Straßenbau 4.0

Karen Dörflinger,

Was eine Walze weiß, wissen die anderen auch…

Zwei Jahre lang wurde bei Bad Boll in der Nähe von Stuttgart die Qualitäts-Baustelle der Zukunft erprobt. Durch den Einsatz von IT-Lösungen gelang es, den Bauprozess stabiler zu gestalten und die Qualität der eingebauten Straßen zu verbessern. Neben Systemlösungsanbieter Topcon engagierten sich bei dem Pilotprojekt Baumaschinenhersteller Ammann, Softwarehersteller ceapoint und das Bauunternehmen Strabag.

Alle bei dem Pilotprojek eingesetzten Ammann-Walzen wurden mit Topcon-Technologie via GNNS miteinander vernetzt und in Einklang gebracht. Die Daten wurden dabei in einer Cloud gesammelt. © Topcon Deutschland Positioning

Zwei Jahre lang erprobte ein Expertenteam der vier Unternehmen, unter der Leitung der Industrie 4.0-Experten von Drees & Sommer, wie die unsteten Prozesse im Straßenbau verlässlicher und gebaute Straßen langlebiger werden können. Dem Einbau der ersten Tragschicht des letzten Teilstücks konnten rund 25 Vertreter aus Straßenbauverwaltungen live mitverfolgen. Jetzt liegt es an ihnen, die gewonnenen Erkenntnisse in die Ausschreibungspraxis und damit auf die Baustellen zu bringen.

Blick zurück zum Anfang: Pilotprojekt startet mit schnellem 3D-Scan
Eine detaillierte Erfassung der Ausgangslage und eine exakte Planung und Projektierung sind das Fundament, auf der die spätere qualitative Ausführung fußt. Anstelle von stundenlangen Querschnittsmessungen des Straßenbestands tritt heute der schnelle 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 letztendlich 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.

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Der bestehende Fahrbahnaufbau wurde zusätzlich über Georadar, Bohrkerne und Rammsondierungen analysiert. Dies gibt Auskunft über die Schichtdicken und den technischen Zustand und zeigt an, welche Schichten erneuert werden müssen.

Über das visualisierende Display in der Asphaltwalze hat der Maschinenführer immer den Überblick und wird informiert, wenn er die notwendigen Überfahrten erreicht hat. © Topcon Deutschland Positioning

Das System weiss es besser
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. „Sehen Sie, gerade stehen die Lkw Schlange vor dem Beschicker“, erläuterte Dr. Marcus Müller von der Uni Hohenheim den Zuschauern aus den Straßenbauverwaltungen die aktuelle Situation auf der Testbaustelle. „Die beiden Fertiger würden auf einer normalen Baustelle jetzt Gas geben. Aber das System meldet ihnen, dass sie ihre geringe Geschwindigkeit von 2,5 m/min. beibehalten sollen. Denn, was sie aus ihrer Position heraus nicht erkennen können, was das System aber erkennt, ist, dass die Asphaltanlage gerade mit der Verladung nicht nachkommt und es bei höherer Fertiger-Geschwindigkeit in 40 Minuten zu einem Stillstand des Fertigers kommen würde.“

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 dynamische Steuerung der Belade- und Ankunftszeiten der Lkw bei der Asphaltanlage und dynamische Geschwindigkeitsempfehlungen für die Fertiger wurden die Prozesse 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.

Mittels variabler Tiefe und der Topcon-Maschinensteuerung trugen die Fräsen immer genau das richtige Sollmaß ab. © Topcon Deutschland Positioning

Wichtig: stabile Maschinensteuerung
Um die Maschinen so minutiös miteinander in Takt zu halten, dabei planparallele Aufbauhorizonte und einen ebenen, gleichmäßig starken Schichtenaufbau von Binder und Decke zu erreichen, bedarf es einer technisch stabilen Steuerung der einzelnen Maschinen, einer Vernetzung aller Maschinen und der zentralen Digitalisierung der gesamten Logistikkette.

Ziel auf der Teststrecke war es, eine plane Ausgangsbasis zu erhalten, die den Aufbau einer konstanten Tragschicht ermöglicht. Wo Satelliten erreichbar sind, eignet sich die RD-MC Maschinensteuerung – als dritter Bestandteil des Topcon SmoothRide-Systems, neben dem RD-M1-Roadscanner und der Magnet-Software. 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.

Elementar: mobile Vernetzung des Gesamtprozesses
Die Intelligenz dieser Systeme zeigt sich in der digitalen Vernetzung all dieser gesammelten Daten und Informationen. So würde es wenig nutzen, wenn jede der vier Walzen nur wüsste, was sie selbst gerade leistet oder bereits geleistet hat. Erst in der intelligenten Vernetzung all dieser Informationen in Echtzeit steckt der Erfolg der Qualitätsbaustelle 4.0. Nur wenn jede Maschine auch weiß, was die andere gerade tut oder getan hat und ihr eigenes Handeln darauf abstimmen kann, wird eine solche Baustelle erfolgreich sein. Dabei spielten die Systeme von Topcon, ergänzt durch die mobilen Apps von ceapoint, eine wichtige Rolle. So wurden alle Maschinen via GNSS miteinander verbunden und konnten Informationen senden, wo sie sich gerade befinden und in welche Richtung sie sich bewegen. Die Walzenführer wurden durch entsprechende farbliche Darstellung darüber informiert, wenn sie die notwendigen Überfahrten erreicht hatten.

Rund 30 Fachbesucher aus den Straßenbauverwaltungen Baden-Württembergs konnten dem Einbau des letzten Teilstücks beiwohnen und informierten sich über den Qualitätsstraßenbau 4.0. An ihnen liegt es nun, die gewonnenen Erkenntnisse in die Ausschreibungspraxis und damit auf die Baustellen zu bringen. © Topcon Deutschland Positioning

Die Herausforderung für ein solches System liegt in der ständigen Balance zwischen der Beladegeschwindigkeit des Mischwerks, der Fertiger- und Walzenleistung und dem Vertrauen des Menschen in die Technik, die – anders als er selbst – den Überblick über das gesamte System behält.

Fazit
Die Erkenntnisse, die aus dieser Forschungsreihe gewonnen werden konnten, sind immens. Noch ist der Aufwand einer solchen digitalen Baustelle recht hoch. 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. Der Infrastrukturberater bei Drees & Sommer ist davon überzeugt, dass „ein unterbrechungsfreier, digital kontrollierter und gleichmäßiger Straßenbau-Prozess – von der Asphaltanlage über die Lkw-Anlieferungen zum Beschicker und Fertiger sowie zu den Asphaltwalzen – zu einer flächendeckend guten Qualität und damit zu Straßen führt, die weitaus länger halten als bisher.

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