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Untersuchung des Potenzials digitaler Methoden für Aufmaße im Spezialtiefbau anhand eines Projektes aus der Praxis

Meyer, Ernst Alexander (2018):
Untersuchung des Potenzials digitaler Methoden für Aufmaße im Spezialtiefbau anhand eines Projektes aus der Praxis.
TU Darmstadt, [Bachelor Thesis]

Abstract

Im Zuge von Building Information Modeling (BIM) werden digitale Technologien, die den Anwender bei Planung und Ausführung unterstützen, immer bedeutsamer. In der vorliegenden Bachelorthesis wird das Potential digitaler Methoden für Aufmaße im Spezialtiefbau untersucht. Das Beispielprojekt umfasst die Erstellung einer 132 Meter langen überschnittenen Bohrpfahlwand mit 125 Pfählen. Die für eine Digitalisierung des Aufmaßes betrachteten und analysierten Gewerke sind die Kampfmittelsondierung, die Herstellung von Baustraße und Bohrplanum und die Bohrpfahlarbeiten. Da das Aufmaß als Grundlage für die Abrechnung genutzt wird, besitzt es für die jeweilige Gesamtbaumaßnahme einen hohen Stellenwert. Auf Basis der genannten Herstellungsabschnitte werden digitale Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung vorgestellt. Mit ihnen können die Fehleranfälligkeit reduziert und die Dokumentationsqualität verbessert werden. Zu den vorbereitenden Arbeiten der Bohrpfahlwandherstellung zählt die Erkundung des Baubereichs hinsichtlich Kampfmittelbelastung. Um einem Kampfmittelverdacht nachzugehen, werden an mehr als 100 Stellen Suchschürfe ausgehoben. Diese Schürfe werden bisher manuell aufgemessen. Die dabei erfassten Daten müssen im Büro auf dem Weg in die Abrechnungssoftware dreimal händisch umgetragen, analog und digital abgelegt und an den Nachunternehmer per E-Mail versendet werden. Getestet wird an den Suchschürfen die Applikation „iGAEB“ der Firma Gripsware Datentechnik GmbH, die einen Laserdistanzmesser anbinden kann. Mit dieser Technik können die Suchschürfe von einer Person schnittstellenfrei aufgemessen, direkt mit dem Leistungsverzeichnis verknüpft und in die Abrechnungssoftware exportiert werden. iGAEB überzeugt gegenüber der herkömmlichen Vorgehensweise. Je Aufmaß können, außer der Dezimierung der Schnittstellen, 80 % der Zeit und 82 % der bisherigen Kosten eingespart werden. Nach weniger als 100 Aufmaßen hätten sich die Ausgaben für die erforderliche Soft- und Hardware amortisiert. Nach Freigabe des Baubereichs erfolgt die Herstellung der Baustraße und des Bohrplanums. Für die Abrechnung wird die Menge des Bodenabtrags und die des anschließend eingebauten Schotters auf einer Gesamtfläche von knapp 4.000 Quadratmetern erfasst. Dafür ist ein Nivellement vor Baubeginn, eines nach Bodenabtrag und ein drittes nach Schottereinbau notwendig. Mit der Durchführung nach der herkömmlichen Methode sind mindestens zwei Personen für knapp 1,5 Tage beschäftigt. Die Aufmaßdaten werden auf dem Weg in die Abrechnungssoftware zweimal manuell umgetragen. Für diese Vorgänge wird ein zusätzlicher Manntag benötigt. Zur Verbesserung der Vermessung größerer Areale, wie der Baustraße und des Bohrplanums, wird der Einsatz von Drohnen thematisiert. Mit ihnen wird die Fläche vor Baubeginn, nach Bodenabtrag und nach Schottereinbau überflogen. Mit den dabei entstehenden Fotoaufnahmen werden zunächst Punktwolken erstellt und anschließend sehr exakte 3D-Modelle, aus denen die Software die Volumina errechnet. Der Einsatz einer Drohne am Beispielprojekt wäre aktuell