Ferngesteuerte Wasserwerke, digitale Wasserzähler oder 3D-Leitungsscans - die Digitalisierung ist schon längst auch in der Wasserwirtschaft angekommen. In vielen Bereichen der Trinkwasserversorgung können modernste Technik und digitale Anwendungen die Arbeitsprozesse optimieren und so die betriebliche Effizienz steigern.
Digitalisierung in der Wasserversorgung; © iStock.com/ipopba
Die Digitalisierung macht auch vor der Wasserversorgung nicht halt
Was wird unter der Digitalisierung verstanden? Gibt es für die Digitalisierung in der Trinkwasserversorgung spezifische Rahmenbedingungen? Was ist zu berücksichtigen, wenn ich mein Unternehmen stärker digitalisieren möchte? Welche Erwartungen bzgl. Digitalisierung stellen die Kunden an ihren Wasserversorger?
Antworten auf diese Fragen und einer Reihe von weiteren Fragen, die einen Einstieg in das Thema bieten, finden DVGW-Mitglieder im Dokument Einstiegsfragen „Digitalisierung in der Wasserwirtschaft“ im Mitgliederbereich.
Die Digitalisierung baut in ihren unterschiedlichen Ausprägungen auf grundlegenden Schlüsseltechniken auf, deren Zusammenwirken es gestattet, über die konventionelle Datenverarbeitung hinausgehende Effekte alltagstauglich so zu generieren, dass Neues (Anwendungen, Produkte, Erkenntnisse und Wissen) entsteht.
Um das Potential der Digitalisierung nutzen zu können und die notwendigen Voraussetzungen für eine erfolgreiche Einführung und Anwendung digitaler Technologien zu schaffen, bedarf es eines grundlegenden Wissens über diese Schlüsseltechniken. Im Folgenden finden Sie Angaben zu Schlüsseltechniken (z.B. Modellierung, Cloud-Computing oder Künstliche Intelligenz), denen eine wichtige Rolle bei der Digitalen Transformation der Wasserwirtschaft zugeschrieben werden kann.
Das Potenzial der Nutzungsmöglichkeiten der Digitalisierung für die Trinkwasserversorgung ist vielfältig und ist sicherlich noch bei weitem nicht ausgeschöpft. Eine Auswahl heute bereits vorhandener und zum Teil etablierter Nutzungsmöglichkeiten der Digitalisierung stellen wir Ihnen im Folgenden vor. Weitere Nutzungsmöglichkeiten (Work Force Management, Dreidimensionales Scannen, Drohnen und Satellitenfernerkundung, Leckageüberwachung in definierten Messzonen, Trinkwasserprognosen, Nutzungskonflikte in Trinkwassereinzugsgebieten) finden DVGW-Mitglieder im Dokument „Nutzungsmöglichkeiten der Digitalisierung“, im Mitgliederbereich als PDF Download (Link unten).
Die Digitalisierung bietet sowohl Chancen wie Risiken für die Gestaltung der Zukunft der Arbeit. Die Unternehmen müssen sich dabei den Veränderungen der Arbeitswelt stellen und sich mit Fragen zur Zukunft der Arbeit, den neuen Arbeitsformen und Arbeitswelten im Unternehmen aus-einandersetzen.
Auf Stufe des Arbeitgebers sind die folgenden strategischen Vorgaben eine wichtige Voraussetzung für einen erfolgreichen Wandel der Arbeitswelt:
Mit dem Wandel der Arbeitswelt geht auch ein Wandel der dafür notwendigen Kompetenzen und Fähigkeiten einher. Dies gilt sowohl für Führungskräfte als auch für Mitarbeitende.
Als Chance können dabei folgende Aspekte angesehen werden:
Als Risiken sind vor allem folgende Aspekte zu nennen:
Weitere Informationen zum Thema Arbeitswelt 4.0 finden Sie im Dokument „Nutzungsmöglichkeiten der Digitalisierung“, das im Mitgliederbereich als PDF Download zur Verfügung steht.
