À medida que as pontes envelhecem, torne-as mais inteligentes

Existe uma ponte modesta nos arredores de Munique, Alemanha. Ela tem apenas 20 metros de comprimento, atravessa o rio Isen em Schwindegg e dificilmente seria notada por quem está de passagem. Mas sob essa ponte antiga, com apenas duas faixas, talvez resida o futuro da gestão de infraestrutura: quase 150 sensores que registram praticamente tudo – pressão, tensão, inclinação, vibrações e até mesmo a temperatura da estrutura.

Por quê? Porque vale a pena saber quais pontes podem estar vulneráveis à deterioração antes que seja tarde demais.

Em um momento em que a maioria dos países enfrenta dificuldades na manutenção de infraestrutura, a Alemanha está usando tecnologia revolucionária de gêmeos digitais para monitorar e manter estruturas críticas.

Liderado pelo Dr. Stefan Küttenbaum e Johannes Wimmer, o projeto em Schwindegg é um esforço colaborativo que envolve a University of the Bundeswehr Munich (University of the German Armed Forces in Munich) e o distrito de Muehldorf am Inn. Küttenbaum é o líder do grupo de trabalho de infraestruturas criticas da Cátedra de Estruturas de Concreto, e Wimmer é um pesquisador associado. O Prof. Thomas Braml lidera a Cátedra de Estruturas de Concreto. A iniciativa faz parte do programa Next Generation EU, voltado para aprimorar a resiliência e a sustentabilidade das infraestruturas críticas.

Muitas pontes na Alemanha foram construídas há mais de 60 anos, com várias delas já existindo há um século ou mais. Devido à deterioração relacionada à idade e décadas de uso constante, reparos e melhorias são urgentemente necessários. No entanto, recursos limitados — pessoais, financeiros e materiais — tornam impraticável a reforma de todas as pontes. Ainda assim, é difícil atribuir um preço à segurança pública. Os cidadãos podem se perguntar ao atravessar uma ponte: “ela é segura?”

“Agora nos deparamos com milhares de pontes que precisam de reforma imediata ou até mesmo de substituição”, disse Braml. “No entanto, os recursos são muito limitados para substituir todas as pontes, e é preciso considerar vidas úteis mais longas.”

Além das questões de segurança das pontes, existem desafios relacionados ao gerenciamento de dados e escalabilidade. Gerenciar e analisar a enorme quantidade de dados gerados por sistemas de monitoramento em diversas pontes é complexo. O desafio é criar soluções escaláveis que possam ser aplicadas a múltiplas pontes, garantindo que mesmo distritos menores com conhecimento técnico limitado possam se beneficiar desses sistemas.

Existem também preocupações com a cibersegurança. Com a crescente importância da infraestrutura digital e a sensibilidade dos dados envolvidos, garantir a cibersegurança e a proteção de dados é fundamental. Isso inclui o desenvolvimento de sistemas que possam operar com segurança em ambientes híbridos, que podem apresentar riscos.

A solução buscada reside no uso inovador da tecnologia de gêmeos digitais, impulsionada por soluções avançadas de gerenciamento de dados da NetApp. Com os sensores, a equipe coleta uma grande quantidade de dados, que são então transmitidos por meio de um gateway de IoT para um data lake universitário para análise.

A Bundeswehr University fez parceria com o Fraunhofer Institute for Experimental Engineering (IESE) para usar a tecnologia de gêmeos digitais, conectando os mundos físico e digital ao integrar fontes de dados distintas – sua proveniência, fluxos de trabalho e inteligência. O projeto de pontes é a primeira aplicação do mundo real da tecnologia de gêmeos digitais desde o início de sua implantação.

"Os gêmeos digitais permitem a captura e análise precisas de dados de pontes em tempo real”, disse Braml. “Isso possibilita uma gestão de manutenção inteligente e preditiva. O objetivo é prolongar a vida útil restante, reduzindo simultaneamente o consumo de recursos. Isso contribui significativamente para maior segurança, eficiência e sustentabilidade no setor de infraestrutura."