allerdings weder mit firmeneigener Hardware, noch als Vergabe an einen externen Dienstleister wirtschaftlich. Die Kosten überschreiten das ca. 1.000 € teure herkömmliche Vorgehen bei Beauftragung eines Dienstleisters um mehr als das Vierfache. Bei firmeneigener Durchführung stimmen die Kosten des Vermessers mit denen der Bauleitung nahezu überein. Allerdings sind Soft- und Hardwarekosten von 22.500 € einzurechnen. Diese amortisieren sich erst bei ausreichend vielen Einsätzen, die allerdings nicht nur die Vermessung zur Aufgabe haben müssen. Zeitlich betrachtet wäre der Einsatz nur sinnvoll, wenn die Bereiche Baustraße und Bohrplanum zeitgleich überflogen würden. Sollten getrennte Drohnenflüge nötig sein, so ist für die einzelnen Flächen das klassische Nivellement schneller. Zudem ist die Genauigkeit eines Nivellementaufmaßes beim Beispielprojekt ausreichend. Nach Abschluss der vorbereitenden Arbeiten, können die 125 Bohrpfähle erstellt werden. Sie werden nach hergestellter Wandfläche in Abhängigkeit von den durchbohrten und ausgehobenen Bodenschichten inklusive des eingebauten Betons abgerechnet. Abweichungen von dem zuvor erstellten geotechnischen Untersuchungsbericht erfasst der Gerätefahrer in einem Protokoll. Seine Notizen durchlaufen drei manuelle Schnittstellen bis in die Abrechnungssoftware. Die Bauleitung überarbeitet die Daten, listet sie in einer Tabelle in Excel, bevor sie in die Abrechnungssoftware eingepflegt werden können. Zudem werden sie analog in Aktenordnern und digital auf dem Server abgelegt. Für die Digitalisierung des Aufmaßes der Bohrpfahlarbeiten wird ein selbst entwickeltes Konzept vorgestellt. Dabei wird die aktuell genutzte maschinelle Datenerfassung gedanklich erweitert, sodass manuelle Arbeitsschritte reduziert werden könnten. Auf dem Bordcomputer des Bohrgeräts wird eine Software installiert, in die vor Ausführungsbeginn der geotechnische Untersuchungsbericht und die zugehörigen Pläne eingelesen werden. Mithilfe dieser Informationen assistiert das System dem Gerätefahrer während des Herstellungsprozesses eines Pfahls. Eingaben kann der Fahrer über ein Touchpad vornehmen. Das entwickelte Konzept kann nur theoretisch bewertet werden. Die Soft- und Hardwarekosten werden nicht berücksichtigt, da sie den Herstellern obliegen. Auf dieser Basis können gegenüber dem herkömmlichen Vorgehen außer Schnittstellen 67 % der Zeit und 74 % der Kosten eingespart werden. Anhand der untersuchten Aspekte kann hinsichtlich einer allgemeinen Gültigkeit die digitale Aufmaßnahme mit iGAEB eher für Aufmaße von Körpern mit einfachen Geometrien genutzt werden. Beispiele sind Aushub- und Betonarbeiten. Drohnen werden bereits für die Vermessung größerer Areale genutzt, beispielsweise im Straßenbau. Rentabel kann der Einsatz werden, wenn höhere Anforderungen an die Genauigkeit gestellt werden und weitere Einsatzmöglichkeiten wie Flüge zur Überwachung des Baufortschritts anstehen. Die Idee der maschinellen Datenerfassung ist grundlegend auf alle Bohrpfahlarbeiten übertragbar. Zudem kann sie mit entsprechenden Software-Anpassungen auch für Schlitzwand- und Schmalwandarbeiten genutzt werden. Das Potential digitaler Methoden für Aufmaße im Spezialtiefbau ist groß. Die in dieser Bachelorthesis gesammelten Aspekte bilden nur einen kleinen Teilbereich der Gewerke ab. Dass digitale Methoden allerdings die Aufmaßnahme verbessern können, ist bereits an den Ergebnissen dieser Bachelorthesis zu erkennen.

