern ein umfassendes Bild des Flughafenareals, ohne dass eine spezielle lokale Software auf den Computern im Unternehmen installiert sein müsste.
Dank Maps@SYD haben Projektmanager sofortigen Zugriff auf alle aktuellen und geplanten Entwicklungen sowie die Möglichkeit, Hochwasserstudien, umweltrelevante Gebiete und Kulturerbestätten zu überlagern, um die möglichen Auswirkungen auf die geplanten Arbeiten zu verstehen. Dadurch spart das Raumplanungsteam rund 65 Ressourcenstunden pro Woche.
Maps@SYD kann Daten aus Finanzanwendungen mit GIS-Daten überlagern, was dem Verpachtungsteam des Flughafens visuell intuitiven und aktuellen Zugriff auf Pächternamen, Ablaufdaten von Pachtverträgen, Verkäufe pro Quadratmeter und Details zu Ausschanklizenzen ermöglicht. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, den Digitaldruckraum aufzusuchen oder Daten vom Raumplanungsteam anzufordern.
Maps@SYD hat auch die Arbeitsabläufe für regelmäßige Prüfungen von Brandschutzausrüstungen, Anzeigetafeln für Fluginformationen und enge Räume verbessert. Zuvor dokumentierten Auftragnehmer Informationen während des Rundgangs auf Papier und luden diese als CAD-Dateien hoch, was zu Fehlern führen konnte. Heute werden Prüfungen mit Tablets durchgeführt, wobei die Informationen direkt im System für räumliche Informationen aktualisiert werden. Dadurch wird der Zeitaufwand für Standardprüfungen von 133 Stunden auf 56 Stunden reduziert.
Ein weiteres Beispiel stammt aus dem letzten Jahr, als wir Clark Construction in der Kategorie Digitalisierung in der Bauindustrie als Gewinner auszeichneten. Damit würdigten wir die Arbeit des Unternehmens an der Ankunftshalle des internationalen Flughafens Sea-Tac, dem komplexesten Investitionsprojekt in der 69-jährigen Geschichte des Flughafens von Seattle.
An einem der verkehrsreichsten Flughäfen im pazifischen Nordwesten gelegen, umfasste das Projekt den Bau eines dreistöckigen Gebäudes, eines erhöhten sterilen Laufgangs und des weltweit längsten Fußgängerweges über einer aktiven Flughafen-Rollbahn. Der komplizierteste Teilaspekt des Projekts war die Montage einer 1.360 Tonnen schweren, 97,5 Meter langen Fußgängerbrücke mit freitragendem Mittelstück und ihr anschließender Transport zum Projektstandort.
Durch den Einsatz von BIM- und Reality-Modeling-Technologie mit Synchro 4D von Bentley hat Clark Construction das Modell mit dem Bauzeitplan verknüpft und dabei einen digitalen Zwilling entwickelt. Das Ziel war eine vollständige Visualisierung der Bauabfolge.
Der digitale Zwilling half dem Team bei der Koordination der Planung und war leicht anpassbar, wenn sich die Pläne während der Besprechungen änderten. Das Team nutzte die Anwendung, um den Transport der Brücke durch einen aktiven Flughafen über eine Strecke von etwa 4,8 Kilometern zu simulieren. So wurde eine präzise Planung und Ausführung sichergestellt.
Obwohl der Transport innerhalb einer Nacht und bei schlechten Wetterbedingungen stattfinden musste, gelang es dem Team, den ikonischen Fußgängerweg mit einer Genauigkeit von 0,95 Zentimetern sicher zu installieren und einzupassen, ohne den Flughafenbetrieb zu beeinträchtigen. Künftig wird der digitale Zwilling vom Port of Seattle für die Verwaltung neuer Gebäude eingesetzt.
Schon heute auf digitale Zwillinge setzen – für ein besseres Morgen
Es wird nicht immer einfach sein, Daten und Technologie durch digitale Zwillinge zur Verbesserung unserer Arbeitsabläufe und unserer Dienstleistungen in allen Phasen des Lebenszyklus von Anlagen einzusetzen.
Digitale Zwillinge stellen den nächsten großen digitalen Umbruch in unserer Branche dar, und diesen Umbruch bekommen derzeit Flughafeneigentümer und ihre Lieferketten auf der ganzen Welt zu spüren.
Wenn digitale Zwillinge, wie wir und viele andere glauben, Teil der „neuen Normalität“ sein werden, dann muss jedes Unternehmen zeitnah eine klare Strategie für ihre Einführung und Nutzung haben und in diese investieren. Wie bei früheren Beispielen für disruptive Technologien werden diejenigen, die nicht in die Durchführung und Bewältigung dieser digitalen Transformation investieren, mit größerer Wahrscheinlichkeit scheitern.
Digitale Zwillinge und die Verfahren, die sie ihrerseits möglich machen, müssen angenommen und eingesetzt werden, um die verbesserten Geschäftsergebnisse zu erzielen, die in unserer sich verändernden Welt verlangt werden. Obwohl ich verstehe, dass sich diese Entwicklung nach Einschätzung vieler noch in der Anfangsphase befindet, bin ich überzeugt, dass digitale Zwillinge – mit unseren Anwendern in einer führenden Rolle – die Art und Weise, wie wir unsere Flughäfen von morgen genauso wie viele andere Infrastrukturbereiche auch planen, gestalten, bauen und betreiben, reformieren werden.
