Az MI hídemberei – magyar csapat reformálná meg a hídellenőrzést

A hidak minden ország infrastruktúrájának stratégiai elemei, terhelhetőségük, állapotuk és élettartamuk nyomon követése kulcskérdés. Az eddig használt monitoring rendszereket fejlesztette tovább, és egészítette ki saját fejlesztésű mesterséges intelligencia (MI)-modelljével a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetemen (BME) a BridgeAid csapata. A karbantartás így költséghatékonyabb, jobban ütemezhető, és akár ki is lehet tolni a hidak százéves élettartamát, mindezt úgy, hogy pontos képet kapnak a hidakon áthaladó járművek tömegéről. A frissen alapított cég rendszerét már egy magyarországi hídnál is bevetik, de idővel Európában és az Egyesült Államokban is terjeszkednének. Dr. Joó Attila Lászlóval, a cég egyik alapítójával, a BME Építőmérnöki Kar Hidak és Szerkezetek Tanszék docensével beszélgettünk.

---

„És hogyan ragasztjátok fel a szenzorokat a híd alá, nem veszélyes ez?” – kérdezem naivan Attilát az interjú vége felé. Válasza tudatában kézenfekvő a megoldás, hogy a hidak többségére szerelőjárdákat is építenek, és ezen sétálnak végig a hídmesterek, de néha Attila és csapata is, amikor szenzoraikat, és az úgynevezett nyúlásmérő bélyegeiket elhelyezik a szerkezeten.

Ezeken a szűk szerelőjárdákon régen csak a hídmesterek egyensúlyoztak, akiknek még ma is fontos a szerepük van. Az általuk végzett éves felülvizsgálat mellett tízévente teljeskörű mérnöki vizsgálatot is előír a hazai szabályozás, amikoris a szakemberek ténylegesen kiszámolják például a hidak fáradási élettartamát, és elemzik a híd állapotát. „A mi fejlesztésünk a hidak megbízhatósági vizsgálatát a tízévenkénti felülvizsgálatok szintjéről valós idejű, percről-percre frissülő elemzéssé alakítja” – mondja Attila.

Szenzorok, másképp

Tíz-tizenöt éve használnak hagyományos monitoring rendszereket az itthoni hidakon is. A BME Hidak és Szerkezetek Tanszék is részt vett korábban ilyenek telepítésében, például Szolnokon a Tiszavirág hídon (ez egy gyalogos- és kerékpáros híd) vagy az M0-ás autóút Hárosi Duna-hídjánál (hivatalos nevén Deák Ferenc híd). A BridgeAid hatfős csapata ezeket a klasszikus monitoring rendszereket egészítette ki egy saját fejlesztésű tengelysúlymérő rendszerrel, hogy a pontos járműterhelést meg tudják határozni a hidakon.

A BridgeAid nem az aszfaltba építi a tengelysúlyok mérésére használt szenzorokat, hanem a híd szerkezetére erősíti azokat. Az új rendszer sokkal pontosabb eredményt szolgáltathat, mivel sem az aszfalt alakváltozása, sem az esetleges károsodása, sem pedig a hőmérsékleti hatások nem befolyásolják a működését. A tartószerkezetre tett szenzorok szerelése is könnyebb, nem kell lezárni az utat, és kivágni az aszfaltot hozzá. Utóbbi különösen sérülékeny pont lehet: a víz könnyen beszivároghat, télen megfagyhat, emiatt pedig ezeken a szakaszokon gyorsabban alakulhatnak ki kátyúk.

Attiláék a híd pályaszerkezetének alsó felére helyezik el a szenzoraikat, az ezek által szolgáltatott nagy mennyiségű adatból pedig egy numerikus modellekkel betanított, saját fejlesztésű MI-algoritmussal fejtik vissza, hogy milyen (például hány tengelyes) jármű ment át a hídon, milyen sebességgel, és a tengelyek egyenként és összesen mennyire terhelték a hidat. Az így nyert információk két szempontból is fontosak.

