Von Berlin bis Lausanne: KI revolutioniert die Abwasserwirtschaft
Wie lassen sich Ausfälle im Kanalnetz vorhersagen und öffentliche Investitionen optimieren? Dieser Herausforderung stellen sich das Kompetenzzentrum Wasser Berlin (KWB) und die Wasserwerke der Stadt Lausanne mithilfe künstlicher Intelligenz (KI). Bei einer Konferenz im Rahmen der Aqua Pro in Bulle stellten Nicolas Caradot vom KWB und Yoann Sadowski von der Stadt Lausanne ihre innovativen Tools vor, mit denen sich der Zustand der unterirdischen Infrastruktur vorhersagen und die Prioritäten für Sanierungsmassnahmen festlegen lassen. Ein Ansatz, der es ermöglicht, oft begrenzte Budgets zu optimieren und gleichzeitig kostspielige Ausfälle zu vermeiden.
„Die grundlegende Frage lautet: Wo befinden sich die Leitungen in schlechtem Zustand? Wie hoch ist ihr Anteil und wie wird sich die Situation in Abhängigkeit von unseren Investitionen entwickeln?“, erinnert Nicolas Caradot. Um diese Fragen zu beantworten, stützen sich die Netzbetreiber auf Inspektionsdaten, die hauptsächlich von Kameras stammen, die die Leitungen durchfahren.
„Bediener oder Maschinen kodieren die festgestellten Mängel, um den Zustand der Leitungen zu ermitteln. In Deutschland werden jedoch jährlich nur 5 bis 10 % des Netzes inspiziert“, erklärt er. Die Herausforderung besteht daher darin, diese Teilbeobachtungen auf das gesamte Netz zu extrapolieren.
Hier kommt die vom KWB entwickelte Software SEMAplus ins Spiel, um Strategien für die Anlagenverwaltung zu prognostizieren, zu optimieren und zu kommunizieren. „Anhand der beobachteten Daten können wir das Verschleissverhalten der Leitungen nachbilden. Nicht jedes Material unterliegt dem gleichen Alterungsprozess“, erklärt Nicolas Caradot.
Die Zukunft simulieren, um besser zu investieren
Künstliche Intelligenz ermöglicht die Durchführung von Zukunftssimulationen. Sollte bei einer bestimmten Investition der Austausch oder die Sanierung Vorrang haben? Wie wird sich der Wert des Netzes in Zukunft entwickeln? Das System berechnet die Entwicklung des Zustands der Infrastruktur und der damit verbundenen Kosten unter verschiedenen Strategien.
„Wir können die Strategien vergleichen und die Folgen einer Investitionskürzung für den Zustand der Infrastruktur aufzeigen. Diese Informationen lassen sich dann für die politische Kommunikation oder intern nutzen“, fügt Nicolas Caradot hinzu.
Ein weiteres Tool, der Leitungssimulator, ermöglicht es, bei begrenztem Budget Prioritäten für die Massnahmen zu setzen. «Es geht darum, vorrangig die problematischsten Leitungen zu ermitteln, indem die Variablen identifiziert werden, die ihren Zustand erklären: Alter, Materialien, Lage…».
Lausanne übernimmt die Berliner Tools
Die Stadt Lausanne setzt diese Technologien seit 2022 ein, um ihr Abwassernetz zu verwalten. „Unser Ziel ist es, Ausfälle zu vermeiden, Massnahmen zu planen und die Zusammenarbeit mit anderen städtischen Dienststellen zu erleichtern“, erklärt Yoann Sadowski vom Lausanner Wasseramt. Der Ansatz von Lausanne stützt sich auf vorhandene Daten, die durch Algorithmen verarbeitet werden, um eine Priorisierung jeder Leitung zu erstellen. „Wir wollten unabhängig von einem Softwareanbieter sein und diese Tools eigenständig nutzen können“, betont er.
Der Prozess beginnt mit Kamera-Inspektionen, deren Daten in ein Machine-Learning-Modell einfliessen. „Wir berechnen automatisch strukturelle, dichtheitstechnische und hydraulische Mängel, die in Bewertungen umgewandelt werden. Das Modell schätzt dann die Ausfallwahrscheinlichkeit zu einem bestimmten Zeitpunkt.“ Eine Mehrkriterienanalyse ergänzt diesen Ansatz. „Ein Ausfall in der Innenstadt hat nicht dieselben Folgen wie mitten in einem sensiblen Fluss. Das müssen wir berücksichtigen.“
Überzeugende Ergebnisse trotz unterschiedlicher Rahmenbedingungen
Der ursprünglich für Berlin entwickelte Leitungssimulator wurde trotz sehr unterschiedlicher geografischer Gegebenheiten erfolgreich an Lausanne angepasst. „Im Gegensatz zum flachen Berlin ist Lausanne hügelig. Wir haben weniger Sammelkanäle, aber die Ergebnisse sind gut“, freut sich Yoann Sadowski.
Dieses Tool ermöglicht es insbesondere, Kamerainspektionskampagnen zu planen und bisher nie inspizierte Bereiche des Netzes zu priorisieren. „Die Qualität der Eingabedaten ist entscheidend. Was zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Modells geschieht, bleibt manchmal undurchsichtig, daher ist es wichtig, die Ausgangsdaten gut zu beherrschen.“
Über die Anlagenverwaltung hinaus geht es in Zukunft um den Datenaustausch mit anderen kommunalen Dienststellen. Wie kann man mit den Strassen-, Trinkwasser-, Strom- oder Gasversorgungsdiensten zusammenarbeiten? „Auf jeden Fall lassen sich hier Skaleneffekte erzielen“, schliesst Yoann Sadowski.
Bild: Stadt Lausanne