SMARTSITE

Kurzsteckbrief

Im Straßenbau stellt insbesondere der Prozess der Asphaltierung einen der kritischsten Schritte dar. Kleinste Fehler führen zu erheblichen Qualitätsmängeln, die meist erst nach Abschluss der Arbeiten festgestellt werden können. Gründe sind die Vielzahl rechtlich und wirtschaftlich unabhängiger Akteure, fehlende Kommunikationsstandards, die ungenügende Sensorik, die lückenhafte Vernetzung und Aufbereitung existierender Daten und die bisherige geringe Autonomisierung.

Mit der von dem Projekt SMARTSITE entwickelten Cloudplattform wird nun zur Optimierung des Straßenbaus beigetragen. Die intelligenten Steuerungssysteme für autonom agierende Baumaschinen und Anlagen sind zugleich in der Lage, entlang der gesamten Logistikkette zu kooperieren. Die offenen und flexiblen Software-Plattformen für intelligente Baustellennetze, Bauprozesssteuerungen, autonome Baumaschinen und -anlagen führen zu einer Automatisierung von bestehenden dezentralen Einzelsystemen und deren Vernetzung untereinander sowie mit der Baustellenumgebung auf Basis von einheitlichen Standards. Der verbesserte Informationstausch und die Informationsbereitstellung über die Baustellengrenze hinweg führt eine deutliche Verbesserung der Qualität und der ökonomischen sowie ökologischen Effizienz von Bauvorhaben.

Szenario

Zur Entwicklung des Systems wurde zunächst die gesamte Wertschöpfungskette von Bauprozessen untersucht und dabei Optimierungsbedarf in den Bereichen der Logistiksteuerung, des Einbaus, der Verdichtung des Asphalts mittels Walzen sowie in der Analyse und Dokumentation festgestellt.

Als Anwendungsfall wurde das Modell einer Autobahnbaustelle betrachtet, bei der über einen Leitstand entsprechende Arbeitsaufträge an Baumaschinen und Anlagen übermittelt und zusätzliche Informationen bereitgestellt wurden. SMARTSITE entwickelte Algorithmen für eine autonome Steuerung einzelner mobiler Baumaschinen und deren Koordination. Die autonome Steuerung reagierte dabei in Echtzeit auf die aktuellen Umweltbedingungen (Niederschlag, Temperatur, Wind etc.), Materialbeschaffenheiten (z. B. Temperatur und Dichte des Asphalts, Verdichtungsdicke) und Maschinenzustände (z. B. Position, Belade- zustände), um das beste Auftrags- und Verfestigungsergebnis zu erzielen. Für eine qualitätsgetriebene Steuerung wurden unterschiedlichste Sensoren in das Baumaterial, in die Baumaschinen selbst, aber auch in die Umwelt integriert und mit externen Informationen wie Wetterdiensten oder Staumeldungen zu einem sogenannten Smart Dust zusammengeführt.

Die Entwicklung von einheitlichen Standards für den Informationsaustausch und die Informationsbereitstellung über die Baustellengrenze musste dabei ebenso beachtet werden. Denn ein solches Baustellennetz verlangt ein zuverlässiges und sicheres Kommunikationsnetzwerk, in das sich unterschiedlichste Elemente und Prozesse dynamisch auf einheitlichen Standards basierend einfügen können. Die kontinuierlich erfassten Daten dienten nicht nur der intelligenten Steuerung der Baumaschinen, sondern auch einer effizienten Überwachung und lückenlosen Dokumentation des gesamten Bauprozesses für alle Beteiligten, vom Maschinisten über den Bauleiter bis zum Auftraggeber.

Auf alle Prozessschritte kann durch cloudbasierte Dienste über mobile Endgeräte jederzeit orts- und zeitungebunden zugegriffen werden. Zusätzlich können intelligente Optimierungsalgorithmen mit Hilfe des Baustellennetzes entlang der gesamten Wertschöpfungskette im Straßenbau – von der Asphaltmischanlage über die Transportlogistik hin zur einzelnen Baumaschine – die Effizienz des Energie- und Ressourcenverbrauchs erhöhen.

Die beschriebenen Innovationen wurden in unterschiedlichen Simulationen, Experimenten und realitätsnahen Anwendungsszenarien eines Pilotprojekts im Feld erprobt. Auf einer Landstraße im Kreis Esslingen hat das Projekt die erfolgreiche Anwendung der Cloudlösung auf einer realen Baustelle eingesetzt. An vier Stationen – von der Asphaltherstellung über Logistik und Einbau bis hin zur Verdichtung – wurde unter anderem der intelligente Informationsaustausch zwischen den Baumaschinen erprobt. Auch der Umgang mit möglichen Störungen wurde dabei getestet. Zudem wurde dabei demonstriert, wie Verbesserungs- und Einsparungspotenziale erkannt werden können.

Wege in die Praxis

Am Straßenbau beteiligte Unternehmen haben durch die Ergebnisse des Projekts SMARTSITE einen enormen Mehrwert. Sowohl Dienstleister als auch Baumaschinenher¬steller können auf Grundlage der Projektergebnisse ihre bestehenden Baumaschinen, Bau¬sensorik und Kommunikation aufwerten sowie das Angebot von Dienstleistungen für die Baustellensteuerung und Bau¬stellenplanung erweitern. Bauunternehmer können ihre Wettbewerbsfähigkeit insbesondere durch die Verbesserung der Qualität des gesamten Bauprozesses sowie die Möglich¬keit einer lückenlosen Dokumentation erhöhen. Dies kommt auch der Gesamtwirtschaft und insbesondere öffentlichen Auftraggebern entgegen, da durch die in SMARTSITE ent¬wickelten Technologien zum einem die Notwendigkeit von Nachbesserungen sowie der Aufwand für die Instandhaltung reduziert und damit Kosten eingespart werden können.

Konsortialpartner: Drees & Sommer Infra Consult und Entwicklungsmanagement GmbH (Konsortialführer), ceapoint aec technologies GmbH, Ed. Züblin AG, Universität Hohenheim, TOPCON Deutschland Positioning GmbH, Ammann Verdichtung GmbH