Man mano che i ponti invecchiano, rendili più smart

C'è un ponte modesto fuori Monaco di Baviera, Germania. È lungo solo 20 metri, attraversa il fiume Isen a Schwindegg, e difficilmente lo noteresti passando in auto. Ma sotto questo vecchio ponte a due corsie forse si trova il futuro della gestione delle infrastrutture: quasi 150 sensori che registrano quasi tutto – pressione, deformazione, inclinazione, vibrazioni e persino la temperatura della struttura.

Perché? Perché è utile sapere quali ponti potrebbero essere vulnerabili al deterioramento prima che sia troppo tardi.

In un momento in cui la maggior parte dei paesi ha difficoltà con la manutenzione delle infrastrutture, la Germania sta utilizzando la rivoluzionaria tecnologia dei gemelli digitali per monitorare e mantenere le strutture critiche.

Guidato dal Dr. Stefan Küttenbaum e Johannes Wimmer, il progetto a Schwindegg è uno sforzo collaborativo che coinvolge la University of the Bundeswehr Munich (University of the German Armed Forces in Munich) e il distretto di Muehldorf am Inn. Küttenbaum è il Working Group Leader Critical Infrastructures presso la Chair of Concrete Structures, e Wimmer è Research Associate. Il Prof. Thomas Braml dirige la Chair of Concrete Structures. L'iniziativa fa parte del programma Next Generation EU, volto a migliorare la resilienza e la sostenibilità delle infrastrutture critiche.

Molti ponti in Germania sono stati costruiti oltre 60 anni fa, con diversi che sono in piedi da un secolo o più. A causa del deterioramento dovuto all'età e a decenni di utilizzo costante, sono urgentemente necessari interventi di riparazione e miglioramento. Tuttavia, risorse limitate — personale, finanziarie e materiali — rendono impraticabile la revisione di ogni ponte. Eppure, è difficile dare un prezzo alla sicurezza pubblica. I cittadini potrebbero chiedersi mentre attraversano un ponte: “È sicuro?”

"Ora ci troviamo di fronte a migliaia di ponti che necessitano di un immediato intervento di ristrutturazione o addirittura di sostituzione", ha affermato Braml. "Tuttavia, le risorse sono troppo limitate per sostituire ogni ponte, e bisogna considerare tempi di vita più lunghi."

Oltre ai problemi di sicurezza dei ponti, ci sono sfide legate alla gestione dei dati e alla scalabilità. Gestire e analizzare le enormi quantità di dati generate dai sistemi di monitoraggio su numerosi ponti è complesso. La sfida consiste nel creare soluzioni scalabili che possano essere applicate a più ponti, garantendo che anche i distretti più piccoli con competenze tecniche limitate possano trarre vantaggio da questi sistemi.

Esistono anche preoccupazioni in materia di sicurezza informatica. Con la crescente importanza delle infrastrutture digitali e la sensibilità dei dati coinvolti, garantire la sicurezza informatica e la protezione dei dati è fondamentale. Ciò include lo sviluppo di sistemi in grado di operare in modo sicuro in ambienti ibridi, che potrebbero presentare rischi.

La soluzione perseguita risiede nell'uso innovativo della tecnologia dei gemelli digitali, supportata da soluzioni avanzate di gestione dei dati di NetApp. Grazie ai sensori, il team raccoglie una grande quantità di dati, che vengono poi trasmessi tramite un gateway IoT a un data lake universitario per l'analisi.

L'Università della Bundeswehr ha collaborato con Fraunhofer Institute for Experimental Engineering (IESE) per utilizzare la tecnologia dei gemelli digitali, collegando il mondo fisico e quello digitale integrando diverse fonti di dati – la loro provenienza, i flussi di lavoro e l'intelligence. Il progetto bridge è la prima applicazione concreta della tecnologia dei gemelli digitali fin dall'inizio del suo ciclo di vita.

"I gemelli digitali consentono l'acquisizione e l'analisi precisa dei dati dei ponti in tempo reale", ha affermato Braml. "Ciò consente una gestione intelligente e predittiva della manutenzione. L'obiettivo è prolungare la vita utile residua riducendo al contempo il consumo di risorse. Ciò contribuisce in modo significativo a una maggiore sicurezza, efficienza e sostenibilità nel settore delle infrastrutture."

