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Raus mit alten Strukturen:
Die Leistungsfähigkeit digitaler Lösungen bei der Bereitstellung einer resilienten Infrastruktur
Kinder sollten sich keine Sorgen um das Älterwerden machen müssen – aber sie sollten sich vielleicht Gedanken über die geschaffene Umwelt machen, in der sie leben. Denn die Infrastruktur auf der ganzen Welt ist heute veraltet oder für die Bedürfnisse der Gesellschaft nicht mehr ausreichend.
In den USA wurden viele Wasserleitungen vor mehr als 75 Jahren verlegt. In Großbritannien warten fast 1.100 Projekte für erneuerbare Energien¹ auf den Anschluss an ein Stromnetz, das mit der Erzeugungskapazität nicht Schritt gehalten hat. In Frankreich reichen die veralteten Schienennetze nicht aus, um den nationalen Mobilitätsbedarf zu decken².
Die globale Infrastruktur muss auf den neuesten Stand gebracht werden – egal, ob dies die Instandhaltung alter Infrastruktur oder neue Projekte umfasst. Dies ist jedoch mit Kosten verbunden, und aktuelle Studien prognostizieren eine Lücke von 15 Billionen USD zwischen dem globalen Infrastrukturbedarf und den Ausgaben bis 2030³.
Investitionen sind dringend nötig – aber viele Investoren schreckt das Risiko und die Komplexität von Infrastrukturprojekten ab. Die Frage ist: Kann digitale Technologie dazu beitragen, das Risiko dieser Projekte zu verringern und die Attraktivität von Infrastrukturprojekten finanziell zu begründen?
Die Umsetzung von Investitionsprojekten erfolgt durchweg zu spät und liegt über dem Budget
Ausgaben und Verzögerungen nach Sektoren
Überschreitung der Investitionsausgaben% des ursprünglichen Kostenplans
40%
80%
120%
160%
Transportkorridore
Andere
Abfall & Wasser
Öl & Gas
Gesundheit
Eisenbahnen
Flughäfen
Energie
Häfen
Immobilien
Straßen
Verzögerungen im Vergleich zum ursprünglichen Zeitplan% der Verzögerung im Vergleich zur ursprünglichen Planung
20%
40%
60%
80%
Quelle: McKinsey, Capital investment is about to surge: Are your operations ready?
Infrastrukturprojekte in das digitale Zeitalter führen
Aufgrund der Vielzahl an Projektbeteiligten, komplexen Lieferketten, den Bedarf an Fachkräften und langen Amortisationszeiten können Infrastrukturprojekte schwer realisierbar sein.
„Aktuellen Schätzungen zufolge werden 50 bis 70 % der staatlichen Budgets für Verkehrsinfrastruktur für die Instandhaltung oder den Ersatz veralteter Infrastruktur ausgegeben“, erklärt Audrey Goulven, Sustainable Infrastructure and Clean Energy Director bei Dassault Systèmes. „Und der Privatsektor könnte zögern, Kapital in neue Projekte zu investieren, wenn die Regierungen nicht in der Lage sind, investitionsbereite Projektpipelines zu schaffen.“
Könnte die digitale Technologie hier den Unterschied machen? Die Infrastruktur wurde vom Weltwirtschaftsforum mal als „der am wenigsten digitalisierte Sektor der gesamten Weltwirtschaft“ bezeichnet. Es gibt aber Fortschritte, und je mehr Technologie durch die Definition von Projekt-KPIs, die Identifizierung von Risiken und Chancen, die Bewertung von Maßnahmen zur Risikominderung und die Klärung von Verwaltungsprozessen einen Mehrwert liefern kann, desto mehr wird sie wohlwollend aufgenommen werden.
Virtuelle Zwillinge können eine wichtige Rolle bei der Digitalisierung der Branche spielen. „Eine kollaborative Plattform ermöglicht es Ihnen, alle Projektdaten in einer einzigen Umgebung zu konsolidieren, alle Interessengruppen auf einheitliche Ziele und ROI-Vorgaben auszurichten, alle Interessen zu verwalten und die Strategie klar in Ihrem gesamten Netzwerk zu kommunizieren”, so Goulven.
Und die Möglichkeiten sind enorm. Untersuchungen zeigen, dass jeder Dollar, der in einen virtuellen Zwilling investiert wird, neun Dollar an Investitionskosten einsparen kann. Sie können sogar die Konstruktionskosten um bis zu 50 % senken und die Genehmigungszeit um die Hälfte verkürzen.⁶
$1
Investiert in einen virtuellen Zwilling kann bedeuten,
$9
Investitionskosten zu sparen
Infrastrukturprojekte auf den Weg zu bringen
Große Infrastrukturprojekte erfordern ein hohes Maß an Koordination und Zusammenarbeit. Der Grand Paris Express ist derzeit eines der größten Infrastrukturprojekte der Welt: eine ehrgeizige, mehrere Milliarden Dollar teure Erweiterung des Pariser U-Bahn-Netzes mit rund 100 separaten Baustellen, an denen mehr als 7.000 Arbeitskräfte beschäftigt sind.
