Big Data, künstliche Intelligenz und Infrastrukturbau

Daten sind die wertvollste Ressource des 21. Jahrhunderts – Grundsätzlich ist diese Erkenntnis nicht neu. Auch zu vergangenen Zeiten wat es für jede strategische Entscheidung wesentlich, ob im zivilen oder militärischen Umfeld, sich möglichst umfassende Informationen über die jeweilige Lage zu verschaffen. Durch die Vernetzung unserer Welt im Sinne der Digitalisierung sowie durch die freiwillige Aufgabe unseres Datenschutzes im weltweiten Netz, steht heute allerdings eine Vielzahl an Daten zur Verfügung, die vielversprechend wirken.

Big Data ist grundsätzlich dadurch gekennzeichnet, dass die Daten aufgrund ihrer Menge und Komplexität und Unstrukturiertheit mit konventionellen Methoden der Datenverarbeitung nicht ausgewertet werden können. Daraus ergeben sich erhöhte Anforderungen an Infrastruktur, Rechner, Server, Speichersysteme und Netzinfrastruktur, deren Zuverlässigkeit, Sicherheit, Schutz und Energieversorgung mit dem weiten Themenfeld der baulichen Ausgestaltung. Insbesondere, was Tragwerksplanung, Bauphysik, Haustechnik oder Brandschutz betrifft.

Unternehmen, die sich darauf spezialisieren, Daten zu sammeln, auszuwerten und zu verwerten, gehören folglich zu den Gewinnern der kommenden Jahrzehnte. Es geht dabei um die Auswertung des Nutzungsverhalten im weltweiten Netz, um Daten, die Behörden und Unternehmen sammeln, um Rückschlüsse aus individueller Mobilität sowie aus Ortungsdiensten, um soziale Kontakte, Bewertungen, Präferenzen und Neigungen. Die Potenzialität hängt eng mit dem Internet of things (IoT) zusammen.

Dass von derartigen Datenmengen, wenn sie intelligent vernetzt und verwertet werden, Gefahren und Risiken ausgehen, erklärt sich von selbst. Die Grenzüberschreitung beim Thema Datenschutz sowie die potentielle Macht und die Gefahr, die mit der Nutzung derartiger zusammenhängen, sind logische Schlussfolgerungen. Damit zusammenhängend ist auch das Risiko gezielter Manipulation in bisher ungeahnter Art und Weise. Grundsätzlich werden Unternehmen immer so weit gehen, wie es ihnen durch die rechtlichen Rahmenbedingungen erlaubt ist.

Mit dem Thema Blockchain stehen künftig weitreichende Entwicklungen an. Die Technologie ermöglicht es, Prozesse durch „Smart Contracts“ zu beschleunigen, sicherer und effizienter zu gestalten. Mehr zum Thema hier: Blockchain im Infrastrukturbereich Auf jeden Fall handelt es sich dabei um die Zukunftstechnologie schlechthin und im Infrastrukturbereich um ein technologisches Neuland.

Ebenso perspektivistisch wirkt die Vision, dass mit der gezielten Auswertung von Daten Gefahren frühzeitig erkannt werden können und Gegenmaßnahmen effizienter, gezielter und schneller anlaufen können. Dies betrifft beispielsweise die Kriminalitäts- und Terrorismusbekämpfung, Angriffe im weltweiten Netz, aber auch gesundheitliche Krisen und Pandemien sowie Naturkatastrophen. Durch das dynamische Datennetz kann im Bedarfsfall früher eingeschritten werden. Wenngleich die Trennlinie zum Missbrauch hauchdünn ist und sich der ewige Disput zwischen Freiheit oder Sicherheit neu eröffnet.

Auf der anderen Seite liegen die Vorteile für die wirtschaftliche Nutzung ebenso auf der Hand. Die erfolgreiche Auswertung von Daten und ihre praktische Nutzung erzielt deutliche Wettbewerbsvorteile, weil Produkte kundenspezifisch platziert und individualisiert werden können. Die Vorteile für eine Industrie 4.0, die in besonderem Maße durch Just-in-time-Prozesse, Individualisierung und Schnelllebigkeit gekennzeichnet ist und durch die effiziente Vernetzung und Künstliche Intelligenz schneller und gezielter in Echtzeit reagieren kann, liegen auf der Hand.

