mailing.150_Jubiläumsausgabe - Gruner AG

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Quo vadis, Geotechnik?
Technische Entwicklungen verlaufen scheinbar schubartig, wobei einzelne Schlüsseltechnolo gien
eine ganze Reihe von aufbauenden Erfindungen ermöglichen oder begünstigen. Sehr schön
ist das beispielsweise an den direkten und indirekten Effekten der Lasertechnologie zu sehen,
die heute – auch aus (geo-)technischen Anwendungen – kaum noch wegzudenken sind:
angefangen beim Einsatz in der Informationstechnologie über einfache Geräte auf der Baustelle
bis hin zu Präzisionsmessinstrumenten beim Monitoring. Ein Paradebeispiel, wie schnell bei
solchen Entwicklungen Grenzen zwischen den einzelnen Fachbereichen übersprungen werden.
Dr. Jörg Meier, Gruner AG, Basel
Neue Schlüsseltechnologien lassen sich nur schwer
vorhersagen, da sie oft neue oder nur wenig bekannte
Effekte nutzen. Manche Zukunftsvorhersagen aus den
1950er-Jahren zeigen u.a. teilweise von Miniatomreaktoren
angetriebene Fahrzeuge, die wir heute – aus gutem
Grund – in der Praxis nicht sehen. Der Laser und seine
Anwendungen wurden 1950 nicht im heute normalen
Masse vorhergesehen. An der Unvorhersagbarkeit solcher
Technologien hat sich aus heutiger Sicht nicht viel
geändert. Der Blick auf mögliche Entwicklungen wird
sich so auf die stetige Weiterentwicklung aktueller
Tech niken bzw. die Konvergenz aktueller Techniken einschränken.
Zusätzlich können noch Vorhersagen durch
Berücksichtigung des heute absehbaren Bedarfs an
Techniken (z.B. Mobilität), aber auch Ressourcen (z.B.
Energie oder Wasser) abgeleitet werden. Unberücksichtigt
bleiben die Möglichkeiten und auch der Bedarf
(als auch die daraus notwendigen/möglichen Lösungen),
der sich aus neuen Schlüsseltechnologien ergibt.
Die folgende Abbildung versucht mögliche Entwicklungen
in der Geotechnik abzuschätzen. Dabei bleiben die
darin enthaltenen Punkte an die gleichen Einschränkungen
gebunden, die im vorangehenden Absatz geschildert
wurden. Die Darstellungsform der Abbildung ist so
gewählt, dass die Gegenwart im Zentrum steht und die
möglichen Entwicklungen bildlich in alle Richtungen
weiterführen und auf die kommenden Jahre – in Form
von konzentrischen Kreisen – projiziert werden. Hierbei
wurde versucht, die Entwicklungen um verschiedene
Spezialbereiche, wie z.B. «Planung» und «Infrastruktur»,
zu gruppieren. Strahlenförmig um die Spezialbereiche
sind die Entwicklungen angeordnet. Die Grösse
der Kreise wurde so gewählt, dass diese mit dem Einfluss
der Entwicklung korrespondiert.
Beispielsweise hat sich mit der Zunahme der Leistungsfähigkeit
der Rechentechnik auch die Leistungsfähigkeit
der Softwarekomponenten weiterentwickelt. Alles
deutet heute darauf hin, dass sich dieser Trend unvermindert
fortsetzen wird. In der Grafik wurde die Kategorie
«Software» dazu eingeführt. Normal ist heute
bereits der Einsatz der Finite-Elemente-Methode (FEM),
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die eine realitätsnahe Simulation des Verformungsverhaltens
wie auch der Boden-Bauwerk-Interaktion
ermöglicht. Im Moment noch sehr kontrovers diskutiert
werden hingegen Nachweisstrategien bzw. statische
Nachweise mit der FEM. Verschiedene sinnvolle Ergänzungen
der FEM werden aktuell in verschiedensten
Forschungsein richtungen bereits untersucht: In Zukunft
könnten somit in der Praxis «künstliche neurale Netzwerke»
als eine Form des maschinellen Lernens oder
auch «erweiterte Antwortflächen» zum Einsatz kommen,
die eine schnelle Vorhersage des Systemverhaltens auf
der Basis bereits bekannter Informationen zu diesem
System ermöglichen. Mit weiter steigender Rechenleistung
verkürzen sich zudem die Laufzeiten von Techniken
wie der «mathe matischen Optimierung» (z.B. zur Parameter-
und Formfindung) und «gekoppelter FEM-DEM-
Modelle» (DEM = Diskrete-Elemente-Methode) beispielsweise
Simulation von Bruchprozessen bzw. von
Prozessen mit vielen Einzelkörpern. Es ist weiter zu
erwarten, dass reguläre Simulationen in der Zukunft
auch neben der in der Geotechnik wichtigen Verformungsprognose
weitere physikalische (z.B. chemische
und thermische) Vorgänge berücksichtigen (Multi-Physics-
Simulationen).
Mit den parallelen Entwicklungen im Bereich der «Augmented
Reality» und der computergestützten Objekterkennung
wird vermutlich auch eine «Virtual-Reality
integrierte Planung» möglich, in der das Bauwerk in
weit höherer Detailtreue als heute üblich als virtuelles
Bauwerk umfassend und dreidimensional geplant, nachgewiesen
und bemessen werden kann. Um den Planer
und Statiker hierbei zu unterstützen, Fehlerquellen zu
erkennen als auch zu beseitigen, ist davon auszugehen,
dass Techniken aus dem Bereich der künstlichen
Inte lligenz (KI) eingesetzt werden. Dies kann sich in
«KI-unterstützter Modellierung» bzw. «KI-unterstützter
Planung» niederschlagen.
Welche der Vorhersagen der folgenden Abbildung Realität
werden, wird die Zukunft zeigen. Ein Punkt
scheint sicher: Die Zukunft hält die eine oder andere
Überraschung und Wendung für uns bereit.