A medida que los puentes envejecen, haz que sean más inteligentes

Hay un modesto puente a las afueras de Munich, Germany. Tiene solo 20 metros de largo, cruza el Isen River en Schwindegg y apenas lo notarías al pasar en coche. Pero debajo de este viejo puente de dos carriles quizá esté el futuro de la gestión de infraestructuras: casi 150 sensores que registran casi todo: presión, tensión, inclinación, vibraciones e incluso la temperatura de la estructura.

¿Por qué? Porque vale la pena saber qué puentes podrían ser vulnerables al deterioro antes de que sea demasiado tarde.

En un momento en que la mayoría de los países tienen dificultades para mantener la infraestructura, Alemania está usando una tecnología revolucionaria de gemelo digital para monitorear y mantener estructuras críticas.

Dirigido por Dr. Stefan Küttenbaum y Johannes Wimmer, el proyecto en Schwindegg es un esfuerzo colaborativo que involucra a la University of the Bundeswehr Munich (University of the German Armed Forces in Munich) y al distrito de Muehldorf am Inn. Küttenbaum es el Working Group Leader Critical Infrastructures en la Chair of Concrete Structures, y Wimmer es Research Associate. Prof. Thomas Braml lidera la Chair of Concrete Structures. La iniciativa es parte del programa Next Generation EU, que busca mejorar la resiliencia y sostenibilidad de la infraestructura crítica.

Muchos puentes en Alemania se construyeron hace más de 60 años, y varios llevan en pie un siglo o más. Debido al deterioro propio de la edad y a décadas de uso constante, urge repararlos y mejorarlos. Sin embargo, los recursos limitados —personales, financieros y materiales— hacen que sea poco práctico renovar cada puente. Y aun así, es difícil ponerle precio a la seguridad pública. Los ciudadanos pueden preguntarse al cruzar un puente: “¿es seguro?”

"Ahora nos enfrentamos a miles de puentes que necesitan una rehabilitación inmediata o incluso su sustitución", dijo Braml. "Sin embargo, los recursos son demasiado limitados para sustituir todos los puentes, y hay que considerar una vida útil más larga."

Además de los problemas de seguridad de los puentes, hay desafíos relacionados con la gestión de datos y la escalabilidad. Gestionar y analizar las enormes cantidades de datos generados por los sistemas de monitoreo en numerosos puentes es complejo. El desafío es crear soluciones escalables que puedan aplicarse a varios puentes, asegurando que incluso los distritos más pequeños con conocimientos técnicos limitados puedan beneficiarse de estos sistemas.

También hay problemas de ciberseguridad. Con la creciente importancia de la infraestructura digital y la sensibilidad de los datos involucrados, garantizar la ciberseguridad y la protección de datos es fundamental. Esto incluye desarrollar sistemas que puedan operar de forma segura en entornos híbridos, lo que podría presentar riesgos.

La solución perseguida radica en el uso innovador de la tecnología de gemelos digitales, impulsada por soluciones avanzadas de gestión de datos de NetApp. Con los sensores, el equipo recopila una gran cantidad de datos, que luego se transmiten a través de una pasarela IoT a un lago de datos de la universidad para su análisis.

Bundeswehr University se asoció con Fraunhofer Institute for Experimental Engineering (IESE) para usar la tecnología de gemelo digital, vinculando los mundos físico y digital al integrar fuentes de datos dispares: su procedencia, flujos de trabajo e inteligencia. El proyecto bridge es la primera aplicación en el mundo real de la tecnología de gemelo digital desde el inicio de su vida útil.

"Los gemelos digitales permiten capturar y analizar con precisión los datos de los puentes en tiempo real”, dijo Braml. Esto permite una gestión inteligente y predictiva del mantenimiento. El objetivo es extender la vida útil restante mientras se reduce al mismo tiempo el consumo de recursos. Esto hace una contribución importante a una mayor seguridad, eficiencia y sostenibilidad en el sector de la infraestructura."

