Mit den 1990er-Jahren begann im Erdbau der Einzug der ersten Assistenzsysteme auf Gradern und bald auf Kettenraupen sowie Baggern. Weil Asphaltfertiger auf der Baustelle das teuerste Material verarbeiten, wurden erste Abtastungen zur Nivellierung bereits Ende der 1960er- bzw. 1970er-Jahre eingesetzt. »In den Anfängen waren das noch einfache Anzeigen der Werkzeughöhe – Schar, Bohle oder Schild – basierend auf mechanischer oder Ultraschallabtastung einer Referenzhöhe wie beispielsweise Leitdraht oder Bordstein«, sagt Andreas Velten, Geschäftsführer der MOBA Mobile Automation. Alternativ habe man Horizontal-Laser als Höhenreferenz aufgestellt und einen Laser-Empfänger an der Maschine angebracht.
Zeit und Facharbeitereinsatz sparen
Diese 2D-Systeme sind im Laufe der Jahre deutlich verbessert worden. Aufgrund der geringeren Kosten wird für viele »einfachere« Bauvorhaben wie Planumsarbeiten, Baugruben oder beim Grabenaushub auch in den 2020er-Jahren in 2D-Systeme investiert werden. »Der Vorteil: Ein Teil der zu leistenden Absteckungs- und Markierungsarbeiten und fast alle Höhenkontrollen entfallen. Das spart Zeit und den Einsatz von heute sehr knappen Facharbeitern«, unterstreicht Andreas Velten. Als Einschränkung der 2D-Systeme gilt die fehlende Lageinformation. Mittels der Höhenreferenz können 2D-Steuerungen eine Anzeige oder automatische Werkzeugsteuerung für die Höhe und Neigung verlässlich und genau bieten. »Da die Maschine aber nicht ›weiß‹, wo sie steht, funktioniert dies nur mit wiederkehrenden Abfragen der Höhenreferenz durch Laser-Empfänger oder Abtastung«, so der Geschäftsführer.
Satellitensignalqualität als Hindernis
Bereits in den 1990ern wurde daran gearbeitet, diese Einschränkung zu überwinden, damit der Bauunternehmer auch bei komplexeren Arbeiten fast vollständig auf physische Absteckungen und Markierungen verzichten kann. »Das erste System basierte auf einer Positionsbestimmung der Baumaschine mittels einer Totalstation. Doch damals war die Satellitensignalqualität nicht ausreichend für das Feinplanum«, so Velten. Das erste einsatzfähige System ist in Deutschland unter dem Namen »Wirth«-System entstanden. »Dieser Entwicklungsschritt war so bahnbrechend, dass ein vermeintlicher Patentstreit zwischen Erfinder und Bauunternehmer 1995 gar Teil des Münchener Tatorts ›Blutiger Asphalt‹ geworden ist«, erinnert sich Velten.
Das Bausoll wurde damals bereits als digitales Geländemodell in die ersten 3D-Systeme eingespielt. Seit einem Vierteljahrhundert lässt sich damit das Arbeitswerkzeug einer Baumaschine dank einer digitalen Information per Bordcomputer automatisieren.
»Bereits Ende der 1990er ist mit diesem digitalen Konzept der erste satellitengestützte 3D-Bagger zum Einsatz gebracht worden. Weil die Genauigkeitsanforderungen an Baggerarbeiten geringer sind, funktionierten diese frühen Baggersteuerungen bereits sehr ansprechend, auch wenn damals ungünstige Satellitenkonstellationen noch zu Arbeitspausen führten«, erinnert sich Velten. Seit Ende der 1990er-Jahre lassen sich zumindest Teile einer Baustelle digitalisieren. Digitale Informationen über das Bausoll können seitdem für eine automatisierte Höhen- und Neigungssteuerung verwendet werden.
Funktion erweitert – Einsatzfelder ausgebaut
Mit vier Satellitensystemen – GPS, GLONASS, Galileo und Beidou/Compass – empfängt man heute jederzeit eine ausreichende Anzahl an Positionierungssignalen. Mit der aktuellen Software-Generation besteht in der realen Genauigkeit kein relevanter Unterschied zwischen 3D-Systemen mit einer Positionierung per Totalstation oder Satellit. Daher werden GNSS-3D-Systeme seit mehreren Jahren für die Feinarbeiten auf Gradern eingesetzt. »Funktional wurde die Bedienung durch den Anwender maßgeblich vereinfacht und gleichzeitig wurden die Einsatzmöglichkeiten auf der Baustelle nach vorne gebracht«, unterstreicht Andreas Velten. Der Nutzen eines 3D-Systems für den Bauunternehmer gleiche grundsätzlich dem eines 2D-Systems. Er reduziere seine Kosten für die beauftragte Baustelle durch eine fast vollständige Einsparung von statischen Absteckungen und Markierungen. »Lediglich einige wenige Festpunkte sind, in Abhängigkeit von der Baustellengröße, noch erforderlich. Gleichzeitig werden weniger Arbeitsgänge bis zur Solllinie benöt
igt und das sogenannte Über- und Unterbaggern vermieden.«
Fortschritt in Finnland
In den 2000er-Jahren wurde der Grundstein für den nächsten Entwicklungsschritt gelegt. Als Anwender von – insbesondere – 3D-Baggersteuerungen hat, wie Andreas Velten berichtet, das finnische Bauunternehmen Destia 2007 einige Partner mit einer Idee kontaktiert. »Mit den präzise positionierten Maschinen müssen die Daten für die Baustellenüberwachung, -dokumentation und -abrechnung lieferbar sein, ohne nach jedem Ab- bzw. Auftrag einen Vermesser über die Fläche schicken zu müssen. Zusammen mit der Universität von Oulu und der finnischen Gesellschaft der MOBA Mobilen Automation hat Destia zunächst in Forschungsprojekten, später in Pilotprojekten und schlussendlich mit einsetzbaren Systemlösungen die Idee ausgearbeitet und realisiert«, so Velten.
Die Entwicklung habe ihre Zeit gebraucht – sowohl in Bezug auf die modellbasierte Baustellenarbeitsweise und den damit verbundenen Veränderungen im Unternehmen als auch auf der technisch maßgeblichen Software-Seite. »Es wurden Erweiterungen an der MOBA-Xsite-Maschinensteuerung vorgenommen als auch eine Cloud-basierte Plattform zur Überwachung des Baufortschritts, zur Dokumentation und Datenverteilung geschaffen«, sagt Velten. Für die neue Dekade stehen damit vier Arbeitsweisen (siehe Kasten »Fakten«) auf der Baustelle zur Verfügung, die sich im Zeit- sowie Kostenaufwand für die Umsetzung des Bausolls und im Grad der Digitalisierung unterscheiden. t