Item Type: Bachelor Thesis
Erschienen: 2018
Creators: Meyer, Ernst Alexander
Title: Untersuchung des Potenzials digitaler Methoden für Aufmaße im Spezialtiefbau anhand eines Projektes aus der Praxis
Language: German
Abstract:

Im Zuge von Building Information Modeling (BIM) werden digitale Technologien, die den Anwender bei Planung und Ausführung unterstützen, immer bedeutsamer. In der vorliegenden Bachelorthesis wird das Potential digitaler Methoden für Aufmaße im Spezialtiefbau untersucht. Das Beispielprojekt umfasst die Erstellung einer 132 Meter langen überschnittenen Bohrpfahlwand mit 125 Pfählen. Die für eine Digitalisierung des Aufmaßes betrachteten und analysierten Gewerke sind die Kampfmittelsondierung, die Herstellung von Baustraße und Bohrplanum und die Bohrpfahlarbeiten. Da das Aufmaß als Grundlage für die Abrechnung genutzt wird, besitzt es für die jeweilige Gesamtbaumaßnahme einen hohen Stellenwert. Auf Basis der genannten Herstellungsabschnitte werden digitale Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung vorgestellt. Mit ihnen können die Fehleranfälligkeit reduziert und die Dokumentationsqualität verbessert werden. Zu den vorbereitenden Arbeiten der Bohrpfahlwandherstellung zählt die Erkundung des Baubereichs hinsichtlich Kampfmittelbelastung. Um einem Kampfmittelverdacht nachzugehen, werden an mehr als 100 Stellen Suchschürfe ausgehoben. Diese Schürfe werden bisher manuell aufgemessen. Die dabei erfassten Daten müssen im Büro auf dem Weg in die Abrechnungssoftware dreimal händisch umgetragen, analog und digital abgelegt und an den Nachunternehmer per E-Mail versendet werden. Getestet wird an den Suchschürfen die Applikation „iGAEB“ der Firma Gripsware Datentechnik GmbH, die einen Laserdistanzmesser anbinden kann. Mit dieser Technik können die Suchschürfe von einer Person schnittstellenfrei aufgemessen, direkt mit dem Leistungsverzeichnis verknüpft und in die Abrechnungssoftware exportiert werden. iGAEB überzeugt gegenüber der herkömmlichen Vorgehensweise. Je Aufmaß können, außer der Dezimierung der Schnittstellen, 80 % der Zeit und 82 % der bisherigen Kosten eingespart werden. Nach weniger als 100 Aufmaßen hätten sich die Ausgaben für die erforderliche Soft- und Hardware amortisiert. Nach Freigabe des Baubereichs erfolgt die Herstellung der Baustraße und des Bohrplanums. Für die Abrechnung wird die Menge des Bodenabtrags und die des anschließend eingebauten Schotters auf einer Gesamtfläche von knapp 4.000 Quadratmetern erfasst. Dafür ist ein Nivellement vor Baubeginn, eines nach Bodenabtrag und ein drittes nach Schottereinbau notwendig. Mit der Durchführung nach der herkömmlichen Methode sind mindestens zwei Personen für knapp 1,5 Tage beschäftigt. Die Aufmaßdaten werden auf dem Weg in die Abrechnungssoftware zweimal manuell umgetragen. Für diese Vorgänge wird ein zusätzlicher Manntag benötigt. Zur Verbesserung der Vermessung größerer Areale, wie der Baustraße und des Bohrplanums, wird der Einsatz von Drohnen thematisiert. Mit ihnen wird die Fläche vor Baubeginn, nach Bodenabtrag und nach Schottereinbau überflogen. Mit den dabei entstehenden Fotoaufnahmen werden zunächst Punktwolken erstellt und anschließend sehr exakte 3D-Modelle, aus denen die Software die Volumina errechnet. Der Einsatz einer Drohne am Beispielprojekt wäre aktuell allerdings weder mit firmeneigener Hardware, noch als Vergabe an