Maschinensteuerung via CAD-Aufmaß

GÖTTINGEN, 19.08.2016 – Millimetergenaues Arbeiten nach Plan mit Baufahrzeugen ist mittlerweile keine Zukunftsmusik mehr. Mit Hilfe von CAD-Planungsdaten können vorgegebene Geländekonturen hergestellt werden. Doch wie genau läuft der gesamte Prozess ab?

Von Sandro Wolff, Göttingen

Autor Wolff beim Praxistest im Bagger
Sandro Wolff bei seinem Praxistest im Bagger: "Draußen sieht man, was man tut, auf dem Monitor, was zu tun und was schon geschafft ist." | Foto: DATAflor

Für viele Software-Massenprodukte gilt: Die meisten Kunden nutzen maximal 20 bis 30 Prozent des Leistungsumfangs ihrer Software und sind damit zufrieden und glücklich. Bei DATAflor hingegen gibt es eine Reihe von Ausnahmekunden: „Power-User“, die ihrer Software ein besonders hohes Maß an Qualität und Leistung abverlangen. Sie tragen maßgeblich dazu bei, dass ein Programm immer besser und damit praxisorientierter arbeitet. Und bei denen die Softwareentwickler, wenn sie dem Power-User über die Schulter schauen, ganz aus dem Häuschen geraten und sagen: Genau dafür haben wir diese Funktion entwickelt!
Ulrich Strecker (43) aus Rastatt ist so ein Power-User. Was macht den Bauingenieur zum CAD Ausnahmekunden?

Ingenieurbüro Strecker

Das Ingenieurbüro Strecker (IBS) in Rastatt ist ein überregional bekannter und hochgeschätzter Dienstleister für Abrechnung, Vermessung und Massenermittlung. Das Büro erstellt auch 3D-Modelle für die Maschinensteuerung sowie Visualisierungen von topographischen Geländeaufnahmen. IBS hat vor Kurzem sein Leistungsportfolio um Aufmaße per Drohnenbefliegung erweitert. Kennenlernen durfte ich Ulrich Strecker auf dem DATAflor Aufmaßtag im März 2015 in Göttingen, dort hatte er einen spannenden Vortrag gehalten und dem Fachpublikum einen Blick auf seine Arbeitsweise beim Arbeiten mit CAD LANDXPERT gegönnt.

Großbaustelle in Östringen
Dipl.-Ing (FH) Ulrich Strecker (links) mit Sandro Wolff auf der Großbaustelle in Östringen, auf dem Dach des Baucontainers wurde eine GPS-Basisstation eingerichtet. | Foto: IBS

Von der Theorie zur Praxis

Sehr beeindruckt hatte mich persönlich Streckers mathematische Kreativität, aber auch das Stichwort „Maschinensteuerung via CAD-Aufmaß“. Ich weiß, dass das funktioniert, ich weiß, wie das funktioniert, aber ich habe das noch nie gesehen und erlebt. Also lud ich mich kurzerhand noch während des Aufmaßtages zu Ulrich Strecker nach Rastatt ein. Vor Ort hatte ich die glückliche Gelegenheit, mir zwei Großprojekte anzuschauen, bei denen das Ingenieurbüro die Bauleitung hat bzw. die vermessungstechnische Betreuung leistet. Besonders interessant für mich: wie werden die Daten aus unserem Digitalen Geländemodell in der Praxis für die Maschinensteuerung genutzt?

Östringer Industriepark

Zwischen den Ballungsräumen Karlsruhe und Heidelberg/Mannheim liegt die Stadt Östringen. In verkehrsgünstiger Lage an der badischen Weinstraße entsteht der Östringer Industriepark. Auf dem 46 Hektar großen Areal sollen Produktions-, Büro- und Lagerflächen für Gewerbe- und Industrieunternehmen entstehen. Für die ausführende Firma, Himmel Bau GmbH & Co. KG aus Rastatt, hat IBS Strecker hier die Bauleitung übernommen. Im Fokus liegt vor allem die Herstellung der Kanal- und Versorgungsleitungen. Insgesamt sind über 5 km lange Kanalrohrtrassen zu fertigen, dabei fallen über 9.000 cbm Grabenaushub an. IBS Strecker hat dafür die Daten der 2D-Planung als 3D-Linien für den Bagger mit Dual GPS aufbereitet und die Maschinensteuerung auf der Baustelle eingerichtet und betreut.

