Bauindustrie 4.0: Smarter Straßenbau mit intelligenten Baumaschinen

Das Projekt SmartSite schließt mit dem "Final Demonstrator" die dreijährige Forschungs- und Entwicklungsphase ab.

Schneller zum qualitativ hochwertigen Fahrbahnbelag: Vernetzte Straßenbaumaschinen mit intelligenter Steuerung optimieren den Bauprozess. An dieser Vision haben die SmartSite-Kooperationspartner drei Jahre lang gearbeitet. Auf der Landesstraße L1205 im schwäbischen Filderstadt testete das SmartSite-Team nun die Ergebnisse aus dem Forschungsprojekt. Folgende zentrale Ergebnisse konnten während des Final Demonstrators erfolgreich evaluiert werden:

• Verfahren der verteilten Künstlichen Intelligenz zur Realisierung sich selbst abgestimmender Logistikketten im Asphaltbau - vom Mischwerk bis zur Verdichtung,
• Berechnungsalgorithmen und Visualisierungstechniken für ein Assistenzsystem für Walzenfahrer auf Basis von Künstlicher Intelligenz,
  
• Soft- und Hardware-Innovationen für selbständig fahrende Asphaltfertiger und
• Cloud-basierte BIM/5D-Planungs- und Dokumentationsplattformen inkl. (mobiler) Dash Boards für die rollenbezogene Visualisierung prozessrelevanter Informationen.

Die einzelnen Teilsysteme interagierten im Rahmen der Bauausführung auf der Basis von standardisierten Schnittstellen. Vorteile gegenüber dem heutigen Stand der Baupraxis waren:

• deutlich weniger logistikbedingte Fertigerstillstände,
• wesentliche Verbesserungen in Bezug auf die Just-In-Time-Ankunftstaktung der Materialien,
• signifikante Vorteile im Hinblick auf einen gleichmäßigeren Einbau,
• deutliche Erhöhung der Homogenität der Verdichtung,
• umfassende Verbesserungen der Baustellenkommunikation, der Prozessdokumentation sowie der Prozessvisualisierung.

Insgesamt zeigte der Einsatz des SmartSite-Systems eine grundlegende Verbesserung, Verschlankung und Automatisierung der Bauabläufe sowie deren Überwachung und Dokumentation.

Die über die Dauer des Projekts entwickelte offene Plattform ermöglicht die Vernetzung der Baumaschinen und deren intelligente Steuerung. Dafür werden Daten von externen Anlagen wie dem Asphaltmischer, von der Baustellenumgebung und von externen Faktoren wie beispielsweise Staus gespeichert und allen Akteuren der Baustelle zur Verfügung gestellt. Intelligente Baumaschinen können dadurch selbständig und auch untereinander agieren und sich auf die Anforderungen einstellen.

Auf einer Landstraße im Kreis Esslingen hat das Projekt kürzlich die erfolgreiche Anwendung der Cloudlösung beim „Final Demonstrator“ präsentiert. Auf einer realen Baustelle bekamen die Veranstaltungsbesucher, darunter der baden-württembergische Verkehrsminister Winfried Hermann, am 21. und 22. September 2016 einen Einblick in die Abläufe. An vier Stationen – von der Asphaltherstellung über Logistik und Einbau bis hin zur Verdichtung – wurde unter anderem der intelligente Informationsaustausch zwischen den Baumaschinen demonstriert. Auch den Umgang mit möglichen Störungen bekamen die Zuschauer zu sehen. Zuletzt demonstrierte SmartSite, wie Verbesserungs- und Einsparungspotenziale erkannt werden können.

Mit einem Asphaltfertiger, einem Beschicker, drei Asphaltwalzen und einer Flotte 21 Thermomulden LKW wurden 4,7 km Landstraße gebaut. Das SmartSite System hat dabei von der Planung der Einbautaktung über die Logistiksteuerung der LKW-Flotte bis hin zur automatisierten 3D-Steuerung des Asphaltfertigers und der Asphaltwalzen die Steuerung aller Prozessschritte im Asphaltstraßenbau abgebildet.

Von einem Leitstand in der Nähe der Baustelle aus wurde das SmartSite System gesteuert. Die LKW-Flotte wurde über Navigationsgeräte automatisiert über ihre Fahraufträge informiert, der Fertigerfahrer hat über ein mobiles Endgerät eine zu fahrende Geschwindigkeitsempfehlung erhalten, den Walzenfahrern wurde über einen Display die idealen Walzpfade und ihre derzeitige Abweichung davon angezeigt und der Prozessmanager und Bauleiter konnten über ein beliebiges mobiles Endgerät alle diese Informationen jederzeit abrufen und sich über das Baugeschehen informieren.

SmartSite hat über die reine Visualisierung der digitalisierten Baustelle hinweg auch proaktive Komponenten entwickelt, sodass Lieferaufträge für die LKW-Flotte automatisiert generiert und optimiert, die Walzpfade dynamisch am Bauprozessgeschehen orientiert aktualisiert und die ideale Einbaugeschwindigkeit des Asphaltfertigers für die nächste Stunde präzise vorhergesagt wurde.

Präzise Sensordaten und die vorhersageorientierte Bauprozesssteuerung konnte in einem weiteren Schritt dazu verwendet werden die Maschinen autonom zu steuern. Bei dem Final Demonstrator von SmartSite konnte dabei sowohl die Einsatzfähigkeit einer automatischen Bohlensteuerung am Asphaltfertiger als auch eine vollautonome – fahrerlose – Steuerung der Asphaltwalze getestet und vorgeführt werden.