Stuttgart (ABZ). – Das Stuttgarter Bauunternehmen Wolff & Müller fasst seine bisherigen Erkenntnisse beim Einsatz von Drohnen zusammen. Insbesondere in Verbindung mit BIM bietet die Technologie viele Vorteile. Doch nicht jedes Projekt ist für die Vermessung aus der Luft geeignet. Wolff & Müller will bis zum Jahr 2020 alle Prozesse, bei denen es sinnvoll ist, digitalisieren. Das Herzstück der Digitalisierungsstrategie ist das Planen und Bauen mit Building Information Modeling (BIM) – durch BIM wird der gesamte Lebenszyklus eines Bauwerks in einer zentralen Datenbank vereint. Neben BIM nutzt Wolff & Müller unterstützende Technologien wie Drohnen, Schweißroboter, die Vernetzung von Baumaschinen, das mobile Planungs- und Echtzeitsystem BPO sowie Virtual und Augmented Reality. Drohnen, auch als Multicopter oder UAV (unmanned aerial vehicle) bezeichnet, werden seit 2015 eingesetzt. Für Luftaufnahmen zur Vermarktung von Bauprojekten haben sie sich schon vielfach bewährt. Die Drohnenvermessung fällt hingegen noch in den Bereich Forschung und Entwicklung. Sie ergänzt und unterstützt die bewährten Methoden der Geländeaufnahme wie das Laserscanning, die GPS- oder tachymetrische Aufnahme. Aus den bisherigen Pilotprojekten mit Drohnen lassen sich folgende Erfahrungen ableiten. Wolff & Müller hat sowohl in die Technik (Drohnen-Marke DJI, Inspire 1, 12 Mpx) als auch in Auswertesoftware für Luftaufnahmen investiert, ebenso in Schulungen und Testprojekte zum Aufbau des erforderlichen Know-hows. Das Wissen und die Erfahrungen sind im Vermessungsteam der Wolff & Müller Tief- und Straßenbau GmbH & Co. KG am Standort Waldenburg gebündelt, das eng mit der zentralen Gruppe Digitalisierung/BIM am Hauptsitz Stuttgart zusammenarbeitet. Bei der Weiterentwicklung der Drohnenvermessung kooperiert Wolff & Müller mit Lufthansa Aerial Services powered by Lufthansa Consulting GmbH und mit spezialisierten Ingenieurbüros. Wolff & Müller hat Drohnen bisher in den folgenden Bereichen eingesetzt:
- Vermarktung von Bauprojekten: Bei mehreren Bauprojekten wurden Drohnen eingesetzt, um Fotos oder Filmez. B. für die interne und externe Kommunikation des Bauherrn und der Planungs- und Baubeteiligten zu erstellen. Die Drohnenbefliegung dokumentiert nicht nur den Baufortschritt, sie kann auch das fertige Bauwerk z. B. für Presseinformationen oder Imagefilme in Szene setzen. Ein Beispiel ist ein Videofilm zur Renaturierung der Rems in Winterbach im Auftrag des Bauherrn. Dazu wurde das Gelände zu verschiedenen Zeitpunkten mit exakt der gleichen Flugstrecke abgeflogen.
- Orthofotos: Mit Hilfe von Software werden die Luftbilder perspektivisch entzerrt oder fotogrammetrisch ausgewertet. So entstehen orthogonale, maßstabsgerechte Lagepläne und Draufsichten mit einer Genauigkeit von wenigen Zentimetern. Sie sind die einfachste Möglichkeit, das Baufeld ganzheitlich aus der Vogelperspektive zu betrachten. Orthofotos können bspw. für Übersichtslagepläne, zur Flächenermittlung oder zur Erstellung von Straßenmarkierungsplänen verwendet werden. Sie sind ideal geeignet, um den Soll- und Ist-Zustand eines Bauprojektes miteinander zu vergleichen. Planungsdaten wie z. B. Kanalschächte oder Fahrbahnränder lassen sich in das Orthofoto einblenden. Beispiele für Orthofotos sind der Markierungsplan der Bundesstraße B19 bei Westernach und die Dokumentation der Rems-Renaturierung bei Plüderhausen.
- Geländevermessung: Die Photogrammetrie ist eine etablierte Methode, um aus Luftbildern sogenannte Punktwolken zu erstellen. Die generierten 3D-Punktwolken lassen sich somit direkt in BIM-Software wie z. B. Autodesk Revit oder RIB iTWO civil übernehmen. Ein für den Drohneneinsatz ideales Bauprojekt war – wegen der großen Oberfläche – die Bundesgartenschau Heilbronn. Wolff & Müller war bei diesem Projekt für einen Großteil der Erd- und Straßenbauarbeiten zuständig, also z. B. das Bodenmanagement (Bergung von Kampfmitteln) und Erdarbeiten zur Modellierung des Geländes, einschließlich Errichtung eines 12 m hohen Lärmschutzwalls und Aushub zweier Seen. Das Bauunternehmen hat mit Drohnenkameras die Oberfläche aufgenommen, um einen besonders exakten Vorher-Nachher-Vergleich zu erstellen und die Massen zu ermitteln. Z. B. wurde zu Beginn und Ende einer Arbeitswoche mit Drohnen die Oberfläche abgeflogen und mit Hilfe entsprechender Software ein digitales Geländemodell erstellt. In diesem Modell ist die gesamte Oberfläche in mehrere kleine Baufenster unterteilt. Die Software berechnet dann für jedes Baufenster, wie viele Kubikmeter Erde innerhalb der Woche abgetragen wurden oder neu hinzugekommen sind. Auf diese Art und Weise ließ sich der Fortschritt der Bauarbeiten dokumentieren – als Nachweis für den Bauherrn und zur Qualitätssicherung.
