Schweizer Technologie: Künstliche Intelligenz hilft bei Brücken
In Zusammenarbeit mit der SBB haben Forschende der ETH ein KI-Modell entwickelt, das hilft, die Sicherheit von Brücken effizient zu beurteilen.
Das Wichtigste in Kürze
- Der Unterhalt von Brücken kostet jedes Jahr Millionen.
- KI kann helfen, den Zustand von Brücken zu beurteilen und hilft so, Kosten zu sparen.
- In einem zweiten Projekt entwickelten die Forschenden einen KI-Assistenten.
Die Bilder der eingestürzten Carolabrücke über der Elbe in Dresden gingen im September 2024 um die Welt. Glücklicherweise kam niemand ums Leben. Anders beim Einsturz des Autobahnviadukts in Genua 2018, bei dem 43 Menschen starben. Ursache beider Unglücke waren altersbedingte Schäden, die nicht rechtzeitig erkannt und behoben wurden. Auch viele Brücken in der Schweiz sind alt und ihr Unterhalt kostet Millionen.
Forschende der ETH Zürich haben nun ein KI-Modell für Rahmenbrücken entwickelt. Das sind Eisenbahnbrücken aus Stahlbeton, die in der Schweiz besonders häufig vorkommen. Das KI-Modell liefert eine erste Einschätzung der Tragsicherheit und sagt effizient voraus, ob eine Brücke kritisch ist oder nicht.
KI schätzt Erfolg von Analysen ab
Die neue Schweizer Techologie liefert nicht nur einen Vorhersagewert zur Sicherheit, das Modell gibt auch an, ob man diesem Wert vertrauen kann. Und es hilft beim Entscheid über das weitere Vorgehen bei der statischen Überprüfung einer Brücke. Dabei führen Ingenieure mehr oder weniger aufwändige Computerberechnungen durch. «Oft weiss man nicht, ob diese verfeinerten Analysen überhaupt sinnvoll sind oder nur unnötige Kosten verursachen», erklärt Bauingenieurin Sophia Kuhn von der ETH. Das KI-Werkzeug kann abschätzen, ob solche Analysen erfolgversprechend sind und ob sich der damit verbundene Aufwand lohnt.
Als Datengrundlage dienten den Forschenden die vielen Rahmenbrücken der SBB. Damit erstellten die Wissenschaftler ein künstliches neuronales Netzwerk, das aus den Daten lernt, wie unser Gehirn. So entstand das KI-Modell, das die gewünschten Vorhersagen liefert.
«Wir haben unser Modell auf Testdaten validiert und an realen Brückenbeispielen geprüft», erklärt Sophia Kuhn: «Es zeigt eine gute Übereinstimmung und die für die SBB erforderliche Genauigkeit. Damit haben wir einen ersten Prototyp entwickelt.» In einem nächsten Schritt möchte sie gemeinsam mit der SBB sicherstellen, dass Brückeningenieure das Modell praktisch anwenden können, und dann eine breitere Anwendbarkeit des Modells ermöglichen.
KI-Assistent kehrt Designprozess um
In einem zweiten Projekt entwickelten die Forschenden eine neue Schweizer Technologie für Entwurf von Brücken. Ziel war, einen KI-Assistenten zu entwickeln, der das Ingenieurteam beim Entwurf der Brücke aktiv unterstützt und zu kosteneffizienten, möglichst nachhaltigen Strukturen führt, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen.» Traditionellerweise machen die Ingenieure einen Brückenentwurf und wenden dann eine Berechnungssoftware an, um die Sicherheit, die Gebrauchstauglichkeit, die Kosten und weitere Eigenschaften zu bestimmen. Entsprechen diese Werte nicht den Vorgaben, verändert das Team das Design, bis die Projektziele erfüllt sind. Eigentlich wäre es besser, diesen langwierigen Prozess umzukehren. Genau dies kann der Assistent. Mit seinen generativen KI-Algorithmen erzeugt er Entwürfe, die den definierten Einschränkungen und Zielen entsprechen.