BIM beschreibt eine kooperative Arbeitsmethodik, bei der auf der Grundlage digitaler Modelle eines Bauwerks die für seinen gesamten Lebenszyklus (Planung, Bau, Betrieb, Rückbau) bis hin zu dessen Bewirtschaftung relevanten Informationen und Daten konsistent digital erfasst, verwaltet und in einer transparenten Kommunikation zwischen den Beteiligten (Auftraggeber, Architekten, Ingenieure, Handwerk, Bauwirtschaft, Aufsichtsbehörden, Betreiber etc.) ausgetauscht oder für die weitere Bearbeitung übergeben werden. Das dabei entstehende digitale Gebäudemodell enthält alle wichtigen Informationen zum Bauwerk über den gesamten Lebenszyklus hinweg.
BIM ermöglicht damit eine integrale Planung und eine ganzheitliche Herangehensweise, bei der die unterschiedlichen Fachdisziplinen, die an den verschiedenen Phasen des Lebenszyklus eines Gebäudes beteiligt sind, miteinbezogen werden können und Zugriff auf alle Phasen des Lebenszyklus des Gebäudes erhalten. Die entstehende Transparenz kann ungenutzte Effektivitäts- und Effizienzreserven erschließen, z. B. die Vermeidung von Missverständnissen, die Verkürzung von Planungs- und Genehmigungsverfahren oder durch die Ausnutzung industrieller Vorfertigung von Komponenten und Modulen (analog z. B. dem Anlagenbau). Darüber hinaus bietet die Lebenszyklus-Betrachtung auch fundierte Information über die ökologische Performance eines Gebäudes. Der Schlüssel für den Erfolg von BIM ist dabei ein Workflow der digitalen Daten über den gesamten Lebenszyklus des Gebäudes, von der Planung über die Bauausführung, dem Ausmaß sowie die Abrechnung und Bewirtschaftung, ggf. vorzunehmende Sanierungs- oder Umbaumaßnahmen bis hin zum Rückbau des Bauwerks. Erst wenn dieser Workflow durchgängig gesichert ist, kommen die Vorteile von BIM zum Zuge. Während größere Planungsgesellschaften BIM mehr oder weniger integriert bereits seit Jahren nutzen (CAD (computer aided design) als planungsorientierte Anwendung), sind viele kleine und mittlere Unternehmen, gleich welche Stakeholder, bislang zu BIM noch nicht in der Lage.
Des Weiteren gibt es Ansätze BIM mit dem Geographischen Informationssystem (GIS) zu verbinden und so die Objektmodelle von Gebäuden und Infrastrukturdaten mit den dazugehörigen Umgebungsdaten zu verknüpfen. Durch die Verbindung wird dem BIM-Modell eine raumbezogene Kontextebene dazu gefügt, die es ermöglicht funktionale Wechselwirkungen und Zusammenhänge herstellen, zu analysieren und zu bearbeiten.
Sowohl das BMVI wie auch das BMUB setzen sich dafür ein, das BIM bei neuen Bauprojekten verstärkt angewendet wird. Ab Ende 2020 soll laut dem Stufenplan des BMVI zur Implementierung digitaler Planungsmethoden bei öffentlichen Projekten BIM grundsätzlich zum Einsatz kommen. Vor dem Hintergrund wird zurzeit geprüft, inwieweit dafür Änderungen in den bestehenden Gesetzen (z.B. Vergaberecht) erforderlich sind.
Weitere Informationen zum Thema Building Information Modeling finden Sie im Dokument „Nutzungsmöglichkeiten der Digitalisierung“, das im Mitgliederbereich als PDF Download zur Verfügung steht.