Insbesondere in Verbindung mit BIM bietet die Geländevermessung mit Drohnen viele Vorteile. Mit in der Regel nur einer Befliegung erhält das Bauunternehmen in kürzester Zeit alle relevanten Daten der Geländeoberfläche – viel detaillierter als bei der herkömmlichen Vermessung.
Die Daten können bequem am Arbeitsplatz abgerufen und weiterverwendet werden. Durch die Zusammenführung des BIM-Modells mit dem Geländemodell bekommen die Planungs- und Baubeteiligten und der Bauherr eine sehr realistische Vorstellung davon, wie das spätere Bauwerk in seiner Umgebung wirkt. Sie können sich besser austauschen und fundiertere Entscheidungen treffen. Der erforderliche Erdaushub, die optimale Platzierung des Gebäudes auf dem Gelände und die nötigen Zufahrtswege lassen sich viel besser erkennen als mit den herkömmlichen 2D-Unterlagen. Im Vorfeld jeder Drohnenbefliegung muss Wolff & Müller in der Regel mehrere Genehmigungen von verschiedenen Stellen einholen. Die rechtlichen Rahmenbedingungen sind komplex. Es gilt die am 7. April 2017 in Kraft getretene "Verordnung zur Regelung des Betriebs von unbemannten Fluggeräten" zu beachten. Sie schreibt z. B. eine max. Flughöhe von 100 m vor. Höher dürfen Drohnen nur mit einer Ausnahmeerlaubnis der Landesluftfahrtbehörden fliegen. Der Betrieb außer Sichtweite ist für gewerbliche Nutzer zwar erlaubt, aber genehmigungspflichtig. Für folgende Situationen gilt ein Mindestabstand von 100 m – es sei denn, die Behörden erteilen eine Sondergenehmigung: Einsatzorte von Polizei und Rettungskräften, Menschenansammlungen, Naturschutzgebiete, Hauptverkehrswege sowie die An- und Abflugbereiche und Kontrollzonen von Flughäfen. Auch über Wohngebieten dürfen Kameradrohnen nur fliegen, wenn der Grundstückseigentümer die Ausnahme erlaubt. Die Drohnenvermessung funktioniert nur unter bestimmten Bedingungen: Drohnen können zwar das Gelände von oben aufnehmen. Doch überall wo dichter Baum- oder Strauchbewuchs herrscht, Flächen durch Container oder Fahrzeuge zugestellt sind, sich Menschen bewegen oder der Verkehr kontinuierlich fließt, kann die Gelände-Höhe und -Form nicht exakt erfasst werden, es gibt also Datenlücken. Waldgebiete oder Unter-Wasser-Gebiete sind also nicht für die Drohnenvermessung geeignet. Auch der sehr große Speicherbedarf muss berücksichtigt werden: Für die Erstellung einer 3D-Punktwolke sind meist mehrere 100 Einzelbilder mit einer Größe von jeweils bis zu 40 MB nötig. Entsprechend lange – mehrere Stunden oder sogar mehr als ein Tag – dauert die Berechnung einer Punktwolke. Dieser Zeitraum muss bei der Drohnenvermessung einkalkuliert werden. Damit sich Aufwand und Nutzen die Waage halten, sollte das Projekt eine gewisse räumliche Ausdehnung haben. Gut geeignet sind z. B.:
- Projekte im Straßenbau, wie die Erschließung ganzer Areale oder die Geländevermessung bei gesperrten Straßen, insbesondere um das Urgelände aufzunehmen.
- Projekte, bei denen große Erdbewegungen dokumentiert werden müssen, z. B. der Erdaushub einer Baugrube oder der Abbau von Kies.
- Geländeaufnahmen von Gebieten, die entweder sehr groß oder schlecht bis gar nicht zu Fuß erreichbar sind, z. B. große, unregelmäßige Schotter- oder Erdhaufen, Inseln, Steinbrüche.
- Bauwerkskontrollen, z. B. von schwer zugänglichen Fassaden (z. B. bei Gebäuden, die am Wasser stehen, die zum Wasser hingewandte Seite) oder um bei Brückenüberbauten die Untersicht zu dokumentieren
- Über den Leistungsbereich von Wolff & Müller hinaus z. B. die Wartung von Windkrafträdern (z. B. Schraubverbindungen aus der Luft überprüfen), Kontrolle von Staudämmen, Stromleitungen oder Gleisen im Schienenverkehr
Vermutlich werden Drohnen auf absehbare Zeit nicht die herkömmliche Arbeitsweise vollständig ersetzen. Bei kleinräumigen Vermessungen im Hochbau (Bürohäuser, Einkaufszentren, Hotels), aber auch im Tief- und Straßenbau, sind die bisherigen Methoden der Geländeaufnahme wie Laserscanning, GPS- oder tachymetrische Aufnahme in der Regel wirtschaftlicher als die Drohnenvermessung. In manchen Bereichen erleichtern Drohnen die Arbeit jedoch enorm. Sie sind ein wesentlicher Baustein zur Digitalisierung der Bauwirtschaft. ------------------- Zu den Autoren: Rüdiger Wink ist Leiter Vermessung bei Wolff & Müller Tief- und Straßenbau GmbH & Co. KG in Waldenburg und Nicole Fischer ist BIM-Spezialistin, Wolff & Müller Holding GmbH & Co. KG in Stuttgart.
