As-built Aufnahme und digitales Aufmaß mit dem Bagger

Das Thema BIM stellt auch an den Maschinenbauer neue Anforderungen. Denn wer modellbasiert bauen, planen und dokumentieren will oder muss, braucht Baumaschinen, die den digitalen Bauprozess lückenlos abbilden können. Im Zuge dessen bekommt der Bagger eine neue und zentrale Schlüsselfunktion auf jeder Baustelle: Im Zusammenspiel mit der 3D-Baggersteuerung und entsprechenden Anbaugeräten nutzt er digitale Planungsdaten (DGM) als Grundlage für die Bauausführung und liefert er digitale Daten für die Dokumentation, Abrechnung und Qualitätssicherung. MTS-Vorstandsvorsitzender Rainer Schrode erläutert am Beispiel Deutschlands erster Modellbaustelle für „BIM im Tiefbau“ die Möglichkeiten und Anforderungen, die sich durch den Einsatz innovativer Technologien ergeben: So kann der Bauunternehmer beispielsweise Homogenbereiche (Bodeneigenschaften) baubegleitend in Höhe und Lage dokumentieren und dem Auftraggeber später so ein 3D-Modell des Baugrunds liefern.  Ebenso kann er Verdichtungsgrad und Tragfähigkeit des Bodens fortlaufend prüfen und protokollieren – aktuell noch flächendeckend (FDVK), perspektivisch mittels Integration von Künstlicher Intelligenz aber auch raumfüllend (RFVK).

Die Idee

„Im Prinzip probieren wir auf dieser Modellbaustelle nur das aus, worüber andernorts in Expertenkreisen sehr abgehoben von der Praxis debattiert wird“, erklärt MTS-Vorstandsvorsitzen-der Rainer Schrode. „Um die gemachten Erfahrungen in die Öffentlichkeit zu tragen und zur Diskussion zu stellen, haben wir  gemeinsam mit unseren Partnern Vertreter aller am Bauprozess Beteiligten zum Besuch der Modellbaustelle eingeladen und sind begeistert von der extrem positiven Resonanz.“

Was heißt eigentlich BIM?

Ausgeschrieben steht das Kürzel BIM für „Building Information Modeling“, was sich am einfachsten mit „modellbasiertem Bauen“ übersetzen lässt. In der Umsetzung bedeutet das: Das zu erstellende Bauwerk wird erst digital in 3D (dreidimensional, sprich in Lage und Höhe) geplant und virtuell im Maßstab 1:1 errichtet und erst dann real. 

Der Vorteil: Gebaut wird nicht nach einer vage definierten Vorstellung des Bauherren, sondern nach einem gemeinsam entwickelten und getesteten Modell, auf das alle gleichermaßen Zugriff haben. So ergibt sich schon bei der Planung eine Kollisionsprüfung und Fehler können bereits vor dem Bau korrigiert werden.

Darüber hinaus umfasst BIM den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerks. Sprich: Bauunternehmer und Planer liefern dem Bauherren nicht mehr nur ein Bauwerk, sondern auch sämtliche Informationen, die für Bewirtschaftung und/oder Rückbau desselben notwendig sind. Damit bringt BIM auf der einen Seite zwar einen zusätzlichen Aufwand für die Planung mit sich, im Umkehrschluss aber auch eine enorme Prozess- und Kostensicherheit für die Bauherren.

Wie weit ist die Umsetzung von BIM im Tiefbau gediehen?

„Die Realität der Bauwirtschaft ist von diesem Ziel noch weit entfernt, denn hier wird nach wie vor nicht leistungs- sondern nachtragsorientiert gearbeitet. Sprich: Der Bauunternehmer muss durch mangelnde Planung verursachte Verluste über ein Nachtragsmanagement ausgleichen und der Auftraggeber die „Zeche“ dafür zahlen (im Schnitt rund 60 Prozent Mehrkosten).

Und bei kommunalen Projekten wie dem Berliner Flughafen zahlt dann letztlich der Steuerzahler das drauf, was im Zuge einer ordnungsgemäßen Planung hätte verhindert werden können“, erklärt Schrode. 

Kein Wunder also, dass sich viele Bauunternehmer und Auftraggeber vor dem Umsatteln scheuen – auch aus Liebe zur Gewohnheit und aus Angst vor dem Aufwand, der mit jeder Veränderung verbunden ist. Währendde-sen fragen die Planer zu Recht, wer ihnen den Mehraufwand für eine modellbasierte Planung entlohnt. Denn noch gibt es für diese Honorierung keine rechtsverbindliche Regelung, obwohl der Aufwand fürs digitale Planen im Zuge des modellbasierten Bauens nicht neu entsteht, sondern einfach von der Bauausführung in die Planung verlegt wird.

