More than BIM

Die RSRG nutzt neben BIM verschiedene neue Technologien, um ihren KUND:INNEN in jeder Projektphase die bestmöglichen Lösungen anzubieten.

Damit die Bahn schnell, verlässlich und sicher performen kann, braucht sie perfekt aufeinander abgestimmte Systeme: dauerhafte Ingenieurbauwerke, hochbelastbare Fahrwege, Anlagentechnik zur Energieversorgung, Kommunikation, Zugsicherung und Züge, die zum einen für den Transport von Frachten ausgelegt sind, aber auch mit Hochgeschwindigkeit Personen transportieren können. Die Aufgaben und Fachdisziplinen in der Planung, im Bau und im Unterhalt sind vielfältig und erfordern die Koordinationen von unzähligen Schnittstellen.  

Um das zu gewährleisten, setzt Rhomberg Sersa seit einigen Jahren schon auf BIM und GIS, als „Datencontainer für Geo- und Bauwerksinformationen“. 

Für ein „High Performance“-Projekt reicht es jedoch nicht, BIM auf die Planungsphase zu begrenzen. Das Modell unterstützt in allen Phasen des Baus und vermehrt auch im Unterhalt. Das Sammeln dieser Daten wiederum hilft dabei, zukünftige Planungen zu optmieren. Daher ist es wichtig, in Projektzyklen und nicht allein in Phasen zu denken. Die RSRG tut dies und setzt auf „BIM/GIS along the Life Cycle“.  

Den Verantwortlichen ist bewusst, dass es noch ein weiter Weg ist, bis bei allen Stakeholdern BIM seine volle Performance entfalten kann. Daher benötigt es für die Erarbeitung der richtigen Lösungen und in der Befähigung, neben der Entwicklung von Software, immer auch den Fokus auf den Menschen, damit BIM ähnlich wie der Computer „Business as usual“ wird.  

Als Baufirma ist die RSRG während des gesamten Zyklus der Herstellung eines Bauwerkes damit beschäftigt, den Bauablauf zu planen, errichtete Abschnitte zu kontrollieren, Grundlagen für deren Verrechnung zu schaffen sowie dem Kunden nicht nur das reale, sondern auch ein digitales Objekt zu übergeben, damit in weiterer Folge Betrieb und Unterhalt effizient durchgeführt werden können. Für all diese Aufgaben stellt das Reality-Capture-Team Werkzeuge und Dienstleistungen für die Digitalisierung zur Verfügung – Drohnen, Laserscanner sowie Software – mit denen die Messdaten in 3D-Punktwolken umgewandelt werden, welche noch dazu auf Zentimeter genau ihre Position auf der Erde kennen. 

Diese Punktwolken werden in einem weiteren Prozess in einzelne, abstrakte Objekte zerlegt, welche die verschiedenen Bauteile repräsentieren. Diese Objekte können einerseits mit zusätzlichen Informationen – Art, Typ, Baujahr und anderen Details – versehen werden, andererseits mit ihren geplanten geometrischen Verhältnissen (Modellen) verglichen werden, um signifikante Abweichungen zu erkennen. 

Die Punktwolke ist nur eine von mehreren Quellen, um zu einem 3D-BIM-Modell zu gelangen. Aus technologischer Sicht ist es das Mittel der Wahl, um eine Momentaufnahme aus der Realität in ein virtuelles Modell zu überführen, wo es mit seinen enthaltenden Informationen dem jeweils nächsten Prozessschritt dient. Das kann eine Bestandsaufnahme zu Beginn der Projektierungsarbeiten sein, eine Momentaufnahme des Bauzustandes oder eine Abschlussdokumentation des ausgeführten Werkes. 

Das 3D-BIM-Modell ist der sichtbare Ort des Datenmodells eines Projektes, ausgestattet mit Einzelobjekten als geometrische Repräsentanten der Realität. Die RSRG reichert diese Objekte über die gesamte Projektphase mit Daten und Attributen an, welche für die nachfolgenden Prozesse bzw. ihre Kunden am Ende des Projektes für die Datenübergabe relevant sind.  

Gerade in den Projekten, bei denen die RSRG sowohl für die Planung als auch für die Ausführung verantwortlich ist, kommen die Potenziale einer Datendurchgängigkeit über den gesamten Prozess voll zum Tragen. Diese Potenziale können durch die Prozesse und mithilfe der BIM-Modelle umgesetzt werden. 

