mailing.150_Jubiläumsausgabe - Gruner AG

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Städtebau Energie Verkehr > Technik 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), 54 mailing.150 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.
Singularität Tele- T präsenz Klunterstützte Planung Augmented Reality Kl-unterstützte Modellierung extraterrestrische Sonderbauten Arkologie 2025 + Virtual- Realityintegrierte Planung vollständig algorithm. Planung grossräumige untertätige Verkehrsverbindung “Swiss Metro” 20 2015–2025 15–2025 workflowgetriebene Planung Planung Softw Sof are Multi- Physics- Simulationen Infrastruktur autom. adaptive Verhaltens- V vorhersage Gebäude für “Ver “V tical Farming” 20 2011–20 1–20 1–2015 15 projektbezogene Portalseite rtalseite r n (Internet) gekoppelte FEM-DEM- Modelle FEM mathem. Optimierung Baumaterialien mit Sensoreigenschafte hafte haf n Diese Grafik basiert auf der von Michell Zappa publizierten Arbeit «Envisioning the near future of technology» (CC-BY-SA), www.michelzappa.com Energy Harvesting Heute 2011 Online- Monitoring Monitoring Energienetze für dezentrale Versorgung «Här «Härtung» von Infrastruktur (Umwelt, Anschläge) Offshore- Of Windturbinen Energiepfähle auton. Sensorensor netzwerke autom. Objekt- und Mechanismuserkennung Fernüberrnüber wachung Virtual- Reality- Integration von Messdaten Sensorensor schwärme Geothermie thermoaktive Gründungen alternative Antriebstechniken umfassende Umweltbilanzierung extrem tiefe Geothermie Bautechnik biologische Bodenverbesserung (Biogrouting) extraterrestrische Geothermie Kl-unter- Kl-unter stützte Geothermie- steuerung Geothermie durch Micro-TBM nachhaltige Geothermie geothermieinduzier geothermieinduzierte Umweltsc Umweltschäden häden teilw. autarke Baumaschinen mailing.150 55
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