Die wirksame Auswertung der Verhaltensweise und Fehleranfälligkeit maschineller Anlagen und damit auch von Baumaschinen, birgt das Potential, Verbesserungen effizient auszuführen und in jedem Arbeitsprozess gleichzeitig auch eine Fülle auswertbarer Daten zu produzieren, die bei jedem künftigen Arbeitsgang genutzt werden können. Derartige Vorteile lassen sich gezielt im konstruktiven Bauwesen nutzen.

Die Modellierung von natürlichen Gegebenheiten ist ein mitunter rechnerisch komplexer Vorgang. Durch Modellreduktionsverfahren auf Basis künstlicher neuronaler Netz lassen sich beispielsweise Vortriebssimulationen im Tunnelbau in Echtzeit modellieren. Ähnlich verhält es sich mit der Auswertung von Erdbeben. Durch die Künstliche Intelligenz lässt sich die Erdbeobachtung potenzieren und es können drohende Erdbebenszenarien frühzeitig erkannt werden.

Die Vorteile in der Planung liegen ebenso auf der Hand. Durch Building Information Modeling (BIM) und künstliche Intelligenz lassen sich Schnittstellen und Problembereiche effizient erkennen sowie potenzielle Nutzungen simulieren, was sowohl im Hochbau als auch im Tiefbau von Bedeutung sein wird: „Das Ziel, das mit dem Einsatz von „Künstlicher Intelligenz“ verfolgt wird, ist es, menschliche Erkennungs- und Denkprozesse zu formalisieren und in Algorithmen zu übertragen. So wäre es möglich, ein BIM-Modell zu erstellen, welches durch hinterlegte Prüfalgorithmen autonom entscheiden könnte, welche Ausführungsvariante am wirtschaftlichsten (Vergleich der Auswirkungen auf Kosten) ist. Daraus resultierend wären neue Dimensionen der Effizienz von Planung, Bau, Betrieb sowie Rückbau über den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerks möglich“ [1].

Ebenso liegen Vorteile für die Auswertung von Wetterdaten auf der Hand, die nicht nur in Bezug auf den Hochwasserschutz, sondern ebenso im Umfeld der Energieerzeugung bei Wind und Wasserkraft sowie bei Solarenergie genutzt und mit den Nutzungsdaten integriert werden können, um Prozesse zu verbessern und lokalen Bedarfsspitzen vorzubeugen. Windräder können damit aber auch gezielt ausgerichtet werden.

Nicht weniger perspektivistisch ist der Einsatz im Rahmen der Verkehrsmodellierung. Verkehrsflüsse können effizient analysiert und die Auswirkungen von Infrastrukturvorhaben in komplexen Modellen und Systemen abgebildet werden. Derzeit sind – wie so oft – nämlich vorwiegend vereinfachte logische oder empirische Modellverfahren gängig.

Der Konnex von der Energiewirtschaft zur Verkehrswirtschaft ist spätestens seit Etablierung der Elektromobilität gegeben. Mit gezielter Datennutzung und Künstlicher Intelligenz können die vielfältigen Interaktionen zwischen Energienetz und Verkehr abgebildet und simuliert werden. Hinzu kommt eine weitere Potenzialität im Rahmen des autonomen Fahrens.

Weiterführende Artikel:

Blockchain im Infrastrukturbereich

Wie smarte Mobilität und autonomes Fahren unsere Städte verändern werden

Mit Wasserkraft in die Energiezukunft

Digitalisierung im Bauwesen

Komplexe Prozesse werden durch Künstliche Intelligenz handhabbar

Literatur:

[1] Christian Hofstadler (Hrsg.): „Aktuelle Entwicklungen in Baubetrieb, Bauwirtschaft und Bauvertragsrecht – 50 Jahre Institut für Baubetrieb und Bauwirtschaft der TU Graz“, Springer Vieweg Verlag, Wiesbaden 2019

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