Digitale Überwachung innerstädtischer Großbaustellen

Case Study

Die Stadt Karlsruhe spielt in der südwestdeutschen Verkehrsplanung eine entscheidende Rolle, sind dort doch über:

300.000 Einwohner,
160.000 Fahrzeuge in der Innenstadt und
190 Millionen Stadtbahnpassagiere pro Jahr

unterwegs.

auch die Nutzung der Bundesstraße B10 für den Stadtverkehr auf die Planungsszenarien im Großraum Karlsruhe aus. Bei der B10 handelt es sich um die wichtigste innerstädtische Ost-West-Verbindung in der Umgebung. Die Stadt Karlsruhe und das Bundesland Baden-Württemberg reagieren mit der sogenannten Kombilösung auf die Verkehrsentwicklung in der Region. Dabei handelt es sich um den Bau zweier Tunnelröhren zur Entlastung der Innenstadt.

Einem solchen Großprojekt schlägt Gegenwind aus der Bevölkerung entgegen. Baulärm, Straßen- und Streckensperren, Kosten, Umweltverschmutzung und ökologische Vorgaben sind nur einige der Aspekte, die bei der Arbeit an derartig komplexen innerstädtischen Bauvorhaben berücksichtigt werden müssen.

Die Stadtregierung und die Karlsruher Schieneninfrastruktur-Gesellschaft (KASIG) haben daher bereits früh eine langfristig angelegte Informationskampagne gestartet. Dazu wurden eine eigene Website und ein Informationszentrum eingerichtet, und auch öffentliche Veranstaltungen werden abgehalten. Außerdem war es den Bauherren sowie den beteiligten Bauunternehmen und Konsortien wichtig, digitale Technologien zur optimalen Dokumentation des Baufortschritts zu nutzen. Die von der Karlsruher IngenieurTeam GEO GmbH eingesetzten Vermessungslösungen von Leica Geosystems spielen dabei eine entscheidende Rolle.

HOHE GENAUIGKEIT VOM ERSTEN TAG AN

sind verantwortlich für den Bau des Kriegsstraßentunnels im Stadtzentrum von Karlsruhe am Ettlinger Tor. Dieser Tunnel, zusammen mit einem zweiten in der Kaiserstraße, wird als Kombilösung für Karlsruhe bezeichnet und ab 2020 bzw. 2021 eine erhebliche Verkehrsentlastung für die Innenstadt bringen. In der Kriegsstraße wird der Kfz-Verkehr unter die Erdoberfläche verlagert, während Stadtbahn, Fußgänger und Fahrräder oberirdisch unterwegs sind. Auf einer Strecke von 1.600 Metern verändert der Straßentunnel das Stadtbild nachhaltig.

Deshalb kommt der Planung und Bauaufsicht ein besonders hoher Stellenwert zu. Ziele der Bauüberwachung, welche die Firmen DB Engineering & Consulting, Emch+Berger und BUNG gemeinsam übernommen haben, sind:

höchste Vermessungsgenauigkeit,
Dokumentation und
Überwachung.

Vor dem Beginn der Bauarbeiten mussten zuerst die Baustelle sowie ein Bereich von 50 Metern in allen Seitenstraßen vermessen werden. Dabei betrug die angepeilte Genauigkeit zwei Zentimeter. Diese Aufgabe übernahm IngenieurTeam GEO unter Verwendung des unbemannten Flugkörpers (UAV) Aibot X6. Ausgestattet mit einem RTK- und GNSS-Modul, erlaubt diese Technologie die Datenerfassung aus der Luft, während auf der Baustelle gearbeitet wird. Die Kombination aus Aibot HP GNSS 2 und Sony Alpha 6000 mit 20-Millimeter-Linse liefert hochgenaue Daten.

BESONDERE HERAUSFORDERUNGEN BEI FLÜGEN IM STADTZENTRUM

Wie bei jedem Tunnelbauvorhaben muss sichergestellt werden, dass sich die Bautätigkeiten nicht nachteilig auf die Umgebung auswirken. Kritische Gebäude in Baustellennähe sind der Bundesgerichtshof und das Badische Staatstheater Karlsruhe. Etwaige Setzungen oder Volumenänderungen müssen verhindert und die Ergebnisse dieser Bemühungen dokumentiert und überwacht werden. Aus Sicherheits- und Zeitgründen können herkömmliche Methoden dazu parallel zu den Baumaßnahmen nur begrenzt angewendet werden. Im Sinne einer effizienzorientierten Vorgehensweise erwies sich daher der Einsatz eines UAV für die Datenerfassung als optimale Lösung. Die Vorteile von 3D-Messungen und Luftüberwachung liegen im Vergleich zur rein punktbasierten Datenerfassung mit terrestrischen Methoden insbesondere in der vielseitigen Anwendbarkeit der generierten Daten. Die erfassten Daten bieten nicht nur Antworten auf vermessungstechnische Fragen, sondern können auch als Planungsgrundlage für die Verkehrsführung während der Bauarbeiten genutzt werden. Darüber hinaus können sie für die pro- und retrospektive Planung der Bautätigkeiten sowie zur Volumenberechnung – mehr oder weniger in Echtzeit – herangezogen werden.

