Untersuchung des Potenzials digitaler Methoden für Aufmaße im Spezialtiefbau anhand eines Projektes aus der Praxis

Im Zuge von Building Information Modeling (BIM) werden digitale Technologien, die den Anwender bei Planung und Ausführung unterstützen, immer bedeutsamer. In der vorliegenden Bachelorthesis wird das Potential digitaler Methoden für Aufmaße im Spezialtiefbau untersucht. Das Beispielprojekt umfasst die Erstellung einer 132 Meter langen überschnittenen Bohrpfahlwand mit 125 Pfählen. Die für eine Digitalisierung des Aufmaßes betrachteten und analysierten Gewerke sind die Kampfmittelsondierung, die Herstellung von Baustraße und Bohrplanum und die Bohrpfahlarbeiten. Da das Aufmaß als Grundlage für die Abrechnung genutzt wird, besitzt es für die jeweilige Gesamtbaumaßnahme einen hohen Stellenwert. Auf Basis der genannten Herstellungsabschnitte werden digitale Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung vorgestellt. Mit ihnen können die Fehleranfälligkeit reduziert und die Dokumentationsqualität verbessert werden. Zu den vorbereitenden Arbeiten der Bohrpfahlwandherstellung zählt die Erkundung des Baubereichs hinsichtlich Kampfmittelbelastung. Um einem Kampfmittelverdacht nachzugehen, werden an mehr als 100 Stellen Suchschürfe ausgehoben. Diese Schürfe werden bisher manuell aufgemessen. Die dabei erfassten Daten müssen im Büro auf dem Weg in die Abrechnungssoftware dreimal händisch umgetragen, analog und digital abgelegt und an den Nachunternehmer per E-Mail versendet werden. Getestet wird an den Suchschürfen die Applikation „iGAEB“ der Firma Gripsware Datentechnik GmbH, die einen Laserdistanzmesser anbinden kann. Mit dieser Technik können die Suchschürfe von einer Person schnittstellenfrei aufgemessen, direkt mit dem Leistungsverzeichnis verknüpft und in die Abrechnungssoftware exportiert werden. iGAEB überzeugt gegenüber der herkömmlichen Vorgehensweise. Je Aufmaß können, außer der Dezimierung der Schnittstellen, 80 % der Zeit und 82 % der bisherigen Kosten eingespart werden. Nach weniger als 100 Aufmaßen hätten sich die Ausgaben für die erforderliche Soft- und Hardware amortisiert. Nach Freigabe des Baubereichs erfolgt die Herstellung der Baustraße und des Bohrplanums. Für die Abrechnung wird die Menge des Bodenabtrags und die des anschließend eingebauten Schotters auf einer Gesamtfläche von knapp 4.000 Quadratmetern erfasst. Dafür ist ein Nivellement vor Baubeginn, eines nach Bodenabtrag und ein drittes nach Schottereinbau notwendig. Mit der Durchführung nach der herkömmlichen Methode sind mindestens zwei Personen für knapp 1,5 Tage beschäftigt. Die Aufmaßdaten werden auf dem Weg in die Abrechnungssoftware zweimal manuell umgetragen. Für diese Vorgänge wird ein zusätzlicher Manntag benötigt. Zur Verbesserung der Vermessung größerer Areale, wie der Baustraße und des Bohrplanums, wird der Einsatz von Drohnen thematisiert. Mit ihnen wird die Fläche vor Baubeginn, nach Bodenabtrag und nach Schottereinbau überflogen. Mit den dabei entstehenden Fotoaufnahmen werden zunächst Punktwolken erstellt und anschließend sehr exakte 3D-Modelle, aus denen die Software die Volumina errechnet. Der Einsatz einer Drohne am Beispielprojekt wäre aktuell allerdings weder mit firmeneigener Hardware, noch als Vergabe an einen externen Dienstleister wirtschaftlich. Die Kosten