Durch Programmierungen und Parametrik können bei der RSRG bereits viele Teilschritte der Modellierung automatisiert erfolgen. Durch sog. „Quality Gates“ wird dann an neuralgischen Prozesspunkten das Modell auf seine Konformität und seine fachlichen Inhalte geprüft. 

Sämtliche Informationen, die im Laufe der Projektphasen entstehen, angepasst, bereitgestellt oder archiviert werden sollen, werden in einer zentralen Datenbank organisiert. Alle Objekte in diesem Datenmodell finden ihren geometrischen Repräsentanten im BIM-Modell der RSRG. Über das Model-Data-Management kann so die gesamte Dokumentation bauteilbezogen organisiert und die objektbezogenen Daten den Prozessen und Systemen phasengerecht zugänglich gemacht werden. Im Projekt-CDE (Common Data Environment) stehen die Modelle und ihre Informationen allen Projektbeteiligten zur Verfügung und können weiter angereichert werden. 

Geografische Informations-Systeme (GIS) sind Werkzeuge, die es den Nutzern ermöglichen, auf Daten von Objekten, welche auf Karten dargestellt werden, zuzugreifen. Der Nutzer sieht somit sowohl den Ort dieser Objekte als auch Eigenschaften, die in diesen Objekten gespeichert sind. 

Die RSRG nutzt GIS im Bauprozess für die Verfügbarkeit von Daten direkt an der Baustelle. Damit stehen den Ausführenden Informationen über die genaue Position von Bauteilen oder die Abmessungen sowie andere Eigenschaften wie Gewicht oder Material zur Verfügung. Ebenso können Informationen, die während des Bauprozesses entstehen, in das GIS geladen werden. Dazu gehören Fotos, Anmerkungen oder auch Messdaten über die hergestellte Geometrie. 

Ebenso nutzen RSRG-Kunden für Betrieb und Unterhalt ihrer Gleisinfrastruktur derartige Informationssysteme. Nicht nur die Örtlichkeit einzelner Objekte, sondern auch detailliertere Informationen wie Alter, Typ und Anleitungen für Wartung bzw. Reparatur sind im Anlagen-GIS abrufbar. 

Costing 

Bei der Durchführung von Projekten, ist es für Kunden und Auftragnehmer  von entscheidender Bedeutung, dass bei der Kalkulation alle relevanten Kosten enthalten sind und bekannt ist, wann diese im Projektverlauf anfallen. 

Durch BIM ist die RSRG in der Lage, Modelle in ihr Technisches ERP einzuladen, um anhand von Objekten automatisch Massen zu ermitteln, Leistungsverzeichnisse zu erstellen, und diese mit der Standardkalkulation zu verknüpfen. Eine  Verknüpfung der Bauteile mit dem Vorgangsmodell erlaubt es, den Verlauf von Bauwerkserstellung und “Cash Flow” darzustellen, sowie die Abrechnung weitestgehend zu automatisieren.  

Für diese Art der Automatisierung ist es notwendig, Standards in der Modellierung und den Leistungsverzeichnissen zu generieren. Hier bedarf es einer engen Kooperation zwischen Auftraggebern, Softwareanbietern und Auftragnehmern, um die Vorteile der «Modellbasierten Kostenermittlung und Kontrolle» nachhaltig zu heben.  

Digital Engineering 

Insbesondere in kurzen Sperrpausen ist die Planung des optimalen Bauablaufes und Bauverfahrens sowie der benötigten Ressourcen von entscheidender Bedeutung für den Projekterfolg.  

Die RSRG setzt daher auf die modellbasierte Prozessplanung und Simulation von Bauverfahren im “virtuellen Sandkasten”. In Zukunft werden die Bauprojekte im Modell in ihre Einzelteile strukturiert (Systembreakdown Structure – SBS) und in der Software mit den möglichen Bauverfahren und ihren notwendigen Arbeitsschritten verknüpft (Workbreakdown Structure – WBS). Die einzelnen Arbeitsschritte (Sequenzen) enthalten Informationen bzgl. notwendiger Ressourcen (Geräte und Personal). Die Dauer der einzelnen Arbeitsschritte kann zum einen durch Simulationen aus Leistungsdaten der Geräte, zum anderen mit den Aufwandswerten aus Erfahrungen simuliert werden. Die 4D-Visualisierung hat den Vorteil, dass jeder schnell die Bauaufgabe und die Planung versteht. Unter erfahrenen Fachleuten entsteht sehr schnell eine Diskussion über Optimierungspotenziale. Neben der visuellen Optimierung, entwickelt die RSRG Simulationen auf Grundlage eines Datenmodelles, die auf verschiedene KPIs wie Zeit, Kosten, CO₂-Verbräuche, Ressourcenbedarf etc. optimiert werden können.  

