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Vermischtes

Die Baustelle 4.0 lernt fliegen

Pilotprojekt „Qualitätsstraßenbau Baden-Württemberg 4.0“ abgeschlossen

Zwei Jahre lang wurde bei Bad Boll in der Nähe von Stuttgart die Qualitäts-Baustelle der Zukunft erprobt. In vier Bauabschnitten auf zwei Teststrecken wurde viel darüber gelernt, wie man den Bauprozess stabiler und die Qualität der eingebauten Straßen verbessern kann. Diese Erkenntnisse sind jetzt der Ausgangspunkt für eine neue Praxis, die bereits bei Ausschreibungen gefordert werden soll.

Fräsen

Fräsen (Topcon)

Jetzt hängt es von den Straßenbauverwaltungen ab, inwieweit die Erkenntnisse des Pilotprojekts „Qualitätsstraßenbau 4.0“ in die Praxis umgesetzt werden. Neben Systemlösungsanbieter Topcon engagierten sich dabei Baumaschinenhersteller Ammann, Softwarehersteller ceapoint und Bauunternehmen Strabag. Dem Einbau der ersten Tragschicht des letzten Teilstücks konnten rund 25 Vertreter aus Straßenbauverwaltungen Ende April 2018 live mitverfolgen.

Der Schlüssel für die Wirtschaftlichkeit einer Baustelle liegt in der Stabilität. Darin, wie voneinander abhängige und interagierende Wertschöpfungsketten aus den Bereichen Baumaschinen, Baustellenumgebung, Baustellennetze und Bauprozessüberwachung zusammengeführt und vernetzt werden, um im gleichen Takt zu laufen. Und ganz praktisch auch darin, wie die Temperatur des Asphalts über den gesamten Prozess, von der Anlage bis zur Verdichtung, im optimalen Bereich gehalten werden kann.

Diese Vernetzung ist heute über intelligente Vermessungs-, Hardware-, Software- und Cloud-Lösungen möglich, wie sie von Topcon geboten und implementiert werden. Sie ermöglichen dabei die Erfassung der Ausgangs- und das Setzen der Zielwerte, eine technisch stabile Maschinensteuerung sowie die laufende zentrale digitale Qualitätssteuerung und ein effizientes Online-Monitoring der gesamten Baustelle.


Faktor 1: Bestandsdatenerfassung und Planung

Eine detaillierte Erfassung der Ausgangslage und eine exakte Planung und Projektierung sind das Fundament, auf der die spätere qualitative Ausführung fußt.

3D-Straßenscan

3D-Straßenscan (Topcon)

Dies funktioniert mittels einem schnellen 3D-Scan: Der dafür notwendige RD-M1-Scanner von Topcon wird einfach auf ein Fahrzeug montiert und kann bei Fahrgeschwindigkeiten bis 100 km/h die Fahrbahnoberfläche erfassen, ohne Fahrspuren sperren zu müssen. Die eruierten Daten fließen in die von Topcon entwickelte Magnet-Software und werden dort zu großen Punktwolken und zu einem Modell der Fahrbahn verdichtet. Quer- und Längsneigungen sowie Verformungen können damit beurteilt werden. So zeigte im vorliegenden Projekt der Scan der Teststrecke eine starke Spurrillenformung und einen gesenkten Bereich, den es auszugleichen galt.

Ein nicht zu unterschätzender Aspekt bei der Vernetzung einer solchen Baustelle ist jedoch ein ausreichendes Daten-Funknetz, ohne das eine digitale Vernetzung der Maschinen und Kontrollmechanismen nicht möglich wäre. Messungen auf der Teststrecke ergaben täglich, mitunter sogar stündlich wechselnde Verfügbarkeiten der Funknetze, was die Arbeit sehr erschwerte. Zur Absicherung des Datenempfangs wurde für alle Projektabschnitte ein eigenes WLAN-Netz aufgebaut.

Faktor 2: Dynamische Logistiksteuerung

Um eine Kontrolle über den Gesamtprozess zu bekommen und von zentraler Stelle aus eingreifen zu können, bedarf es einer digitalen Vernetzung aller am Bauprozess beteiligten Maschinen und Anlagen.

Ziel der dynamischen Logistiksteuerung ist die temperaturabhängige Verladung und unterbrechungsfreie Anlieferung des Mischguts. Dazu wurden laufend die Verladetemperaturen der einzelnen Ausbringungen aus der Asphaltanlage und die Fahrzeiten der LKW beobachtet. Über eine individuelle dynamische Steuerung der Belade- und Ankunftszeiten der LKW bei der Asphaltanlage und dynamische Geschwindigkeitsempfehlungen für die Fertiger wurden die Prozesse schließlich so synchronisiert, dass das Mischgut mit einer kontinuierlich gleichbleibenden Temperatur ausgebracht werden konnte. Das wiederum führte zu sehr guten Ergebnissen hinsichtlich Ebenheit und Schichtenverbund der Asphaltdecke.