Egyrészt a szakemberek valós idejű számításokkal igazolhatják, hogy hol alakulhatnak ki károsodások (úgynevezett fáradási repedések) a hídszerkezetben, illetve, hogy a mért forgalomnak milyen hatása van a szerkezet élettartamára. Másrészt automatikusan ellenőrizhetővé válnak a túlsúlyos vagy túlméretes járművek, amelyeknek Magyarországon is közútkezelői hozzájárulást kell kérniük arra az útszakaszra, amelyen közlekedni szeretnének, és meg kell fizetniük az ezzel járó túlsúlydíjat. Az úthálózat védelme érdekében a Magyar Közút Zrt. fix helyszíneken telepített mérőállomásokon ellenőrzi a járműveket (hatósági jogkörben) – vagyis kiterelik a túlsúlyosnak jelzett járműveket az út melletti állomásra, és lemérik, ellenőrzik őket –, de emellett országszerte mobil mérőegységekkel is ellenőriznek, igaz csak időszakosan.

A járművek kiállítását segítik egyébként az aszfaltba épített tengelysúlymérő rendszerek is, de ez a fajta előszűrés általában nem méri olyan pontosan a tengelysúlyt – mondja Attila. Ezzel szemben a BridgeAid megoldásánál már a komáromi Monostori hídon végzett pilot-projekt során bebizonyosodott, hogy Attiláék rendszere az eddigi hazai gyakorlatban használt aszfaltba épített rendszereknél pontosabb súlyadatokat szolgáltat.

Fotó: Sebestyén László/Forbes

Bukta Péter, a Magyar Közút úthálózatvédelmi osztályának vezetője a Forbes.hu-nak elmondta, hogy a BME és Attiláék régóta partneri kapcsolatban vannak a Magyar Közúttal, mert korábban is részt vettek híd monitoring rendszerek telepítésében nagyobb hidak esetében. Ezután keresték meg a közutasokat, hogy továbbfejlesztették a monitoring rendszert. Attiláék egyébként a komáromi hídnál fejlesztették a hídra szerelt tengelysúlymérő rendszerüket, ezért választották ezt a BridgeAid tesztjére.

„Szeretünk modern és profi eszközökkel dolgozni, amelyek gazdaságosan is üzemeltethetők. Így a rendszer ismertetése után csináltunk egy közös helyszíni tesztet, amely számunkra is meglepően pontos eredményeket hozott” – mondja Péter. Kifejtette, hogy

a burkolatba helyezett érzékelők különböző, Európa-szerte használt pontossági kategóriákkal dolgoznak vannak, amelyeknek meg kell felelniük, és ezek között a legjobbat hozták a BridgeAid érzékelői.

A szakember is kiemelte, hogy az aszfaltba épített szenzorokkal szemben a híd alá installált rendszerek üzemeltetése és karbantartása is egyszerűbb, az időjárás viszontagságainak sincs annyira kitéve, és a jármű sem közvetlenül rajta megy át, illetve a nyúlásmérő bélyegek, mint egységek ára is sokkal kedvezőbb egy hagyományos burkolatérzékelőhöz képest.

Digitális ikrek

A BridgeAid alapjául szolgáló kutatás alapötlete 2018-ból származik, amikor a BME két céges partnerrel egy Versenyképességi és kiválósági együttműködések pályázaton nyert el támogatást, de a mostani fejlesztés csak 2022-ben indult. A pályázat írásakor még nem is tudták, hogy ez az új kutatási irány nemzetközi példák alapján digitális iker néven teljesedik majd ki.

A digitális iker a valós, már megépült szerkezet olyan digitális mása, „ikertestvére”, amely kvázi együtt „él” a valódi szerkezettel. Szenzorokkal érzékelnek minden fontos, a hidat érő hatást, – magyarázza Attila. A hidakat száz évre tervezik, úgy, hogy egy adott szabványos forgalomnak ellenálljanak fáradási repedések megjelenése nélkül, de ha a járművek hatását valós időben nyomon követjük a hídon, akkor pontosabban láthatjuk a híd viselkedését, illetve állapotának jellemzőit. A valós terhelés mindig eltér a tervezéskor-építéskor a szabványban rögzített terhelési értékektől. Például

a gazdaság teljesítménye visszahat a szállított áruk mennyiségére, egy gazdasági válság forgalomcsökkenést eredményez, száz évnyi gazdasági fejlődés pedig jelentős forgalomnövekedést, miközben akár új, nehezebb járművek jelennek meg a forgalomban (például elektromos kamionok).