Os sensores na ponte alimentam um banco de dados que cria uma imagem digital, a qual é então usada para testar processos e análises; e a informação digital fica disponível em paralelo para outros projetos ou serviços. A tecnologia da NetApp é utilizada de diversas maneiras:

• Storage: o NetApp® StorageGRID® oferece uma solução de storage dimensionável e de alto desempenho que garante que todos os dados coletados sejam armazenados com segurança e facilmente acessíveis. O StorageGRID permite a integração perfeita com a infraestrutura de TI, garantindo que os dados dos sensores possam ser gerenciados e recuperados com eficiência.
• Segurança de dados: dada a natureza sensível dos dados de infraestrutura, a segurança é uma prioridade máxima. A NetApp fornece recursos abrangentes de proteção de dados, incluindo criptografia e controles de acesso seguros para proteger os dados contra acesso não autorizado. Além disso, os dados são armazenados em um ambiente de nuvem privada e segura, garantindo a conformidade com rigorosas regulamentações de privacidade de dados.
• Monitoramento em tempo real e manutenção preditiva: as soluções de gerenciamento de dados da NetApp permitem o monitoramento em tempo real da condição da ponte. Ao integrar algoritmos de aprendizado de máquina, o sistema pode analisar padrões e prever possíveis problemas antes que se tornem críticos. Essa abordagem proativa à manutenção ajuda a prolongar a vida útil da ponte e a reduzir o custo total dos reparos.

“Fazemos isso para as empresas operadoras de pontes, porque elas geralmente têm recursos muito limitados em termos de tempo, orçamento e pessoal para gerenciar todos os dados de avaliação e inspeção de pontes e os fluxos de informação relacionados”, disse Küttenbaum. “Encontramos uma maneira de ajudá-las e apoiá-las com a digitalização. A tecnologia nos permite gerenciar e analisar grandes volumes de dados com eficiência, fornecendo as informações necessárias para a tomada de decisões embasadas.”

• Escalabilidade e transferibilidade: um dos benefícios mais significativos deste projeto é a sua escalabilidade. O sistema foi concebido para ser aplicável a uma ampla gama de pontes, desde pequenas estradas regionais até estruturas maiores. Essa escalabilidade é crucial para solucionar o problema generalizado da infraestrutura envelhecida.
• Informações baseadas em dados: o projeto fornece dados valiosos que podem ser usados para embasar decisões sobre a manutenção e reabilitação de pontes. Por exemplo, os dados coletados revelaram que as tensões induzidas pela temperatura em pontes podem ser mais significativas do que aquelas causadas pelo tráfego. Essa informação permite previsões mais precisas e melhores estratégias de manutenção.
• Segurança reforçada: dada a natureza sensível dos dados de infraestrutura, o projeto também enfatiza a resiliência cibernética. Os dados são armazenados em um ambiente de nuvem privada e segura, garantindo que estejam protegidos contra acesso não autorizado.

O futuro deste projeto é promissor, com planos para expandir a tecnologia de gêmeos digitais para mais pontes na Alemanha e em todo o mundo. Os próximos projetos incluem a instalação de sensores em novas pontes e a aplicação de algoritmos de aprendizado de máquina para aprimorar a análise de dados.

“Estamos preparando tudo com os dados, analisando os sensores e verificando quais são confiáveis e quais não são”, disse Wimmer.

A equipe também pretende integrar dados de diversas fontes, incluindo observações de satélite, para fornecer uma visão abrangente da saúde e do desempenho das pontes.

Conclusão

Este projeto demonstra como a tecnologia de gêmeos digitais, impulsionada pelas soluções avançadas de dados da NetApp, pode revolucionar a gestão de pontes, oferecendo soluções escaláveis e baseadas em dados para os desafios da infraestrutura envelhecida. Ao integrar sistemas avançados de monitoramento e garantir a segurança dos dados, a iniciativa estabelece um novo padrão para a resiliência e sustentabilidade da infraestrutura.