Bei der Sanierung der Schnellfahrstrecke Mannheim-Stuttgart werden Modelle aus der kinematischen 3D-Erfassung in der Software ProVI weiter verwendet – ein weiterer Schritt in Richtung BIM-Prozesse.
Die Schieneninfrastruktur in Deutschland kommt in die Jahre, und so steht auch auf der 1991 in Betrieb genommenen Schnellfahrstrecke 4080 zwischen Mannheim und Stuttgart demnächst die komplette Sanierung des Oberbaus an. Allein die technischen Daten zeigen, dass es sich um ein überaus anspruchsvolles Projekt handelt: Von der knapp 100 Kilometer langen Strecke verlaufen etwa 30 Kilometer durch Tunnel, zudem gibt es dort mehr als 90 Brückenbauwerke und 115 Weichen. Der Baubeginn ist für 2020 angesetzt. Der Betrieb auf der viel befahrenen Strecke soll natürlich in der Planungsphase so wenig wie möglich beeinträchtigt werden.
Zur visuellen Unterstützung zeigt ProVI die bei der Befahrung aufgenommenen Bilder synchron zum Stand auf der Streckenachse in einem separaten Fenster. Foto: OBERMEYER
Mit der Planung einschließlich Grundlagenerhebung und Ausschreibung wurde eine ARGE aus der technisch federführenden Obermeyer Planen+Beraten GmbH (OPB) und der DB Engineering & Consulting GmbH (DB E&C) beauftragt. „Eine Aufgabe von dieser Komplexität erfordert zwingend innovative Planungsansätze“, sagt Marc Kückmann, Abteilungsleiter Schienenverkehrsanlagen von OPB. Somit beschloss man, sich bei den Planungen an der sogenannten BIM-Methodik zu orientieren. Dabei sollen alle Informationen digital in einem zentralen Datenmodell des Bauwerks gespeichert werden, dass dann prinzipiell über den gesamten Lebenszyklus als Wissensbasis für die unterschiedlichsten Prozesse dienen kann. „BIM spart erhebliche Zeit und Kosten“, erläutert Kückmann. „Vor allem aber sichert die modellbasierte Planung eine hohe Qualität – nicht zuletzt, weil sich alle Beteiligten von Beginn an auf dem gleichen Informationsstand befinden.“ Zum Einsatz kommt die Software ProVI von Obermeyer . Das Tool wurde im Zuge des anstehenden Projekts weiter in Richtung BIM entwickelt.
Grundlagen für die Planung
Die notwendigen Planungsdaten liefern bei Oberbauerneuerungen üblicherweise Streckenbegehungen. Konkret wird die Strecke mit einem Messrad abgelaufen und eine Hindernisliste sowie eine Fotodokumentation erstellt. Dieses Dokument wird später nachbearbeitet und stellt eine wesentliche Grundlage in der Planung dar. Weitere Tabellen, CAD-Pläne und andere Unterlagen ergänzen die Dokumentation. Marc Kückmann: „Der Begehungsaufwand für die SFS 4080 hätten bei etwa 60 Tagen gelegen.“ Die BIM-konforme Oberbauplanung basiert dagegen auf einer digitalen, kinematischen Erfassung der Strecke. „Hierdurch kann die klassische Begehung fast vollständig entfallen“, erklärt Projektleiter Kückmann. Die Schnellfahrstrecke Mannheim- Stuttgart wurde dazu auf beiden Gleisen jeweils zwei Mal mit einer Geschwindigkeit von bis zu 80 km/h befahren, für die Datenerfassung kamen unterschiedliche Technologien zum Einsatz: Acht Kameras liefern die Aufnahmen für die Fotodokumentation, ergänzend erzeugen zwei Laserscanner mit einer Messdatenrate von je einer Million Punkten pro Sekunde eine hochaufgelöste 3D-Punktwolke. Das System stammte von der Firma 3D Mapping Solutions GmbH. Die Daten eines Georadars vervollständigen die Bestandsaufnahme um Lageinformationen über die Schotterkante.
Von den Daten zum Modell
Bisher war für Sanierungsprojekte dieser Art bei der Deutschen Bahn die manuelle Bestandserfassung üblich. Durch das neue Vorgehen sparte man 60 Tage Begehungsaufwand. Foto: OBERMEYER
Die erfassten Grundlagendaten werden an ProVI übergeben und dort weiterbearbeitet. Aus den Schienenprofilen wird dabei zunächst eine Achse berechnet. Anhand dieser Achse kann eine virtuelle Begehung durchgeführt werden – die zuständigen Mitarbeiter „durchlaufen“ quasi die Punktwolke. „Diese läuft nach dem Vier-Augen- Prinzip mit einer abschließenden Qualitätskontrolle ab“, erläutert Marc Kückmann. Dabei geht es insbesondere darum, die für den späteren Umbauvorgang relevanten Streckenhindernisse, wie beispielsweise Signale, Weichenantriebe oder Kabelkanäle, zu erfassen und automatisch zu vermessen. Die einzelnen Stationen (punktuelle Hindernisse) und Bereiche (linienförmige Hindernisse) werden gepickt und attributiert.
Zur visuellen Unterstützung können bei ProVI die bei der Befahrung aufgenommenen Bilder synchron zum Stand auf der Streckenachse in einem separaten Fenster angezeigt werden. „Im Ergebnis erhält man ein konsistentes, datenbankgestützes Trassenmodell, das alle notwendigen Informationen sowie deren Abhängigkeiten untereinander enthält“, fasst Marc Kückmann zusammen – die Grundlage für eine BIM-konforme Planung.
Planen am Modell
Die Software kann daraus teilautomatisiert erforderliche Planungsdokumente, wie zum Beispiel Hindernislisten, Streckenbänder und 2D-Planunterlagen (Lagepläne, Höhenpläne, Querprofile) erzeugen und die benötigten Formulare erstellen. Entsprechende Schnittstellen gewährleisten den Import und Export der Daten, etwa für die Ausschreibung oder die Mengenermittlung.
Kückmanns Fazit ist eindeutig: „Das Datenmodell ermöglicht es, die beträchtlichen Datenmengen im gesamten Prozess besser zu handhaben“, sagt der Abteilungsleiter. „Bisher gehen viele Informationen zwischen den unterschiedlichen Beteiligten einfach deshalb verloren, weil sie aus den unterschiedlichsten Quellen zusammengeführt werden müssen – diese Aufgabe kann das Modell dem Menschen abnehmen:“
Die Methode des modellbasierten Arbeitens – da ist sich Kückmann ebenso sicher – kann dazu beitragen, dass Projekte im öffentlichen Infrastrukturbau schneller und besser durchgeführt werden können. Fehlende Kompetenzen, eine unzureichende Planung oder ein unvollständiges Risikomanagement könne diese Arbeitsmethodik aber nicht ersetzen.