Faktor 3: Technisch stabile Maschinensteuerung

Maschinensteuerung

Maschinensteuerung (Topcon)

Es zeigte sich auf der Teststrecke, dass bereits die Einhaltung der Ebenheit beim Aufbauhorizont von entscheidender Wichtigkeit ist. Ziel war es, eine plane Ausgangsbasis zu erhalten, die den Aufbau einer konstanten Tragschicht ermöglicht. Topcon bietet dafür zwei alternative Lösungen. Wo keine Satelliten sichtbar sind, bietet sich das Positionierungssystem mittels Tachymeter an. Die Robotik-Totalstation in Sekundengenauigkeit sorgt dafür, dass Fräse, Schild oder Bohle exakt ausgerichtet sind. Wo Satelliten erreichbar sind, ist meist die RD-MC Maschinensteuerung die bessere Wahl. Statt Tiefen einzustellen oder Werte von der Straße abzulesen, gibt hier ein 3D-Entwurfsmodell millimetergenau die Frästiefe vor. So können die eingesetzten Fräsen mit variabler Tiefe immer genau auf das richtige Sollmaß pro Durchlauf abtragen.

Durch das gesteuerte Fräsen war so bereits ein zur künftigen Deckschicht paralleles Planum entstanden. Beim Einbau schließlich setzte man somit darauf, den Fertiger nicht 3D-gesteuert, sondern mit Ausgleichssteuerung zu fahren. Um darüber hinaus auch alternative technische Möglichkeiten zu demonstrieren, wurden Teilbereiche mit der Topcon-RD-MC-Fertigersteuerung eingebaut. Die Schichtstärke wurde dabei, begleitend zum Einbau, mittels elektro-magnetischer Messung kontrolliert.

Faktor 4: Online-Controlling beim Verdichtungsprozess

GNSS

GNSS (Topcon)

Die vier eingesetzten Ammann-Walzen ARP95 verfügen dafür von Hause aus über das Ammann Compaction Expert System ACEpro, ein automatisches Mess-, Kontroll- und Dokumentationssystem, das nicht nur misst und analysiert, sondern Amplitude und Frequenz entsprechend dem Verdichtungsgrad automatisch anpasst. Das auf allen Walzen installierte FDVK-System von Topcon (Flächendeckende Verdichtungskontrolle) erfasste im laufenden Prozess Kenngrößen wie Überfahrtenanzahl, Steifigkeit und Temperatur. Die Topcon C-63 Maschinensteuerung übernahm all diese Daten, ermittelte die exakte GNSS-Position der einzelnen Walzen und zeigte positionsgenau und anschaulich visualisiert die noch erforderlichen Überfahrten an. So konnte eine gleichmäßige Verdichtungsqualität erreicht werden, die auf die Langlebigkeit der Straße einen erheblichen Einfluss hat. Durch den Datenaustausch in Echtzeit konnten die nachfahrenden Walzenführer direkt erkennen, wie viele Überfahrten die voranfahrenden Maschinen bereits geleistet hatten.

Faktor 5: Mobile Vernetzung des Gesamtprozesses

Vernetzte Maschinen

Vernetzte Maschinen (Topcon)

Auch hier spielen wieder die Systeme von Topcon, ergänzt durch die mobilen Apps von ceapoint, eine entscheidende Rolle. So wurden alle Maschine via GNSS miteinander verbunden und konnten Informationen senden, wo sie sich gerade befinden und in welche Richtung sie sich bewegen. Die Anzahl der erforderlichen Walzüberfahrten wurden für jede Einbauschicht durch Kontrollmessungen mit einer Troxler-Sonde bestimmt. Dieser Wert wurde auf den Walzen im Topcon-System hinterlegt, so dass die Walzenführer durch entsprechende farbliche Darstellung darüber informiert wurden, wenn sie die notwendigen Überfahrten erreicht hatten.

Die Eingaben in die Cloud erfolgten dabei alle dreißig Sekunden und nahezu automatisch. Über einfache und intuitiv bedienbare Apps konnten die zentralen Informationen von allen Beteiligten auch bequem über Smartphone abgerufen werden. Um vor einer Informationsüberflutung zu schützen, konnte jeder nur die Informationen sehen, die ihn auch direkt betrafen.


Zuversichtlich in die digitale Zukunft

Abschlusspräsentation

Abschlusspräsentation (Topcon)

Neben vielen kleinen Problemen, die im Laufe der Testphase gelöst werden konnten, waren es vor allem die Erfolge, welche die Konsortialpartner zuversichtlich in die digitale Zukunft blicken lassen. So hat es das Team mehrfach geschafft, kontinuierlich acht Stunden lang ohne wartende LKW oder stillstehende Fertiger einzubauen. Als zentraler Treiber fungierte dabei der Fertiger, der seine Geschwindigkeit je nach Ansage des Systems drosselte oder erhöhte.

Die Erkenntnisse, die aus dieser Forschungsreihe gewonnen werden konnten, sind immens. Noch ist der Aufwand einer solchen digitalen Baustelle recht hoch. Aber wie bei jeder technischen Innovation, wird auch hier die Rentabilität schrittweise kommen. Der Markt bewegt sich und bis 2020 soll diese Art der Baustelle in Baden-Württemberg die Regel sein.

Aktuell empfiehlt das Verkehrsministerium, je eine Landstraße pro Regierungspräsidium in dieser Bauweise umzusetzen. „Der Ball liegt nun bei den Straßenbauverwaltungen“, so Dr. Burkhard Seizer. Das nötige Handwerkszeug für die Verwaltungen werde gerade aufbereitet und stehe demnächst zur Nutzung bereit. Zusammengefasst werden alle Ergebnisse in einem Handbuch, das demnächst fertiggestellt werden wird. Die Baustelle 4.0 ist damit dem Kindesalter entwachsen und lernt nun fliegen.

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Datum 25. November 2018
Autor Topcon
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