einen externen Dienstleister wirtschaftlich. Die Kosten überschreiten das ca. 1.000 € teure herkömmliche Vorgehen bei Beauftragung eines Dienstleisters um mehr als das Vierfache. Bei firmeneigener Durchführung stimmen die Kosten des Vermessers mit denen der Bauleitung nahezu überein. Allerdings sind Soft- und Hardwarekosten von 22.500 € einzurechnen. Diese amortisieren sich erst bei ausreichend vielen Einsätzen, die allerdings nicht nur die Vermessung zur Aufgabe haben müssen. Zeitlich betrachtet wäre der Einsatz nur sinnvoll, wenn die Bereiche Baustraße und Bohrplanum zeitgleich überflogen würden. Sollten getrennte Drohnenflüge nötig sein, so ist für die einzelnen Flächen das klassische Nivellement schneller. Zudem ist die Genauigkeit eines Nivellementaufmaßes beim Beispielprojekt ausreichend. Nach Abschluss der vorbereitenden Arbeiten, können die 125 Bohrpfähle erstellt werden. Sie werden nach hergestellter Wandfläche in Abhängigkeit von den durchbohrten und ausgehobenen Bodenschichten inklusive des eingebauten Betons abgerechnet. Abweichungen von dem zuvor erstellten geotechnischen Untersuchungsbericht erfasst der Gerätefahrer in einem Protokoll. Seine Notizen durchlaufen drei manuelle Schnittstellen bis in die Abrechnungssoftware. Die Bauleitung überarbeitet die Daten, listet sie in einer Tabelle in Excel, bevor sie in die Abrechnungssoftware eingepflegt werden können. Zudem werden sie analog in Aktenordnern und digital auf dem Server abgelegt. Für die Digitalisierung des Aufmaßes der Bohrpfahlarbeiten wird ein selbst entwickeltes Konzept vorgestellt. Dabei wird die aktuell genutzte maschinelle Datenerfassung gedanklich erweitert, sodass manuelle Arbeitsschritte reduziert werden könnten. Auf dem Bordcomputer des Bohrgeräts wird eine Software installiert, in die vor Ausführungsbeginn der geotechnische Untersuchungsbericht und die zugehörigen Pläne eingelesen werden. Mithilfe dieser Informationen assistiert das System dem Gerätefahrer während des Herstellungsprozesses eines Pfahls. Eingaben kann der Fahrer über ein Touchpad vornehmen. Das entwickelte Konzept kann nur theoretisch bewertet werden. Die Soft- und Hardwarekosten werden nicht berücksichtigt, da sie den Herstellern obliegen. Auf dieser Basis können gegenüber dem herkömmlichen Vorgehen außer Schnittstellen 67 % der Zeit und 74 % der Kosten eingespart werden. Anhand der untersuchten Aspekte kann hinsichtlich einer allgemeinen Gültigkeit die digitale Aufmaßnahme mit iGAEB eher für Aufmaße von Körpern mit einfachen Geometrien genutzt werden. Beispiele sind Aushub- und Betonarbeiten. Drohnen werden bereits für die Vermessung größerer Areale genutzt, beispielsweise im Straßenbau. Rentabel kann der Einsatz werden, wenn höhere Anforderungen an die Genauigkeit gestellt werden und weitere Einsatzmöglichkeiten wie Flüge zur Überwachung des Baufortschritts anstehen. Die Idee der maschinellen Datenerfassung ist grundlegend auf alle Bohrpfahlarbeiten übertragbar. Zudem kann sie mit entsprechenden Software-Anpassungen auch für Schlitzwand- und Schmalwandarbeiten genutzt werden. Das Potential digitaler Methoden für Aufmaße im Spezialtiefbau ist groß. Die in dieser Bachelorthesis gesammelten Aspekte bilden nur einen kleinen Teilbereich der Gewerke ab. Dass digitale Methoden allerdings die Aufmaßnahme verbessern können, ist bereits an den Ergebnissen dieser Bachelorthesis zu erkennen.