Flüge mitten im Stadtzentrum sind jedoch mit einigen Schwierigkeiten verbunden. So müssen die beengten Platzverhältnisse in der Innenstadt bereits bei der Flugplanung berücksichtigt werden. Der Wahl der Flugroute und -höhe kommt unter diesen Umständen ganz besondere Bedeutung zu. Auch potenzielle Hindernisse wie Kräne, Pflanzenbewuchs und mögliche Magnetfeldstörungen infolge bestehender Infrastruktur oder laufender Arbeiten dürfen nicht außer Acht gelassen werden.

Benjamin Busse, ein erfahrener UAV-Vermessungsfachmann bei IngenieurTeam GEO, war es daher ein wichtiges Anliegen, während der Planungsphase alle Akteure mit ins Boot zu holen. „Die neue Drohnen-Verordnung in Deutschland verbietet Flüge über Bundesstraßen“, erklärt Busse. „Dank der Pflege guter Beziehungen zu allen Akteuren haben wir trotzdem die Genehmigung für Flüge über der B10 samt Verkehr, Fußgängern und Stadtbahn erhalten.“

DIGITALE ERGEBNISSE UND WIRTSCHAFTLICHE VORTEILE

Zu den erstellten Datenprodukten zählten:

Klassische Orthofotos
Hochaufgelöste Einzelbilder zu Dokumentationszwecken
Digitale Höhenmodelle
Punktwolken.

Gleichzeitig musste die geplante Verkehrsführung überprüft werden. Dabei wurde auf bestehende Pläne zurückgegriffen, die mit den Informationen der Orthofotos verknüpft wurden. Aufgrund der wertvollen Daten mit hoher Informationsqualität wurde beschlossen, vierteljährliche Überwachungsflüge und Berechnungen kritischer Volumen durchzuführen und das Bautagebuch um vom UAV erfasste Videos und Fotos aus der Vogelperspektive zu ergänzen.

Beim Einsatz herkömmlicher Mess- und Vermessungsmethoden wären zum einen wesentlich weniger Daten gesammelt worden, zum anderen hätte ein fünfköpfiges Team sechs Wochen gebraucht, um die gewünschten Ergebnisse zu liefern. Das zwei Mann starke UAV-Team hingegen benötigte nur sieben Tage für seine Arbeit.

Das UAV-Team setzte einen Aibot X6 Version 2, eine Sony ILCE-6000-Kamera, ein Aibot HP GNSS 2 sowie eine GNSS-Smartantenne Leica Viva GS15 zur Messung der Passpunkte ein. Bei konventionellem Vorgehen wären die Kosten für den Kunden 180 Prozent höher gewesen. Aus Sicht des UAV-Betreibers fällt die Bilanz sogar noch günstiger aus: Die Kosten für IngenieurTeam GEO betrugen nur ein Fünftel der Kosten, die für die Messung mit herkömmlichen Methoden angefallen wären.

„Wir sehen die UAV-Technologie als ein wichtiges Element unserer technischen Ausstattung“, sagt Martin Schwall, Mitgründer und Geschäftsführer von IngenieurTeam GEO. „Für unsere Kunden liefern UAV schnelle digitale Ergebnisse mit vielen wertvollen Zusatzinformationen.“

DIGITALE WORKFLOWS BIETEN VIELE VORTEILE

Mit dem Einsatz der UAV-Lösung von Leica Geosystems ist eine ganze Reihe von Vorteilen verbunden. Die Digitalisierung der Prozesse im Zusammenhang mit Bauvorhaben erfordert eine hohe Datenqualität und -dichte. Beispielsweise dienen die bei UAV-Flügen gesammelten Daten nicht nur zur Planung und Überwachung, sondern auch zur Maschinensteuerung und zu Kommunikationszwecken. In einem nächsten Schritt sollen die UAV-Daten zudem nahtlos in die Softwarelösungen von Leica Geosystems integriert werden.

So können nicht nur schnellere Ergebnisse erzielt werden, die Daten können auch mit geringem Aufwand an individuelle Anforderungen angepasst werden. Herkömmliche Vermessungsverfahren generieren selektive Daten, aber keine Bilddaten. Dementsprechend ist auch keine digitale Visualisierung möglich. Der Einsatz einer digitalen, UAV-basierten End-to-End-Lösung, der entsprechenden Sensortechnologie (in diesem Fall eine hochauflösende RGB-Kamera) sowie geeigneter Software für Post-Processing und Datenverarbeitung bietet greifbare Vorteile, darunter:

3D-Messdaten
Möglichkeit der parallelen Inspektion basierend auf Bilddaten
Datenerfassung ohne Unterbrechung des Tagesgeschäfts
Sicherheitsgewinn für Vermessungsingenieure und UAV-Piloten vor Ort.

Die erfassten Daten helfen bei der Beantwortung aktueller und künftiger Fragen und dienen der Dokumentation der gesamten Bautätigkeit vom ersten Tag an.

„Wir planen die vollständige Integration der UAV-Lösungen in unsere Softwareprodukte für Bau, Überwachung und Vermessung“, verrät Valentin Fuchs, Produktmanager UAV bei der Geospatial Solutions Division von Leica Geosystems.

„Die Unterstützung unserer Kunden bei der Visualisierung von Informationen und der Nutzung der erfassten UAV-Daten zur Automatisierung und Beschleunigung von Prozessen ist ein wichtiger Baustein für die Weiterentwicklung unseres künftigen Produktangebots.“