Schlaue Gebäude können schon heute ihren Zustand mit Sensoren messen und analysieren. Künftig sollen sie lernen, sich mithilfe dieser Daten und des Internet der Dinge nachhaltig und zukunftssicher zu verhalten.

Um die Folgen des Klimawandels langfristig bewältigen zu können, muss die Infrastruktur mit ihren Städten, Siedlungen und Brücken widerstandsfähig werden. Moderne Bauwerke tragen bereits heute viele Sensoren in sich und messen und analysieren ihren Zustand. Über diese intelligente Aktorik passen sie sich aktiv an die Bedingungen der Umgebung an. Sie sind aber nicht in der Lage, aus sensorisch erfassten Struktur- und Umweltdaten zu lernen. Das Ziel ist, sie zu fühlenden und lernenden Bauwerken zu machen, indem sie die generierten Daten selbständig mithilfe des Internet der Dinge (IoT) im Sinne eines nachhaltigen resilienten Verhaltens nutzen. Ein Solches Gebäude „kümmert“ sich beispielsweise um die Bewohner, in dem es hilft, den Energieverbrauch zu optimieren und Kosten zu senken.

CO₂-Fußabdruck verringern

„Ziel dieses Projekts ist es, das aufkommende Paradigma der kognitiven Gebäude zu nutzen, um eine neue wissenschaftliche Grundlage für eine widerstandsfähige Infrastruktur zu entwickeln. Kognitive Gebäude sind in der Lage, Umweltbedingungen zu erkennen, aus externen oder nutzerbezogenen Faktoren zu lernen und IoT-Geräte zu integrieren, um die Leistung zu optimieren“, erklärt Prof. Kay Smarsly. Die Gebäude konzentrieren sich in der Regel auf die Verringerung des Energieverbrauchs und des CO₂-Fußabdrucks. Sie sind jedoch nicht in der Lage, für die Widerstandsfähigkeit relevante strukturelle Informationen nahtlos zu integrieren. Das könnten beispielsweise die Auswirkungen von Naturgewalten sein oder Umweltbelastungen, denen das Gebäude standhalten muss. Als Ausgangspunkt werden Strategien zur Überwachung des Zustands und zur Kontrolle betrachtet, die für eine widerstandsfähige Infrastruktur relevant sind. Seit mehreren Jahren stützt sich die Praxis hauptsächlich auf datengesteuerte Modellierung zur Gewinnung von Informationen über den Bauzustand. Der datengesteuerten Modellierung fehlt jedoch der physikalische Hintergrund und sie liefert nicht die Informationen, die für diese Art des Monitoring erforderlich sind. Deshalb werden in diesem Projekt insbesondere resilienzbezogene Strategien des Bauwerksmonitorings (Structural Health Monitoring) und der adaptiven Strukturen (Structural Control) wie zum Beispiel Tragfähigkeit oder Gebrauchstauglichkeit drahtlos nutzbar gemacht.

Fühlen, lernen, anpassen

Dieses Projekt stellt ein bauinformatisch abgesichertes Theoriengebäude bereit, das darauf ausgerichtet ist, einen allgemeingültigen Problemlösungsansatz für die aktuellen und zukünftigen gesellschaftsrelevanten Herausforderungen im Infrastruktur- und Siedlungsbereich zu liefern. Es wird davon ausgegangen, dass durch die Implementierung kognitiver Bauwerke eine resiliente Infrastruktur aufgebaut, breitenwirksame und nachhaltige Industrialisierung gefördert und Innovationen unterstützt werden können. Übertragen auf Städte und Siedlungen können diese sicherer, widerstandsfähiger und nachhaltiger gestaltet werden.