Uncontrolled Keywords: Building Information Modeling, Digitale Methoden, Spezialtiefbau
Divisions: 13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences
13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences > Institute of Numerical Methods and Informatics in Civil Engineering
Date Deposited: 14 Dec 2018 09:32
Additional Information:

Betreuer: Timo Bittner

Refereed / Verteidigung / mdl. Prüfung: 23 November 2018
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Digital methods; specialized foundation engineering; Building Information ModelingEnglish
Alternative Abstract:
Alternative abstract Language
In the course of developing Building Information Modeling (BIM), digital technologies, which support the user in the process of planning and implementation, are gaining in importance. The presented bachelor thesis addresses the potential of digital methods for measurements in the field of special foundation engineering. The project, used as an example, includes the establishment of an 132-meter-long overlapping bored pile wall with 125 piles. For digital measurements the trades detection of unexploded bombs, manufacturing a construction road and a drilling planum and bored pile works were considered and analyzed. The measurement is the base for financial statements and therefore of very high significance. Based on the cross bored pile wall´s manufacturing process, the digital possibilities of efficiency enhancement are presented. The fault-prone and repetitive registration can be reduced through digital methods and increase efficiency. A step in the preparation of the bored pile wall`s manufacturing process is the exploration of building grounds regarding explosive ordnance burden. To follow the suspicion of explosive ordnance, more than 100 holes were placed. These holes have been measured manually so far. In the office the collected data has then to be registered manually three times on their way into a billing software, added to the analog documentation of files, saved digitally on a server and send to the subcontractor via e-mail. The application „iGEAB“ by Gripsware Datentechnik GmbH, tested on the holes, can be connected to a laser-distance-meter. With this technology the holes can be measured from one person without any interface, connected directly to the service specifications and exported into billing software. iGEAB convinces more than the original procedure. Besides the depletion of interfaces, on each measurement 80% of the time and 82% of the costs could be saved. After less than 100 measurements, the expenses for soft- and hardware are amortized. After releasing the construction area, construction road`s and drilling planum`s construction follow. The amount of soil excavation and the following addition of gravel on an overall area of 4.000 square meter is calculated in the billing. For this purpose, a levelling is necessary before start of construction, after the soil excavation and after the addition of gravel. The original method occupies at least two people for about 1,5 days of work to implement this process. The measured data has to be registered manually twice on its way to the billing software. The procedure takes another staff-day. To improve measurements of large areas, such as construction road and drilling planum, the use of drones was analyzed. Using them, the area is flown over before start of construction, after soil excavation and after the addition of gravel. The resulting pictures are used to create sparse point clouds and subsequently very exact 3D models, that can be recalculated into volumes by the software. The use of a drone on the project, however, is now neither possible with firm hardware, nor financeable through an external provider. The costs exceed the original cost of around 1.000€ with more than four times the amount of costs if an external provider is hired. In case of a firm implementation the costs of a surveyor correspond with construction management. However, the costs of soft- and hardware of 22.500 € must be considered. They will be amortized after a sufficient amount of missions which also can have other tasks than measuring. Timewise the use would only be helpful if also construction road`s and drilling planum`s areas would be flown over simultaneously. If separate done-flights would be necessary, the original levelling will be faster. Also, the degree of precision achieved during the original levelling is sufficient for the example project. After completing the preparation, 125 drilling piles can be built. They are calculated on regards of produced wall surface of the drilled through and the excavated soil layers, including the integrated concrete. Divergence of the previous geotechnical examination report are recorded on a protocol by the equipment operator. His notes go through three manual interfaces before reaching the billing software. The construction management revises the data, lists it in an Excel table, before it can be updated into the billing software. Furthermore, the data is added to the analog documentation of files and saved digitally on a server. For drilling pile measurement`s digitalization a concept designed by myself is presented. The currently used mechanical data collection is intellectually widened, resulting in the reduction of work-steps. A software is installed on the board computer, in which the geotechnical examination report and the regarding plans are integrated before the start of implementation. Through this information, the system assists the equipment operator during each pile`s production process. The operator can add input through a touchpad. The developed concept can only be judged based on assumptions. The soft and hardware costs are not considered because they are in producer`s responsibility. Based on it 67% of time and 74% of costs can be saved compared to the original process beside the interfaces. Based on the examined aspects, the digital measurement with iGAEB can be used rather for simple geometries, regarding a general validity. For example, excavation and concrete work. Drones are already in use for the measurement of large areas, for example in road construction. The use can be profitable, if the requirement of extreme precision is given and the use of construction supervision is needed. The idea of mechanical data collection is fundamentally translatable on all bored pile works. With corresponding adjustments, however, the software can be used for diaphragm wall`s and narrow wall`s work, too. The potential of digital technologies for measurements in the field of special foundation engineering is great. Aspects gathered in the presented bachelor thesis reflect just a small part of trades. With the results of the bachelor thesis it is already detectable that digital methods can improve measurements.English
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