Der potentielle Nutzen der Digitalisierung ist bei der Wartung- und Instandhaltung offensichtlich. Die geeignete Ausrüstung von Maschinen und Anlagen mit Sensoren und ihre Modellierungen lassen Aussagen zum Zustand und Voraussagen zum künftigen Verhalten eines Bauteils oder einer ganzen Anlage zu. Dementsprechend lassen sich unterschiedliche Instandhaltungsstrategien begründen. Z.B. wird eine vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance) ermöglicht, d.h. durch die Auswertung von Sensordaten können Wartungsarbeiten durchgeführt werden, bevor es zu einem Ausfall der Anlage kommt. Die Akteure der Instandhaltung lassen sich dabei medienbruchfrei miteinander vernetzen und die Dokumentation beliebig transparent gestalten.
Grundsätzlich ist zu beachten, dass nicht alles, was technisch machbar ist, selbstverständlich zu mehr Effektivität und vor allem Effizienz führt. Wirksame Verbesserungen lassen sich in vielen Fällen bereits mit überschaubarem Aufwand realisieren: Wird im Rahmen der Armaturenkontrolle z.B. das Drehmoment eines elektrisch angetriebenen Schieberdrehgeräts zusammen mit der zugehörigen Drehwinkelsumme (oder der Anzahl erfolgter Umdrehungen) aufgezeichnet, lassen sich im Laufe der Zeit Alterungseffekte erkennen und schließlich mit einer gewissen Genauigkeit voraussagen. Mit Hilfe von mobilen Infrarotkameras lassen sich Schaltschränke überwachen, indem sich z.B. unzulässig hohe Übergangswiderstände durch farblich erkennbare Anomalien verraten (Thermographie). Des Weiteren können AR-Anwendungen sich in der Zukunft bei der Ausführung von Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten als hilfreich erweisen.
Weitere Informationen zu den Möglichkeiten, die die Digitalisierung in Bezug auf die Wartung und Instandhaltung bietet, finden Sie im Dokument „Nutzungsmöglichkeiten der Digitalisierung“, dass im Mitgliederbereich als PDF Download zur Verfügung steht.
AR ist eine Methode, die menschliche Wahrnehmung der Realität zu erweitern, indem optisch zusätzliche Informationen zur Verfügung gestellt werden. Dabei kann es sich um zusätzliche Sensordaten, um (animierte) Bilder oder um sonstige Informationen handeln. Dazu wird dem Betrachter eines realen Geschehens eine zusätzliche Einblendung in Echtzeit zur Verfügung gestellt, z. B. mit Hilfe einer Spezialbrille. Auf diese Weise lassen sich komplexe Abläufe im Inneren von Maschinen und Anlagen leicht fassbar veranschaulichen oder graphische Auswertungen für Orte (z. B. Brunnen, Regelarmaturen etc.) oder Messgeräte zur Verfügung stellen. Im Rahmen der Instandhaltung kann es hilfreich sein, so auf Zeichnungen oder sonstige Dokumentationsunterlagen zugreifen zu können.
Bei komplexen und unübersichtlichen Leitungsführungen werden erste Projektierungsarbeiten zur Linienführung mit Hilfe der Datengrundlage des 3D-Leitungskatasters und AR realisiert. Entscheidend jedoch ist die Datenqualität der vorhandenen, unterirdischen Infrastrukturen.
Während AR dem Abbild der Realität zusätzliche Informationen hinzufügt, spielt sich VR ausschließlich in einem digitalisierten Modell der Realität ab. Kennzeichnend ist die Interaktion in Echtzeit. Realisierbar ist das z. B. mittels blickdichter Headsets und Lagesensor-bestückter Handschuhe. Auf diese Weise ist es möglich, „Begehungen“ an digital modellierten Orten durchzuführen, die sonst unzugänglich sind (z. B. das Innere einer Pumpe auf der Suche nach Ursachen für Kavitation) oder die noch gar nicht existieren (z. B. neue Anlagen oder Gebäude, für die so bereits Unterweisungen vorgenommen werden können). Unterstützt wird die Nutzung von VR durch virtuelle 3D-Modelle und digitale Zwillinge von Anlagen- oder Anlagenkomponenten, mit denen die Kopplung zwischen realen Systemen und virtuellen Welten vorgenommen wird und die so eine virtuelle „Begehung“ ermöglichen.