überschreiten das ca. 1.000 € teure herkömmliche Vorgehen bei Beauftragung eines Dienstleisters um mehr als das Vierfache. Bei firmeneigener Durchführung stimmen die Kosten des Vermessers mit denen der Bauleitung nahezu überein. Allerdings sind Soft- und Hardwarekosten von 22.500 € einzurechnen. Diese amortisieren sich erst bei ausreichend vielen Einsätzen, die allerdings nicht nur die Vermessung zur Aufgabe haben müssen. Zeitlich betrachtet wäre der Einsatz nur sinnvoll, wenn die Bereiche Baustraße und Bohrplanum zeitgleich überflogen würden. Sollten getrennte Drohnenflüge nötig sein, so ist für die einzelnen Flächen das klassische Nivellement schneller. Zudem ist die Genauigkeit eines Nivellementaufmaßes beim Beispielprojekt ausreichend. Nach Abschluss der vorbereitenden Arbeiten, können die 125 Bohrpfähle erstellt werden. Sie werden nach hergestellter Wandfläche in Abhängigkeit von den durchbohrten und ausgehobenen Bodenschichten inklusive des eingebauten Betons abgerechnet. Abweichungen von dem zuvor erstellten geotechnischen Untersuchungsbericht erfasst der Gerätefahrer in einem Protokoll. Seine Notizen durchlaufen drei manuelle Schnittstellen bis in die Abrechnungssoftware. Die Bauleitung überarbeitet die Daten, listet sie in einer Tabelle in Excel, bevor sie in die Abrechnungssoftware eingepflegt werden können. Zudem werden sie analog in Aktenordnern und digital auf dem Server abgelegt. Für die Digitalisierung des Aufmaßes der Bohrpfahlarbeiten wird ein selbst entwickeltes Konzept vorgestellt. Dabei wird die aktuell genutzte maschinelle Datenerfassung gedanklich erweitert, sodass manuelle Arbeitsschritte reduziert werden könnten. Auf dem Bordcomputer des Bohrgeräts wird eine Software installiert, in die vor Ausführungsbeginn der geotechnische Untersuchungsbericht und die zugehörigen Pläne eingelesen werden. Mithilfe dieser Informationen assistiert das System dem Gerätefahrer während des Herstellungsprozesses eines Pfahls. Eingaben kann der Fahrer über ein Touchpad vornehmen. Das entwickelte Konzept kann nur theoretisch bewertet werden. Die Soft- und Hardwarekosten werden nicht berücksichtigt, da sie den Herstellern obliegen. Auf dieser Basis können gegenüber dem herkömmlichen Vorgehen außer Schnittstellen 67 % der Zeit und 74 % der Kosten eingespart werden. Anhand der untersuchten Aspekte kann hinsichtlich einer allgemeinen Gültigkeit die digitale Aufmaßnahme mit iGAEB eher für Aufmaße von Körpern mit einfachen Geometrien genutzt werden. Beispiele sind Aushub- und Betonarbeiten. Drohnen werden bereits für die Vermessung größerer Areale genutzt, beispielsweise im Straßenbau. Rentabel kann der Einsatz werden, wenn höhere Anforderungen an die Genauigkeit gestellt werden und weitere Einsatzmöglichkeiten wie Flüge zur Überwachung des Baufortschritts anstehen. Die Idee der maschinellen Datenerfassung ist grundlegend auf alle Bohrpfahlarbeiten übertragbar. Zudem kann sie mit entsprechenden Software-Anpassungen auch für Schlitzwand- und Schmalwandarbeiten genutzt werden. Das Potential digitaler Methoden für Aufmaße im Spezialtiefbau ist groß. Die in dieser Bachelorthesis gesammelten Aspekte bilden nur einen kleinen Teilbereich der Gewerke ab. Dass digitale Methoden allerdings die Aufmaßnahme verbessern können, ist bereits an den Ergebnissen dieser Bachelorthesis zu erkennen