A BridgeAid digitális iker szolgáltatása numerikus modellekkel elemzi a valós idejű adatokat, és azonnali visszajelzést is ad a szerkezet viselkedéséről.

„Az építőipar digitalizációjával az út- és hídkarbantartási ágazat és a digitális ikertechnológia is robbanásszerű fejlődés előtt áll.” Így költséghatékonyabb lesz a meghibásodások detektálása, a karbantartás, ezáltal a fenntartási költség is csökkenhet, a hidak élettartama pedig nőhet.

Az infrastruktúra-üzemeltetőknek adatvezérelt döntéstámogatásra van szükségük, amely lehetővé teszi a hídfelújítások megalapozott priorizálását és a fenntartási források hatékony felhasználását. Ha ez elmarad, vagy tolódik a hidak szakszerű karbantartása, akár össze is dőlhet egy híd. Erre még Európában is láttunk példát, amikor 2018-ban Genovában, Olaszországban összeomlott a vasbeton szerkezetű Morandi híd, és a balesetben 43 ember életét veszítette.

Százezres hídállomány

„Ha belegondolunk, nyolcvan éve ért véget a második világháború, amelyben rengeteg hidat elpusztítottak, majd újraépítettek Európa-szerte. Ezek most kezdik közelíteni a tervezési élettartamuk végét” – mondja Attila arról, hogy ebben számukra is van szakmai és üzleti potenciál, hiszen a technológiájuk meglévő és új hidakra is alkalmazható, ezért szenzortechnológiájukat és a hozzá tartozó mesterséges intelligencia rendszert egész Európában szeretnék értékesíteni. Emellett az Egyesült Államokban is elkezdték a piackutatást, és egyeztettek már az Észak-Karolinai Közlekedési Minisztériummal (NCDOT) is.

Itthon is több ezer híd van a 300 méter támaszközű nagy folyóhidaktól a kisebb hidakon keresztül egészen a kis támaszközű, úgynevezett átereszekig. Szenzor persze nem kell mindegyikre, de potenciális piacuk Európában és az Egyesült Államokban százezres nagyságrendű hídállományt jelent. Ebbe nemcsak a közúti, hanem a vasúti hidak is beletartoznak.

Jumpstarter

Üzleti tervüket folyamatosan fejlesztik, miközben aktívan részt vesznek hazai és nemzetközi vállalkozásfejlesztési programokban: a BME saját üzletfejlesztési képzése mellett bekerültek a Danube Cup versenyébe, és a Hungarian Innovation Hub inkubációs programjában is részt vettek. Tavaly az Európai Innovációs és Technológiai Intézet (EIT) Jumpstarter nevű mentorprogramját is sikerrel végezték el: 900 európai jelentkezőből több kör után kerültek be a legjobb 48 startup közé. Személyre szabott mentorokkal üzletfejlesztési tevékenységet tanultak, üzleti tervet készítettek, és a döntőben saját kategóriájukban – okos város, okos közlekedés – a második helyezettek lettek.

Idén év elején pedig az európai mérnökegyetemek szövetségének, az EELISA-nak (European Engineering Learning Innovation and Science Alliance) a Tech2Market programjában vesznek részt, amely – hasonlóan az EIT-hez – a szolgáltatás piacra vitelében segíti a csapatot. Attila kiemeli, hogy egyetemi spinoff-ról lévén szó, a BME is támogatja őket abban, hogy a tudományos eredmények üzletileg is hasznosuló eredményekké válhassanak. A cikk írása közben tudták meg, hogy bejutottak a K&H Bank Start it nevű, márciusban induló akcelerátor programjába is.