I sensori nel ponte alimentano un database che crea un'immagine digitale, che viene poi utilizzata per testare processi e analisi; e le informazioni digitali sono disponibili in parallelo per altri progetti o servizi. NetApp technology viene utilizzata in una varietà di modi:

• Archiviazione dati: NetApp® StorageGRID® offre una soluzione storage dalle performance elevate e scalabile che garantisce che tutti i dati raccolti siano archiviati in modo sicuro e facilmente accessibili. StorageGRID consente una perfetta integrazione con l'infrastruttura IT esistente, garantendo che i dati provenienti dai sensori possano essere gestiti e recuperati in modo efficiente.
• Sicurezza dei dati: Data la natura sensibile dei dati infrastrutturali, la sicurezza è una priorità assoluta. NetApp fornisce funzionalità complete di protezione dei dati, tra cui crittografia e controlli di accesso sicuri per salvaguardare i dati da accessi non autorizzati. Inoltre, i dati vengono archiviati in un ambiente cloud privato e sicuro, garantendo la conformità alle rigorose normative sulla privacy dei dati.
• Monitoraggio in real-time e manutenzione predittiva: Le soluzioni di gestione dei dati di NetApp consentono il monitoraggio in real-time delle condizioni del ponte. Integrando algoritmi di machine learning, il sistema può analizzare i modelli e prevedere potenziali problemi prima che diventino critici. Questo approccio proattivo alla manutenzione aiuta a prolungare la durata del ponte e a ridurre il costo complessivo delle riparazioni.

“Lo facciamo per gli operatori dei ponti, perché spesso hanno risorse troppo limitate in termini di tempo, budget e personale per gestire tutti i dati di valutazione e ispezione dei ponti e i relativi flussi informativi,” ha affermato Küttenbaum. “Troviamo un modo per aiutarli e supportarli nella digitalizzazione. La tecnologia ci consente di gestire e analizzare grandi volumi di dati in modo efficiente, fornendoci le informazioni necessarie per prendere decisioni consapevoli.”

• Scalabilità e trasferibilità: Uno dei vantaggi più significativi di questo progetto è la sua scalabilità. Il sistema è progettato per essere applicabile a una vasta gamma di ponti, dalle piccole strade distrettuali alle strutture più grandi. Questa scalabilità è cruciale per affrontare il problema diffuso dell'invecchiamento delle infrastrutture.
• Approfondimenti basati sui dati: Il progetto fornisce dati preziosi che possono essere utilizzati per prendere decisioni consapevoli sulla manutenzione e la riabilitazione dei ponti. Ad esempio, i dati raccolti hanno rivelato che le sollecitazioni indotte dalla temperatura sui ponti possono essere più significative di quelle causate dal traffico. Questa analisi consente previsioni più accurate e strategie di manutenzione più efficaci.
• Maggiore sicurezza: Data la natura sensibile dei dati infrastrutturali, il progetto pone l'accento anche sulla resilienza informatica. I dati vengono archiviati in un ambiente cloud privato e sicuro, garantendo che siano protetti da accessi non autorizzati.

Il futuro di questo progetto è promettente, con l'intenzione di espandere la tecnologia del gemello digitale a più ponti in Germania e in tutto il mondo. I prossimi progetti includono l'installazione di sensori su nuovi ponti e l'applicazione di algoritmi di apprendimento automatico per migliorare l'analisi dei dati.

“Stiamo preparando tutto con i dati, esaminando i sensori e verificando quali sono affidabili e quali no,” ha affermato Wimmer.

Il team si propone inoltre di integrare dati provenienti da diverse fonti, incluse osservazioni satellitari, per fornire una visione completa dello stato di salute e delle prestazioni del ponte.

Conclusione

Questo progetto dimostra come la tecnologia dei gemelli digitali, supportata dalle soluzioni di dati avanzate di NetApp, possa rivoluzionare la gestione dei ponti, offrendo soluzioni scalabili e basate sui dati alle sfide dell'invecchiamento delle infrastrutture. Integrando sistemi di monitoraggio avanzati e garantendo la sicurezza dei dati, l'iniziativa stabilisce un nuovo standard per la resilienza e la sostenibilità delle infrastrutture.