Weitere Informationen zum Thema Augmented & Virtual Reality finden Sie im Dokument „Nutzungsmöglichkeiten der Digitalisierung“, das im Mitgliederbereich als PDF Download zur Verfügung steht.
Wird der Durchfluss am Hauseingang eines Endabnehmers mit hoher zeitlicher Auflösung digital erfasst und übertragen, dann lassen sich die so erhobenen zeitlichen Verläufe auswerten und zu mehr nutzen, als nur das Jahresvolumen oder den aktuellen Zählerstand abzurechnen (z. B. Leckageüberwachung in der Trinkwasserinstallation / Hausanschlussleitung).
Durch die Erfassung nahezu in Echtzeit (je nach Datenübertragung) werden persönliche Ablesungen weitgehend und rollierende Abrechnungssysteme gänzlich hinfällig. Entsprechend profitiert die Genauigkeit der Trinkwasserbilanzierung in einem Versorgungsgebiet. Vorstellbar ist es, die Bepreisung von Trinkwasser mit der Abnahmecharakteristik zu verknüpfen. Durch den Einsatz von Smart Meter in die Wasserversorgung könnten z.B. die bisherigen pauschalen Abschlagszahlungen an den wirklichen Wasserverbrauch eines Haushaltes angepasst werden und kundenindividuelle Verträge angeboten werden. In Kombination mit durchflussreduzierenden und ferngesteuerten Armaturen ist denkbar, in Wassermangelsituationen den Absatz zu drosseln.Darüber hinaus können Smart Meter dazu verwendet werden Aktivitätsmuster zu erstellen und auszuwerten. Diese Möglichkeit kann vor dem Hintergrund des demographischen Wandels als technische Unterstützung für Pflegebedürftige an Bedeutung gewinnen und für ein altersgerechtes Wohnumfeld sorgen.
Als Zugangspunkte zur Datenfernübertragung des Wasserversorgers (oder eines Dienstleisters) werden Smart Meter strategisch wertvoll, da sie sich auch mit weiteren Sensoren z. B. zur Qualitätsüberwachung (primär Temperatur) ausstatten lassen. Gegenwärtig existiert noch kein einheitlich genutzter Standard für die sichere Datenübertragung von Smart Metern, außerdem sind Fragen zum Datenschutz noch offen.
Weitere Informationen zum Thema Smart Meter finden Sie im Dokument „Nutzungsmöglichkeiten der Digitalisierung“, das im Mitgliederbereich als PDF Download zur Verfügung steht.
Basierend auf den Ergebnissen des DVGW-Forschungsprojektes „Reifegradmodell Wasserversorgung 4.0“ wurde der Reifegradcheck Wasser 4.0 für die Wasserversorgungsunternehmen entwickelt, mit dessen Hilfe der digitale Status Quo eines Unternehmens systematisch analysiert werden kann, so dass die Beantwortung folgender Fragen vorbereitet wird:
• Wo steht das Unternehmen in Bezug auf Digitalisierung?
• Was möchte man mit Hilfe der Digitalisierung erreichen?
• Mit welchen Maßnahmen erreicht man diese Ziele?
Der "Reifegradcheck Wasser 4.0" ermöglicht damit eine strukturierte Analyse des Status quo im Selbstcheck über die Hauptprozesse der Trinkwasserversorgung. Das Unternehmen erhält damit die Grundlage, um seine Digitalisierungs-Roadmap zu entwickeln.
Zur Website "Reifegradcheck Wasser 4.0"
Die wichtigsten Begriffe zur Digitalisierung und ihre Erklärung
PDF-Download, 18 Seiten
PDF-Download, 11 Seiten