Diese Komplexität birgt erhebliche Risiken, von unerwarteten Unterbrechungen bis hin zu Zeitüberschreitungen und Sicherheitsproblemen. Durch den Einsatz von virtuellen Zwillingen ist es jedoch möglich, diese Szenarien im Auge zu behalten und Projekte zu rationalisieren und Risiken zu minimieren.
„Der virtuelle Zwilling verschafft den Projektmanagern einen Überblick über das gesamte Ökosystem“, erklärt Goulven. „Es handelt sich sowohl um eine digitale Karte, über die Mitarbeiter wichtige Daten erhalten, als auch um ein technisches Modell der zu bauenden Anlage, um deren Betrieb und Wartung zu verbessern.“
Das italienische Ingenieurbüro IDeCOM beispielsweise nutzte die 3DEXPERIENCE® Plattform zur Entwicklung eines neuen Bahnhofs. „Als die Bauarbeiten begannen, waren die Bedingungen vor Ort schwierig. Deshalb haben wir integrierte Modelle vorgeschlagen, die Daten von verschiedenen Architekturbüros zusammenführten“, erklärt Alessandro Pedretti, Senior Engineer bei IDeCOM. „Wir stießen zunächst auf Integrationsprobleme, konnten diese aber mithilfe der Plattform erfolgreich lösen.“
Nachhaltige Infrastruktur aufrechterhalten
Eine weitere Herausforderung bei der Bereitstellung zukunftsfähiger Dienstleistungen besteht im Infrastruktur-Asset-Management und in der Wartung. Virtuelle Zwillinge können jedoch Produkt- und Prozessinformationen digitalisieren und sie Wartungsteams zugänglich machen, die noch Jahrzehnte nach dem Ausscheiden der ursprünglichen Stakeholder-Teams eingesetzt werden.
So nutzt beispielsweise das japanische Bauingenieurbüro Pacific Consultants virtuelle Zwillinge, um internes Know-how zu digitalisieren. „Wir versuchen, das Wissen der fachkundigen Mitarbeiter von Pacific Consultants zu sichern, damit es nicht verloren geht“, sagt Hisaya Fujii, Senior Executive Officer, Director und Head of Osaka Headquarters bei Pacific Consultants.
Dies kann sogar zu einer Verbesserung der Managementfähigkeiten beitragen. „KI kann in Asset Twins integriert werden, um vorausschauende Wartung zu ermöglichen oder virtuelle Erfahrungen mit bestimmten Parametern wie Lärm oder der Ausbreitung von Staub durchzuführen“, sagt Goulven. „Dies kann Ihr Bild vom Projekt detaillierter machen und es den Verantwortlichen ermöglichen, fundierte Entscheidungen zu treffen und gezielte Gespräche mit bestimmten Akteuren zu führen.“
Virtuelle Zwillinge können Produkt- und Prozessinformationen digitalisieren und sie für Wartungsteams zugänglich machen, die Jahrzehnte später tätig werden.
Durch die Bereitstellung einer Gesamtübersicht über komplexe Infrastrukturprojekte und Anlagen können virtuelle Zwillinge den Akteuren helfen, wichtige Daten in jeder Phase des Projektlebenszyklus einzusehen und auszutauschen, wodurch Risiken und unnötige Ausgaben begrenzt werden und gleichzeitig eine Planung für die langfristige Verwaltung und Wartung möglich ist.
LERNEN SIE DIE INFRASTRUKTUR-INNOVATOREN VON MORGEN KENNEN
Digitale Tools können dabei helfen, die Informationen für Investoren für neue Projekte zu vereinfachen. Die Realisierung der Infrastruktur von morgen erfordert jedoch auch eine völlig neue Generation von Kompetenzen, von Wirtschaftsingenieuren bis hin zu BIM-Modellierern. Experten zufolge sind diese Kompetenzen jedoch noch nicht vorhanden. „In der Bauindustrie herrscht ein kritischer Fachkräftemangel, sodass wir Probleme haben, qualifizierte Arbeitskräfte für unsere Projekte zu finden“, erklärt Frédéric Gal, Program Director of Business Transformation bei Bouygues Construction.