Los sensores del puente alimentan una base de datos que crea una imagen digital, que luego se usa para probar procesos y análisis, y la información digital está disponible en paralelo para otros proyectos o servicios. La tecnología de NetApp se usa de varias maneras:

• Almacenamiento de datos: NetApp® StorageGRID® ofrece una solución de almacenamiento de alto rendimiento y escalable que asegura que todos los datos recopilados se almacenen de forma segura y sean fáciles de acceder. StorageGRID permite una integración fluida con la infraestructura de TI existente, asegurando que los datos de los sensores se puedan gestionar y recuperar de manera eficiente.
• Seguridad de los datos: dada la naturaleza sensible de los datos de infraestructura, la seguridad es una prioridad absoluta. NetApp ofrece funciones completas de protección de datos, incluyendo cifrado y controles de acceso seguro para proteger los datos de accesos no autorizados. Además, los datos se almacenan en un entorno privado y seguro en la nube, asegurando el cumplimiento de estrictas regulaciones de privacidad de datos.
• Supervisión en tiempo real y mantenimiento predictivo: las soluciones de gestión de datos de NetApp permiten supervisar en tiempo real el estado del puente. Al integrar algoritmos de aprendizaje automático, el sistema puede analizar patrones y predecir posibles problemas antes de que se vuelvan críticos. Este enfoque proactivo del mantenimiento ayuda a prolongar la vida útil del puente y a reducir el coste total de las reparaciones.

“Hacemos esto por los operadores de puentes, porque a menudo disponen de recursos demasiado limitados en términos de tiempo, presupuesto y personal para gestionar todos los datos de evaluación e inspección de puentes y los flujos de información relacionados”, dijo Küttenbaum. “Encontramos la manera de ayudarles y apoyarles con la digitalización. La tecnología nos permite gestionar y analizar grandes volúmenes de datos de manera eficiente, proporcionándonos los conocimientos necesarios para tomar decisiones informadas.”

• Escalabilidad y transferibilidad: una de las ventajas más significativas de este proyecto es su escalabilidad. El sistema está diseñado para ser aplicable a una amplia gama de puentes, desde pequeñas carreteras comarcales hasta estructuras de mayor tamaño. Esta escalabilidad es crucial para abordar el problema generalizado del envejecimiento de la infraestructura.
• Información basada en datos: el proyecto proporciona datos valiosos que pueden usarse para tomar decisiones informadas sobre el mantenimiento y la rehabilitación de puentes. Por ejemplo, los datos recogidos han revelado que las tensiones provocadas por la temperatura en los puentes pueden ser más significativas que las causadas por el tráfico. Este dato permite hacer predicciones más precisas y mejorar las estrategias de mantenimiento.
• Mayor seguridad: dada la naturaleza sensible de los datos de infraestructura, el proyecto también hace hincapié en la ciberresiliencia. Los datos se almacenan en un entorno seguro y privado en la nube, asegurando que estén protegidos de accesos no autorizados.

El futuro de este proyecto es prometedor, con planes para expandir la tecnología de gemelos digitales a más puentes en Alemania y en todo el mundo. Los próximos proyectos incluyen la instalación de sensores en nuevos puentes y la aplicación de algoritmos de aprendizaje automático para mejorar el análisis de datos.

“Estamos preparándolo todo con los datos, mirando los sensores y viendo cuáles son fiables y cuáles no”, dijo Wimmer.

El equipo también pretende integrar datos de diversas fuentes, incluidas las observaciones por satélite, para ofrecer una visión completa del estado y el rendimiento de los puentes.

Conclusión

Este proyecto muestra cómo la tecnología de gemelos digitales, impulsada por las soluciones de datos avanzadas de NetApp, puede revolucionar la gestión de puentes, ofreciendo soluciones escalables y condicionadas por los datos a los desafíos del envejecimiento de la infraestructura. Al integrar sistemas avanzados de supervisión y garantizar la seguridad de los datos, la iniciativa marca un nuevo estándar para la resiliencia y sostenibilidad de la infraestructura.