„Diese strukturelle Vorgabe ist einer der maßgeblichen Gründe, weshalb der Tiefbau dem Hochbau beim Thema BIM so sehr hinterher hinkt“, so Schrode. „Denn der Hochbau wird im Gegensatz zum Tiefbau von Auftraggeberseite vorangetrieben, da die Bauherren hier meist privat unterwegs sind und sich den finanziellen Vorteil modellbasierten Bauens so ins eigene Portemonnaie erwirtschaften können. Expertenzirkel können diese Zusammenhänge allenfalls thematisieren. Verändern können wir sie nur durch konkrete Pilot-Projekte wie diese Baustelle: Denn nur sie zeigen auf, wie und unter welchen Voraussetzungen sich BIM heute konkret umsetzen lässt – nicht auf der grünen Wiese, sondern auf realen Modellbaustellen.“

Die Modellbaustelle

Auf der Suche nach einer geeigneten Modellbaustelle hatte Schrode zunächst beim Bund angefragt, hier aber nur Hinweise auf Brücken- und Tunnelprojekte erhalten, die mit den Belangen kommunalen Tiefbaus nichts zu tun haben. So wandte er sich mit seinem Gesuch an Bürgermeister und Planer und stieß auf viele offene Ohren.

Die Ausschreibung scheiterte trotz Kosten- und Terminvorteil jedoch immer wieder an dem Vorwurf der Wettbewerbsverzerrung; man würde Bieter ausschließen, die nicht in der Lage waren, so eine Ausschreibung und Aus-führung umzusetzen.

Nach über dreijähriger Suche hatte Schrode Anfang 2019 jedoch alles beisammen, was er brauchte: Eine Baustelle mit genügend komplexen Anforderungen, um BIM auf Herz und Nieren zu prüfen (bei der Sanierung sollen alle Kanäle und Straßen im Bestand komplett erneuert werden). Im Rücken sein eigenes Tiefbauunternehmen, dass alle technischen und fachlichen Voraussetzungen für die 3D-Bauausführung erfüllt. Dazu ein Planungsbüro, das motiviert und in der Lage war, im Vorfeld eine akribische 3D-Planung umzusetzen. Und eine Stadt, die den Vorteil der Prozess- und Kostensicherheit sofort für sich erkannte.

Das Modellprojekt: Die Sanierung einer Ortsdurchfahrt im schwäbischen Erbstetten. „Ein komplexes Bauvorhaben, bei dem es gilt, mitten im Bestand sämtliche Kanäle und Straßen zu erneuern“, so Schrode. „Nur unter solchen Realbedingungen lässt sich ernsthaft prüfen, ob und wie sich „BIM im Tiefbau“ in der Praxis wirklich umsetzen lässt und welche Hürden einem auf dem Weg dorthin begegnen. Und genau diesen Fragen muss sich die Bauwirtschaft stellen, wenn sie das Thema BIM von der Möglichkeit zur gelebten Praxis führen will.“

In dem von ihm gewählten Setting konnte sich das klassischerweise auf Konfrontation ausgerichtete Zusammenspiel der am Bauprozess beteiligten Parteien zu einer sehr partnerschaftlichen Zusammenarbeit wandeln, die trotz aller Beschwerlichkeiten in der Startphase bis heute für eine große Zufriedenheit auf allen Seiten sorgt. Der erste Bauabschnitt ist mittlerweile abgeschlossen und der zweite bereits in Angriff genommen.

Dokumentation von Homogenbereichen mittels Homogenbereichsassistent

Im Zuge des BIM-Prozesses bekommt der Bagger eine neue und zentrale Schlüsselfunktion auf jeder Baustelle: Im Zusammenspiel mit der 3D-Baggersteuerung und entsprechenden Anbaugeräten nutzt er digitale Planungsdaten (DGM) nicht nur als Grundlage für die Bauausführung, sondern liefert auch digitale Daten für die Dokumentation, Abrechnung und Qualitätssicherung.

So werden sich beispielsweise in absehbarer Zeit Homogenbereiche mit dem MTS-Homogenbereichsassistenten schnell und einfach erfassen lassen. Dafür erfasst der Polier ausgehend vom Leistungsverzeichnis Homogenbereiche am Rechner und verknüpft diese anschließend mit Fotos und Bezeichnungen, die dem Geräteführer eine eindeutige Zuordnung erlauben. Nach der Übertragung der Datensätze aufs MTS-NAVI kann der Geräteführer mit der Dokumentation beginnen: Dafür setzt er baubegleitend seine Löffelspitze auf die Grenzflächen von Homogenbereichen, wählt die jeweilige Zuordnung aus (z.B. Oberkante Kies) und löst anschließend eine Messung aus.

Im Ergebnis entsteht ein Orbit mit Grenzflächen und Homogenbereichen, welches der Bauleiter für seine eigene Dokumentation und Abrechnung nutzen, aber auch dem Auftraggeber als 3D-Modell des Baugrunds auf den Weg geben kann.