Dassault Systèmes kann mit 3DEXPERIENCE Edu dazu beitragen, die Ingenieursausbildung zu transformieren, um diesen Mangel zu beheben. Durch das Verständnis von Branchentrends, akademischen Herausforderungen, der Schließung von Kompetenzlücken und der Förderung einer Innovationskultur verhilft 3DEXPERIENCE Edu Bildungseinrichtungen, zukünftige Ingenieure erfolgreich auf eine schnelllebige technologische Landschaft vorzubereiten.
Dieser kollaborative Ansatz schafft Vertrauen und stellt sicher, dass die Absolventinnen und Absolventen mit den erforderlichen Kompetenzen ausgestattet sind, um die treibende Kraft hinter dem technologischen Fortschritt von morgen zu werden. Durch die Partnerschaft mit Dassault Systèmes und die Nutzung von Education Experiences können Bildungseinrichtungen ihre Ingenieurstudiengänge zukunftssicher gestalten und sicherstellen, dass ihre Absolventinnen und Absolventen nicht nur auf ihre Aufgaben, sondern auch auf die Anforderungen der Industrie vorbereitet sind.
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Infrastrukturprojekte: Mit Teamarbeit zur einheitlichen Ausrichtung
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Erfahren Sie, inwiefern sich der Bereich Infrastruktur und Stadtplanung noch verändert:
Einblicke in Infrastruktur und Stadtplanung
Das Rahmenwerk für die Resilienz von Infrastrukturen ist ein strukturierter Ansatz zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Infrastruktursystemen, um Störungen standzuhalten, sich an sie anzupassen und sich von ihnen zu erholen. Es umfasst die Bewertung von Risiken, die Verbesserung der Robustheit von Systemen und die Einbeziehung adaptiver Maßnahmen, um die kontinuierliche Funktionalität während und nach unerwünschten Ereignissen zu gewährleisten.
Zu den Grundsätzen einer resilienten Infrastruktur gehören:
Robustheit: Planung und Bau von Infrastrukturen, die extremen Ereignissen standhalten und Schäden minimieren.
Redundanz: Integration von Backup-Systemen und alternativen Pfaden, um die Funktionalität bei Ausfall primärer Systeme sicherzustellen.
Ressourceneffizienz: Effiziente Verwaltung von Ressourcen während Störungen, einschließlich der schnellen Mobilisierung von Werkstoffen und Personal.
Anpassungsfähigkeit: Modifizierung und Weiterentwicklung der Infrastruktur als Reaktion auf neue Bedrohungen und sich ändernde Bedingungen.
Integration: Koordination zwischen verschiedenen Sektoren und Systemen, um umfassende und kohärente Reaktionen auf Störungen zu gewährleisten.
Nachhaltigkeit: Aufbau einer Infrastruktur, die langfristige ökologische, soziale und wirtschaftliche Ziele unterstützt und gleichzeitig die Resilienz bewahrt.
Resilienz in kritischen Infrastrukturen bezeichnet die Fähigkeit von Systemen und Netzwerken, Störungen oder Ausfälle zu antizipieren, ihnen standzuhalten, sich an sie anzupassen und sich von ihnen zu erholen. Dabei muss sichergestellt werden, dass wesentliche Dienste funktionsfähig bleiben und nach Vorfällen wie Naturkatastrophen, Cyberangriffen oder Systemausfällen schnell wieder normal funktionieren.
Beispiele für resiliente Infrastrukturen sind hochwassergeschützte Gebäude mit erhöhten Fundamenten, erdbebensichere Brücken, die so konzipiert sind, dass sie bei Erdbeben nachgeben und seismische Kräfte absorbieren, sowie Stromnetze mit redundanten Pfaden und Backup-Systemen, um den Betrieb bei Ausfällen aufrechtzuerhalten. Diese Infrastrukturen sind darauf ausgelegt, extremen Ereignissen standzuhalten und sich schnell davon zu erholen, um die Kontinuität wesentlicher Dienste zu gewährleisten.
Sustainable Development Goal 9 (SDG 9) zielt auf den Aufbau einer resilienten Infrastruktur, die Förderung einer nachhaltigen Industrialisierung und die Unterstützung von Innovationen ab. Der Zusammenhang zwischen diesem Ziel und einer resilienten Infrastruktur besteht darin, dass eine Infrastruktur entwickelt werden soll, die Herausforderungen standhalten und sich an sie anpassen kann, wodurch das Wirtschaftswachstum und die Nachhaltigkeit gefördert und gleichzeitig die Auswirkungen von Störungen gemildert werden.
(1)
(2)
Railway News, France to Invest €100 Billion in Railway Infrastructure
(3)
(4)
(5)
Weltwirtschaftsforum, The world is facing a $15 trillion infrastructure gap by 2040. Here's how to bridge it
(6)
KPMG, Digital twins: Catalyst for transformative infrastructure