Da in der Bauwelt öfter mal Dinge nicht nach Plan laufen, schafft die RSRG durch Sensorik einen Digitalen Zwilling der Bauausführung. Aktuell hat der Bahntechnikspezialist beim Koralm-Projekt seine Lokomotiven mit GPS-Sendern und RFID-Transpondern ausgestattet, die Positionsdaten live senden. Aus diesen Logdaten werden Leistungsdaten ermittelt, die die Grundlage für weitere Planungen, zum Beispiel der Fahrpläne, liefert.  

Digital Construction 

Im Zuge der Projektdurchführung, fallen neben der eigentlichen Bautätigkeit viele administrative Aufgaben im Baustellenmanagement an: Die Leistungen werden dokumentiert und abgerechnet. Die Qualität von Bauteilen wird geprüft und dokumentiert. Die Ausführungsplanung wird koordiniert, Baustellenteams werden mit aktuellen Plänen, Modellen und Spezifikationen versorgt… 

Die RSRG setzt dafür auf Baustellenmangement-Plattformen, die möglichst viele Funktionen abdecken – vom digitalen Bautagebuch und Berichtswesen über Zeiterfassung, Plan-, und Modellmanagement, Fotoverwaltung, Aufgabenverwaltung, Terminplanintegration, strukturierte Dokumentation des Baufortschritts bis hin zu Qualitätsplanung und -management. Durch horizontale und vertikale Prozessintegration auf der Plattform werden Systembrüche geschlossen und Teams, Prozesse sowie Informationen über Organisationsgrenzen hinweg verknüpft. Nachunternehmer und Kunden sind dazu eingeladen, auf der Plattform gemeinsam mit der Rhomberg Sersa Rail Group partnerschaftlich und transparent zusammenzuarbeiten. Die mobile Anwendung der Plattform ist um weitere verbundene Apps ergänzt und unterstützt auf High-End-Geräten wie Tablets und Smartphones auf der Baustelle bei alltäglichen Aufgaben. Die digitale, systematische Erfassung der Baustellendaten ermöglicht den Kunden einen guten Überblick über die Entwicklung der Baustelle. Die Auswertung der Daten verbessert die Vorbereitung und Durchführung zukünftiger Projekte. Alle relevanten Informationen im Projekt werden den Beteiligten dabei in Echtzeit zur Verfügung gestellt. 

QM – enabled by Reality Capture 

Reality-Capture-Werkzeuge für Qualitätssicherung gibt es viele. Wenn Hochpräzision im Millimeter-Bereich gefordert ist, kommen Robitik-Totalstationen zum Einsatz. Scanner liefern flächenhafte Beweismittel für die korrekte räumliche Lage und Ausdehnung einzelner Elemente. Schließlich liefern hochkomplexe Kreisel-/Beschleunigungssensoren automatisch Abweichungen zwischen SOLL und IST der Geometrie einer Gleisanlage. Alle diese Werkzeuge sind so konzipiert, dass sie durch Baupersonal in Betrieb gesetzt und bedient werden können. Die Ergebnisse stehen den verantwortlichen Personen über Web-Anwendungen zur Verfügung. 

Wie werden die Schiene, der Oberleitungsmast, das Signal, der Kabelkanal oder die Brücke an der vorgesehenen Position eingerichtet bzw. gebaut? Dazu bedarf es zweier Dinge. Erstens müssen die herzustellenden Objekte in Form eines Modells mit sämtlichen geometrischen Informationen vorliegen – das wird durch die Vermessungsingenieur:innen der RSRG vorbereitet. Zweitens muss es einfach zu bedienende Werkzeuge geben, die durch das Personal an der Baustelle bedient werden können - das sind Robotik-Totalstationen oder zentimetergenaue GNSS-Empfänger mit zugehöriger Software. Die vorbereiteten Grundlagen gelangen via Internet auf diese Geräte im Feld. 