A Jumpstarter program eredményeképpen tavaly év végén alapították meg a cégüket BridgeAid Kft. néven. A vállalkozásfejlesztési programok mellett aktívan árusítják a szolgáltatásaikat, többek között az észak-európai országokban, illetve, ahogy említettük korábban, az USA-ban is. Hatfős alapító csapatuk (ők hatan a cég tulajdonosai is egyenlő arányban) építőmérnökökből-hidászokból, illetve informatikusokból (rendszerfejlesztő és AI-specialista) áll.

A fejlesztési folyamat után egy élő példán, a komáromi Monistori hídon is kipróbálták, és saját mérésekkel tesztelték a járművek tengelysúlyát meghatározó mesterséges intelligencia algoritmusukat. A Magyar Közút Zrt.-vel települtek ki a helyszínre, és a kiállított járművek álló helyzetben – a közút mobil egysége által hitelesen – mért, ezért nagyon pontos súlyadatát hasonlították össze a saját mérésük adataival. A Magyar Közút Zrt. az épülőben lévő mohácsi Duna-hídnál is kérte a hídmonitoring mellett a hídra szerelt tengelysúlymérő rendszert. A Magyar Közúttal szeretnének megvalósítani egy kísérleti fejlesztési programot is (erről már tárgyalnak), amelynek keretében újabb hidakra telepítenék a rendszerüket.

 Bukta Péter azt mondja, az M0-ás autóútra – amely a legnagyobb forgalmú hazai útszakasz – is szeretnének majd ilyen eszközöket a hídmonitoring és az úthálózat védelme érdekében. Hangsúlyozta, hogy ezek komoly beruházások: adott esetben a helyszínre kell vinni áramot, meg kell oldani az adatok továbbítását, és egyéb kiegészítő infrastrukturális beruházásokra is szükség lehet. Attól is függ a költség, hogy hány sávon, hány sávos úton kell kiépíteni a rendszert.

Attila azt mondja, idei céljuk, hogy egy-két újabb hídra telepítsék a rendszerüket.

Ambiciózusabb számot egyelőre azért nem tűztek ki, mert az infrastruktúra-üzemeltetők világszerte főképp állami szereplők, így az értékesítési folyamat hosszabb és összetettebb döntéshozatali mechanizmushoz igazodik. Épp ezért többféle üzleti modellel is próbálkoznak,

a B2G (vagyis a Business-to-Government) modell mellett B2B2G-ben is gondolkodnak, azaz olyan partnereket is keresnek, akik eleve ott vannak a nemzetközi piacon saját monitoring rendszerekkel, de hajlandók lennének a BridgeAid technológiájával kiegészíteni a kompetenciáikat.

Az áraikról Attila annyit árult el, hogy egy több milliárd forintos infrastruktúra beruházás mellett, azok stratégiai fontossága miatt, ma már szinte kötelező monitoring rendszereket telepíteni, és ha már telepítenek ilyet, akkor olyat telepítsenek, amelynek közvetlenül használhatók az eredményei és a túlsúlyos járművek útvonalengedélyében vagy a hídkarbantartási megtakarítások miatt, meg is térül: „Mi azt gondoljuk, hogy mind a technológiai színvonalban, mind pontosságban, mind az árban versenyképesek tudunk lenni a piacon.”

A növekedés sebességét illetően úgy látják, hogy saját erejükből is képesek egy lassabb, de folyamatos növekedésre, de mégis keresnek stratégiai iparági partnereket, befektetőket, hogy gyorsabban elérhessék céljaikat. „A mesterséges intelligencia alkalmazása legyen szakmai és valóban okos, és egy egyetemi innováció eredményeképpen az építőipar digitalizációja tegye gazdaságosabbá a hidaink üzemeltetését. Tehát nem az a valódi üzleti kérdés, hogy mennyibe kerül a mérés, hanem az, hogy mennyibe kerül az adatok hiánya” – foglalja össze Attila.