Digitalisierung des Baubetriebs im Tunnelbau

Abstract

Die Digitalisierung hat die Baubranche erfasst und verändert die bisherige Abwicklung von Bauprojekten auf grundlegende Art und Weise. Software-gestützte Prozesse begleiten und formen das neue Geschäftsmodell „Digitales Planen, Bauen und Betreiben“ über alle Projektphasen. Kernstück der digitalen Arbeitsmethode ist eine einheitliche web-basierte Datenplattform, die für alle Projektbeteiligten zugänglich ist und einen Informationsaustausch ohne Medienbrüche ermöglicht. Ein großer Mehrwert dieser integrativen Arbeitsmethode oftmals auch als Building Information Modeling (BIM) bezeichnet ist die hohe Kosten-, Terminund Qualitätssicherheit auf Grund der Betrachtung des Bauwerks-Lebenszyklus von Anfang an. Die Verknüpfung geometrischer und graphischer Daten in einem dreidimensionalen Bauwerksmodell sowie die Interaktion mit anderen relevanten Projektdaten und Dimensionen (z.B. Zeit oder Kosten) lassen ein komplexes Informationsmodell entstehen. Die digitale, zeitund ortsbasierte eindeutige Zuordnung der im Zuge des Baufortschritts anfallenden Informationen und Messwerte zu den entsprechenden geometrischen Beschreibungen aus der dreidimensionalen Modellierung generieren einen detaillierten Sollund Ist-Zustand des Bauwerks. Der Einsatz von selbstlernenden Algorithmen in Metamodellen nutzt das Informationsmodell zur Optimierung der Ausführungsphase und zur Erstellung von Prognosen. Der interdisziplinäre Ansatz des „Digitalen Planens, Bauens und Betreibens“ wird derzeit schrittweise in Forschungsund Pilotprojekten im Tunnelbaubetrieb getestet und analysiert. Im zyklischen Vortrieb liegt besonderes Augenmerk auf dem Einsatz von 3D-Laserscanning für die Erstellung einer Ausbruchsprognose und der Optimierung des Ausbruchsprofils. Die Digitalisierung des kontinuierlichen Vortriebs nutzt die digitale Aufzeichnung und Analyse vortriebsrelevanter Betriebsund Vermessungsdaten für die Optimierung des gerade zu durchfahrenden Tunnelabschnittes sowie die Prognose des kommenden Vortriebsabschnittes. Der Einsatz von BIM-Technologien in der Planungsund Bauphase steht an seinen Anfängen und erfordert für eine effiziente Umsetzung in der Zukunft klar vorgegebene rechtliche und politische Rahmenbedingungen. Die mit der Digitalisierung einhergehende Terminologie sowie Rollenund Leistungsbilder müssen klar definiert und in Form eines Forschungsund Ausbildungsplans entwickelt und realisiert werden. Die vorliegende Arbeit gibt einen Einblick in die Auswirkungen der Digitalisierung auf den Tunnelbaubetrieb. Der Vergleich zwischen der klassischen und der digitalen Tunnelbauabwicklung verdeutlicht die Chancen und Potenziale der Digitalisierung, zeigt jedoch auch die Schwierigkeiten in der Umsetzung und die neu zu bewältigenden Aufgaben. Im Ausblick werden Handlungsempfehlungen für eine erfolgreiche digitale Entwicklung des Tunnelbaubetriebs gegeben.

The digitisation has captured the whole building industry. Its profound impact is fundamentally altering the execution of construction projects right now. Software-supported processes are guiding and shaping the new business model „Digital Planning, Building and Maintaining“ throughout all project phases. Centrepiece of this digitised working method is a standardised web-based database which is accessible for all project members and enhances a continous information transaction. Due to the early approach of life-cycle-analysis the integrative working method the term Building Information Modeling (BIM) is often used as substitute guarantees a high degree of cost certainty, schedule reliability and quality assurance. The connection of geometric and graphic data in a three-dimensional building model as well as the interaction with other relevant project data and dimensions (for example time and costs) develops a complex information model. During the construction phase machine data, measurement data and a wide range of further information are integrated in the BIM model. The distinct locationand time-based attribution of the digitised collected data to the according geometric specifications of the model allows a continous comparison of the intended and the actual situation. The application of self-learning algorithms in meta models utilises the information model to optimise the construction period and to make predictions. The interdisciplinary approach of „Digital Planning, Building and Maintaining“ is currently step-by-step tested and analysed in research projects and pilot schemes in tunnelling operation. The application of 3D laser scanners in conventional tunnelling optimises the excavation profile and makes excavation forecasts. The digitisation of mechanised tunnelling benefits from the digital recording and analysis of all data relevant to the drivage like operating characteristics and measurement data. The data are used to optimise the operation of the current tunnelling sector and to make assumptions for the following excavation parts. The appliance of BIM-based methods during the planning and construction phase of tunnel projects is still at its beginning. The efficient implementation in the future requires precise legal and political frame conditions as well as a definition of the involved nomenclature, scope of work and role models. The achievement of this goals is actuated by the development and realisation of concrete research plans and training curricula. The present paper gives a general overview of the impact of the digitisation on the tunnelling operation. The comparison between the classical and digital settlement of the tunnel project clarifies the chances and potentials of the digitisation but also illustrates the difficulties of the implementation and the new tasks which have to be managed in the future. The outlook gives recommendations for further actions to achieve a successfull execution of digitised tunnelling projects in the future.