Eine andere Art, Modelle im Feld zu nutzen, ist Augmented Reality. Dabei werden die digitalen Modelle lagerichtig in reale Bilder auf Smartphones oder Tablets projeziert. Auch Spezialbrillen lassen so eine Art der Überlagerung von realer Umwelt und digitaler Objekte zu. Zwar kann damit keine genaue Positionierung erzielt werden, jedoch werden zukünftige oder versteckte Bauteile so dargestellt, dass die handelnden Personen eine Vorstellung erhalten, wie das Bauwerk aussehen wird oder wo unterirdische Anschlüsse liegen. 

Maschinensteuerung 

Sobald das Bau- bzw. Ausführungsprojekt abschließend definiert und abgestimmt ist, werden aus dem BIM-Modell alle relevanten Daten für die Absteckungsarbeiten und die 3D-Maschinensteuerung generiert. Durch die vorgängig geleistete Arbeit in der Modellierung geschieht die Erzeugung dieser Daten vollautomatisch. Die Daten werden durch die RSRG-Datenplattform auf dem jeweiligen Projekt zur Verfügung gestellt und können dort direkt vom jeweiligen Equipment genutzt werden. Der spätere Abgleich der IST-Daten mit den projektierten SOLL-Daten wird ebenfalls automatisiert dem Kunden zur Verfügung gestellt und dient als Teil der Baudokumentation. 

Robotik 

Neben der Ausstattung der klassischen Baugeräte mit Maschinensteuerung zur Unterstützung des Geräteführers, pilotiert die RSRG auch autonome Roboter.  

Erstes Anwendungsfeld ist das Bohren von Löchern, zur Installation von elektrotechnischen Anlagen in Tunneln. Pro Meter müssen mehrere Löcher in hochfeste, bewehrte Tübbinge gebohrt werden. Das Markieren und das Bohren finden aktuell manuell statt. Aufgrund der Lage der Löcher (Boden & Ulme), sowie der Vibration des Schlagbohrers, ist die Arbeit für die Mitarbeitenden aber ergonomisch belastend. Daher soll diese Aufgaben in Zukunft Robotik übernehmen. 

Im ersten Schritt wird die Örtlichkeit mittels Scanner aufgenommen und modelliert. Auf dieser Grundlage werden das Bohrprofil (Lage, Winkel und Durchmesser) erstellt und der Ablauf simuliert. Aufgrund der Vektorinformationen wird dann der Borhrroboter angesteuert, der autonom die Löcher bohrt. Bisherige Tests haben gezeigt, dass die Robotik auf den Baustellen auf einem guten Weg ist. Die Technik ist anwendungsreif, die Lagegenauigkeit sehr gut. Im nächsten Schritt werden die Gerätetechnik und die Prozesse so optimiert, dass eine breite Anwendung auch wirtschaftlich möglich wird. 

Unterhaltsmanagement 

Das über alle Projektphasen stetig angereicherte BIM-Modell stellt am Ende des Projektes in Form eines „As-built-Models“ das Lieferobjekt an den Kunden dar. Hier sind sämtliche bauhistorischen Angaben sowie die Dokumentation zur Qualitätssicherung objektbezogen enthalten. Die abschließende vermessungstechnische Dokumentation ist ebenfalls Grundlage des geometrischen BIM-„As-built“-Modells. So erhält der Kunde zum Abschluss des Projektes einen hervorragend dokumentiertes, digitales Abbild der gebauten Realität. 

Dieses Modell könnte mit Fug und Recht als „digitaler Zwilling“ bezeichnet werden. Die Verantwortlichen der RSRG nehmen aktuell davon allerdings noch Abstand: „Erst, wenn die Anlage mit entsprechender Sensorik für die permanente Überwachung ausgestattet wird und die bidirektionale Kommunikation der Anlage mit seinem digtialen Abbild funktioniert, sprechen wir von einem echten ‚digitalen Zwilling`“, erläutert Ralf Sommer, Project Manager BIM Implementation. „Aktuell erlaubt das Modell unseren Kunden zwar bereits einen permanenten Überblick über den Anlagenzustand und dient für Erneuerungsmaßnahmen als ideale Planungsgrundlage. BIM ermöglicht allerdings einiges mehr. Hier haben wir alle aber noch einige Meter mehr zu gehen.“ 

Eisenbahninfrastrukturprojekte sind in der Regel sehr komplex. Um die anstehenden Bauaufgaben in den nächsten Jahrzehnten lösen zu können, braucht es eine integrale Projektausführung (IPD). Neben einer partnerschaftlichen Abwicklung setzt die RSRG dafür konsequent auf neue Technologien, wenn sie geeignet sind, die Qualität und die Effizienz zu erhöhen.