2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/15890Für das kontinuierliche Bauwerksmonitoring werden immer häufiger drahtlose Bauwerksmonitoringsysteme eingesetzt, denen ein wichtiger Anteil bei der Implementierung von Digitalisierungsstrategien im Bauwesen zukommt. Trotz zunehmender Vernetzung und Digitalisierung im Bauwesen und rasanten Fortschritten auf dem Gebiet der Sensortechnologien existieren bislang keine allgemein anerkannten Standards, die die Konzeption und Implementierung von intelligenten Bauwerksmonitoringsystemen durchgängig unterstützen. Auch ist es bisher nicht möglich, Monitoring-relevante Informationen - d.h. Informationen über die Sensorik, über die implementierten Monitoringstrategien, über das gesamte Bauwerksmonitoringsystem und insbesondere über dessen Dynamik - in einer klar strukturierten Form digital abzubilden und zu jedem Zeitpunkt im Lebenszyklus des Bauwerks für alle Beteiligten verfügbar zu machen. Das beantragte Forschungsvorhaben zielt darauf ab, ein semantisches Modell zu entwickeln, das Monitoring-relevante Informationen digital abbilden kann. Das semantische Modell soll auf der formalen Basis eines Ontologieansatzes erstellt werden, um eine eindeutige und mathematisch korrekte Semantik sicherzustellen. Eine zentrale Forschungsfrage betrifft die adäquate Abbildung der Systemdynamik. Als Lösungsansatz wird eine ontologische Temporalisierung über Temporallogik und über temporallogische Modellstrukturen basierend auf Modallogiken vorgeschlagen. Das semantische Modell bzw. die darin abgebildeten Monitoring-relevanten Informationen werden schließlich, unabhängig von existierenden Technologien, in die Methoden des Building Information Modeling integriert. In Analogie zum "parametrischen CAD" soll ein "parametrisches BIM" - nicht zu verwechseln mit "parametrisiertem BIM" - für intelligente Bauwerksmonitoringsysteme entwickelt werden. Die Integrationsansätze werden schließlich miteinander gekoppelt und zur Validierung prototypisch in ein logisches Schema überführt, das auf Open BIM-Standards basiert. Ein erwarteter Gewinn dieses Forschungsprojekts liegt in einer allgemeingültig ausgelegten, erprobten Methodik zur kohärenten Integration von Monitoring-relevanten Informationen in Bauwerksinformationsmodelle ("Monitoringinformationsmodellierung"). Hierdurch ist es schon in der Planungsphase von Bauwerken möglich, alle Monitoring-relevanten Informationen auf der Basis einer mathematisch eindeutigen Semantik in digitaler Form verfügbar zu machen und während der gesamten Lebensdauer fortlaufend zu dokumentieren, sodass eine höhere Monitoringqualität erzielt werden kann. Somit sind verbesserte Zustandsbewertungen und genauere Prognosen über Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit der überwachten Bauwerke möglich, was schließlich die Kosten für Betrieb und Instandsetzung signifikant senken und die Resilienz nachhaltig befördern kann.Intelligent structural health monitoring systems, which play a crucial role in digitalization processes within the construction industry, are composed of sensor nodes possessing so called "on-chip intelligence". Structural health monitoring (SHM) based on sensor nodes with on-chip intelligence, referred to as "intelligent SHM", advances automated, pro-active real-time analyses of measured data directly on board the sensor nodes. Although intelligent SHM is continuously gaining importance, there are no standards available to regulate design and implementation of intelligent SHM systems. Furthermore, there is a lack of well-defined formalisms supporting digital representations of life-cycle information about the inherent logics of intelligent sensor nodes, about the SHM strategies implemented, about the overall SHM system and about the system dynamics ("monitoring-related information"). The proposed research project aims at developing a semantic model to digitally represent monitoring-related information based on a consistent formalism. In order to ensure correct semantics on a sound mathematical basis, the semantic model builds upon an ontology-driven conceptual approach. A major research question addresses the representation of system dynamics, which is to be solved through ontology temporalization using temporal logics as well as temporal-logical model structures based on modal logics. It is proposed to integrate the semantic model into the methods of building information modeling (BIM). Therefore, a "parametric" BIM concept (as opposed to "parameterized" BIM concepts) for intelligent SHM systems will be proposed. For validation, the concept will be materialized in a logical schema that builds upon open BIM standards. A main benefit of this project is a novel methodology for coherent integration of monitoring-related information (even in the planning phase of a building) into standardized building information models widely used in civil engineering. All monitoring-related information will be digitally available and can be updated throughout the life time of buildings. Finally, holistic analyses of structural, environmental, and operational data will be possible in a new context, which may serve as a reliable basis for decision making with respect to operation, maintenance and repair, facilitating infrastructure sustainability and resilience.