Punkteaufmaß im Gelände
Das Punkteaufmaß mit dem GPS-Rover bringt eine Genauigkeit von 2-3 cm in der Höhe, die eigne Position lässt sich auf dem CAD-Plan am Display verfolgen. | Foto: IBS

Deutsche Bahn, Tunnel Rastatt

Im Rahmen des Ausbaus der Bahnstrecke Karlsruhe-Basel befindet sich das Tunnelbauprojekt Rastatt. Mit einer Gesamtlänge von 4.720 Metern unterquert der Eisenbahntunnel das gesamte Stadtgebiet Rastatt. Der Baubeginn des Tunnels, der für den Fern- und Güterverkehr genutzt werden soll, war 2013 - die Inbetriebnahme ist für 2022 geplant. Zu den Erd- und Tiefbauarbeiten gehören vor allem das Herstellen von Baugruben, Schächten und Grundwasserwannen über und unter Wasser. Insgesamt ergibt sich ein Volumen von ca. 250.000 Kubikmeter Erdarbeiten bei einer Summe von ca. 10 Millionen Euro. IBS Strecker wurde hier von der Firma Schleith GmbH aus Rheinfelden mit dem Aufmaß der Erd- und Tiefbauarbeiten sowie der Planumkontrolle über und unter Wasser mit Tachymeter, GNSS Rover und Echolot beauftragt.

Haldenaufmaß per Drohne

Außerdem wurden Haldenaufmaße auch mittels Drohnenbefliegung durchgeführt und mit dem Digitalen Geländemodell von DATAflor CAD weiterverarbeitet und ausgewertet. Auf beiden Großbaustellen sind Baufahrzeuge mit 3D-Maschinensteuerungssystemen ausgestattet und nutzen die CAD-Planungsdaten zur Herstellung der vorgegebenen Geländekontur. Dadurch entfallen viele sehr zeitaufwändige, manuelle Vermessungsarbeiten und Absteckungen zur Positionierung und der Ermittlung von Soll- und Ist-Maßen. Insgesamt werden die Arbeitsabläufe um ein Vielfaches optimiert und beschleunigt. Aber wie genau funktioniert das und wie arbeitet so ein CAD-gesteuerter Bagger?

Bildschirm zur Kontrolle der eigenen Position im Gelände
Auf dem Monitor sieht derFahrer die Position der Maschine im Gelände. Zusammen mit allen relevanten Planungsdaten kann er nun entlang einer Bauachse zentimetergenau arbeiten. | Foto: DATAflor

Maschinensteuerung via CAD

Die „Hardware“: Zur Positionsbestimmung auf der Erde wird mit dem „globalen Navigationssatellitensystem“ (GNSS) gearbeitet. GNSS kann man sich am besten vorstellen als Bündelung bestehender und künftiger globaler Satellitensysteme. Um eine Position in Zentimetergenauigkeit zu erhalten, sind entsprechende Korrekturen nötig. Diese werden entweder per Funk von einer lokalen Basisstation an die Maschine übermittelt oder kommen via Internet von einem Korrekturdatendienst. Bei größeren Bauprojekten und mehreren Maschinen empfiehlt sich eine fest eingemessene Basisstation mit GPS-Antennen. Mit handgeführten GNSS-Rovern werden parallel Aufmaße, Absteckungen und Höhenkanten durchgeführt. Mit solchen Handgerätesystemen wird eine hochgenaue Punktmessung erreicht. Über eine mitgeführte Kontrolleinheit werden die Messdaten der GNSS-Geräte erfasst und können zur weiteren Bearbeitung im Büro abgeliefert werden.

Zentimetergenaues Arbeiten

Die Aufmaßdaten lassen sich dann im CAD-System zu komplexen 3D-Geländemodellen verarbeiten und weiter modellieren. Die neuen Planungsdaten können nun wiederum zur Maschinensteuerung, zum Beispiel für einen entsprechend konfigurierten Bagger oder eine Raupe, auf der Baustelle verwendet werden. Aushub oder Abtrag, Planie oder Böschungsmodellierung, Gräben oder Dämme werden jetzt sehr präzise und bei gleichzeitig hoher Geschwindigkeit im Gelände hergestellt. Über einen kleinen Monitor in der Kabine der Baumaschine wird das Geländemodell geladen und dargestellt. Der Fahrer sieht die Position der Maschine im Gelände. Zusammen mit allen relevanten Planungsdaten kann er nun entlang einer Bauachse zentimetergenau arbeiten.

Digitales Geländemodell für die Maschinensteuerung
Jeder Maschinensteuerung liegt ein Digitales Gländemodell (DGM) zugrunde. Eingefärbte  Höhenlinien unterstützen den CAD-Planer bei der Plausibilitätskontrolle der Meßdaten. | Foto: IBS

Der Praxistest

Soweit die Theorie. Und in der Praxis? Ich durfte es ausprobieren! In der Führerkabine des Baggers habe ich statt nur einer visuellen Referenz (die Baggerschaufel) nun zwei Bezugspunkte für meine Aufmerksamkeit: die echte Baggerschaufel draußen und die digitale Baggerschaufel auf dem Monitor. Draußen sehe ich, was ich tue, auf dem kleinen Monitor sehe ich, was genau ich tun muss und was ich schon geschafft habe. Schnell habe ich mich an die Steuerung gewöhnt und beginne, die digitalen CAD-Vorgaben analog abzuarbeiten. Sogar ich als Landschaftsbauer, der schon lange aus der Praxis heraus ist, erreiche nach kurzer Einarbeitungszeit eine erstaunliche Arbeitsgeschwindigkeit.