Flächendeckende Verdichtungskontrolle - Stand der Technik und greifbare Zukunft

Ein weiteres anschauliches Beispiel für die Möglichkeiten, die innovative Baumaschinentechnologien im BIM-Prozess abbilden, ist der MTS-Verdichtungsassistent. Er kann bereits heute Auskunft geben, ob die gewählte Verdichterfrequenz im gewünschten Bereich liegt, ob und wie die Auflast zu korrigieren ist und wann das Ende der Verdichtung erreicht ist. Für das Erreichen der optimalen Schüttlage liefert er zudem präzise Führungsvorgaben, prüft die Tragfähigkeit und dokumentiert die Ergebnisse flächendeckend (Flächendeckende Verdichtungskontrolle = FDVK).

Die Funktionen des MTS-Verdichtungsassistenten


Korrekte Frequenz?!
Ist der Verdichter sicher angekuppelt und in Betrieb genommen, zeigt das Display an, ob sich die aktuelle Drehzahl im gewünschten Frequenzbereich befindet (X1, X2, X3). Dieser Assistent unterstützt so den Geräteführer bei der Auswahl der richtigen Baggereinstellungen.

+

Korrekte Auflast?!
Beim Andrücken Ihres Anbauverdichters symbolisieren Ihnen Pfeile die Auflastempfehlung für Ihren aktuellen Verdichtungsvorgang: Ein rotes Warndreieck mahnt eine falsch belastete Verdichterplatte an. Rote Pfeile verweisen je nach Ausrichtung auf zu viel bzw. zu wenig Auflast, während zwei grüne Pfeile die optimale Auflast signalisieren.

+

Ist die korrekte Auflast erreicht?!
Lässt sich der Boden schließlich nicht weiter verdichten, meldet die Verdichtungsendeanzeige das Ende der Verdichtbarkeit – je nach gewähltem Frequenzbereich über ein grünes, blaues oder gelbes Kästchen mit Haken. Die Anzeige hilft, Verdichtungsvorgänge nicht zu früh abzubrechen, aber auch nicht länger als notwendig auszudehnen.

+

Korrekte Schüttlage?!
Entsprechend Ihrer Voreinstellung von Verdichtermodell und Plattenbreite berechnet der Schüttlagenassistent eine Schüttlagenempfehlung und visualisiert die Führungsvorgaben durch Pfeilvorgaben am Rande Ihres Displays. Sobald die optimale Schüttlage erreicht ist, können Sie die Protokollierung Ihres Verdichtungsvorgangs starten.

=

Protokoll: Flächendeckende Verdichtungskontrolle
Mit einem Klick auf den „Protokoll-Button“ starten Sie die Protokollierung der für die flächendeckende Verdichtungskontrolle vorgeschriebenen Parameter. Das Protokoll kann dem Auftraggeber als Nachweis sorgfältigen Arbeitens vorgelegt werden, erübrigt aber weder die Kalibrierung noch die geotechnische Überprüfung des Ergebnisses, wie von der ZTV E-StB gefordert.

Ein Blick in die Zukunft

Zum Greifen nahe ist der letzte Meilenstein: die raumfüllende Verdichtungskontrolle: Sie bewertet Parameter mittels Künstlicher Intelligenz und erübrigt damit auch die bislang nötige Kalibrierung. Die umfassenden Assistenzfunktionen des Verdichtungsassistenten ergeben sich durch ein hochkomplexes Zusammenspiel aus Sensortechnologie und 3D-Baggersteuerung. Die visuelle Hilfestellung erfolgt via LED-Anzeige auf der Rückseite des Anbauverdichters und via Tablet-PC vom MTS-NAVI.

So kann er Verdichtungsgrad und Tragfähigkeit des Bodens fortlaufend prüfen und protokollieren – aktuell noch flächendeckend (FDVK), perspektivisch mittels Integration von Künstlicher Intelligenz aber auch raumfüllend (RFVK).

Gründe für die Innovationsführerschaft von MTS

Die klassischen Hersteller von Anbauverdichtern sind Baumaschineningenieure, die sich mit dem Thema Boden im Allgemeinen wenig auskennen.

Bodenexperten wiederum haben nur selten eine Idee, worauf es beim Maschinenbau ankommt. Und Geotechniker beschäftigen sich üblicherweise nur mit sicherheitsrelevanten Faktoren wie der Standsicherheit, bei denen so neuartige Verfahren naturgegeben nicht zulässig sind.

Mit dem Schritt in Richtung raumfüllende Verdichtungskontrolle (RFVK) kommt schließlich noch die Künstliche Intelligenz ins Spiel, die für die automatische Bestimmung von Bodenarten und damit auch für die raumfüllende Verdichtungskontrolle unabdingbare Voraussetzung ist.

MTS eint die Expertise aus all diesen Bereichen unter einem Dach – dazu ein uns angegliedertes Tiefbauunternehmen, welches alle unsere Produkte mit inspiriert und vor allem auf Einsatztauglichkeit und Nutzerfreundlichkeit testet.