Der Wert von 3D für die unterirdische Infrastruktur

Welchen Mehrwert bieten 3D-Modelle für Auftragnehmer in der unterirdischen Infrastruktur? Diese Frage steht im Mittelpunkt der Thesis von Mechiel van Manen, Student der Bauingenieurwissenschaften an der Universität Twente. Für Siers Infraconsult untersucht er, wie unterirdische Infrastruktur-Unternehmen innovieren können: hin zu 3D, 4D und möglicherweise in Zukunft sogar zu 5D, 6D und 7D.

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„Die unterirdische Infrastruktur hinkt der oberirdischen Infrastruktur und dem Bauwesen hinterher“, erläutert Mechiel van Manen. „Es wird noch zu viel in 2D (AutoCAD) gearbeitet. Die Modellierung in 3D bietet jedoch enorme Vorteile. Ich werde untersuchen, ob die Vorteile, die 3D-Modelle für die oberirdische Infrastruktur haben, auch Vorteile für die unterirdische bieten. Bisherige ähnliche Untersuchungen fokussierten sich vor allem auf die gesamte Kette, nicht aber auf den Mehrwert für den Auftragnehmer.“ In diesem Punkt unterscheidet sich seine Forschung. Mechiel van Manen wird 3D-Modelle bei Siers in der Praxis testen. „Mir ist es wichtig, dass ein 3D-Modell von so vielen wie möglich mitgetragen wird, vom Vorarbeiter bis zum Ingenieur, damit jeder den Mehrwert erkennt.“

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Tests 
„Es geht nicht darum, alles in 3D zu tun. Wir müssen die Nuancen herausfinden. Wenn es einfach ist, halten wir es auch einfach. Werden nur Kabel verlegt und sind keine Gebäude vorhanden, könnte es sein, dass 3D keinen Mehrwert hat. Aber das muss getestet werden. In meiner Forschung werde ich 3D-Modelle bei verschiedenen Projekten testen. Mit dieser Vielfalt an Projekten hoffe ich, ein möglichst gutes Bild von der Arbeit zu bekommen, die Siers leistet. So ist es möglich, am Ende zu sagen, ob 3D bei Projekt X mit diesen Anforderungen einen Mehrwert hat oder nicht.“

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Umgebungsmodell 
Mechiel van Manen entwickelte einen Workflow, um 2D-Zeichnungen in 3D-Modelle zu konvertieren. Dazu verband er verschiedene Softwaretools. „Im 3D-Modell sind die KLIC-Daten sichtbar und die Probeschächte daneben modelliert. Hier können auch Pflanzpläne hinzugefügt werden. In der Vorbereitung verschafft man sich mit einem solchen Umgebungsmodell viel mehr Einblick in den Untergrund; der Vorarbeiter und der Ausführende bekommen außerdem in der Durchführungsphase ein besseres Bild von der Lage anderer Kabel und Leitungen.“

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3D-Deichentwurf 
Laut der Erfahrung von Siers Infraconsult fordern Wasserverbände zunehmend, dass Projekte in 3D eingereicht werden. „Für ein Deichverstärkungsprojekt, eine Zusammenarbeit mehrerer Partner, haben wir die Kabel und Leitungen in einem 3D-Modell dargestellt“, erzählt Mechiel van Manen. „Das Gebiet wird per Befliegung für eine Punktwolke vermessen, was zu einem digitalen Geländemodell (DTM) führt. Die Revisionsdaten wurden in die Zeichnung für einen Deichentwurf eingearbeitet. In diesem Entwurf konnte sofort die Lage der Kabel und Leitungen berücksichtigt werden. Für eine der Varianten mussten Spundwände eingesetzt werden. Die Frage war, ob die bestehenden Kabel und Leitungen gefährdet würden. Die Visualisierung lieferte in der Entwurfsphase die Antwort. Und das soll Fehlerkosten verhindern.“

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Universität Twente 
Siers Infraconsult hat eine gute Beziehung zur Universität Twente. Dr. Ir. Léon Olde Scholtenhuis, Assistenzprofessor an der Universität Twente, begleitet Mechiel van Manen bei seiner Forschung. Seit vielen Jahren untersucht er verschiedene Aspekte der unterirdischen Infrastruktur, in denen Digitalisierung, Koordination und Sicherheit die Schwerpunkte sind. Warum wird in der unterirdischen Infrastruktur noch so wenig in 3D gearbeitet? Léon Olde Scholtenhuis erklärt: „Das liegt vor allem daran, dass der Projektkontext bei Infrastruktur deutlich komplexer ist. Es geht nicht einfach um ein Gebäude oder Viadukt, das nahezu unabhängig von der Umgebung modelliert und entworfen werden kann. Bei Infrastruktur gibt es viele Objekte im Boden, darunter Kabel und Leitungen. Diese Objekte müssen alle detektiert und modelliert werden, um ein gutes integrales Design zu erhalten. Außerdem gibt es nicht nur einen Eigentümer, sondern die Vermögenswerte in GWW-Projekten gehören mehreren Parteien. Das macht Standardisierung und Koordination kompliziert. Die Infrastruktur ist weitaus fragmentierter.“

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Olde Scholtenhuis weist jedoch auch darauf hin, dass dies zugleich den Mehrwert und die Notwendigkeit der Modellierung in 3D verdeutlicht. „Es ist wahrscheinlich, dass der Sektor in den nächsten fünf Jahren große Fortschritte auf diesem Gebiet machen wird; die Frage ist eher wann wir in 3D arbeiten werden.“ Dafür müssen die Branchen der GWW- und Infrastruktursektoren bereit sein, in Software und Standards zu investieren. Dies bedeutet auch, dass Organisationen ihre ersten Schritte in die Schulung wagen müssen. Mit der Energiewende entwickelt sich in diesem Bereich immer mehr. „Die Investition wird zunehmend rentabel.“

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ZoARG 
Die Forschung von Mechiel van Manen wird im Rahmen des Forschungsprogramms ZoARG der Universität Twente durchgeführt. ZoARG steht für Sorgfältige Anlage und Reduzierung von Grabungsschäden. Das Programm konzentriert sich auf die Verbesserung von Planung, Anlage und Verwaltung der flachen unterirdischen Infrastruktur.

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Fazit

Die Schlussfolgerung wird erst später bekannt gegeben, aber Mechiel van Manen gibt bereits einen kleinen Einblick: „Es sind viele Verbesserungen möglich und das mit relativ wenig Aufwand. Wenn wir in der Vorbereitungsphase das Design dreidimensional betrachten, sparen wir Kosten in der Umsetzung.“ Der nächste Schritt ist 4D: dreidimensional mit dem Faktor Zeitplanung verbunden. Die herkömmliche Streifenplanung gehört dann der Vergangenheit an. In einer 4D-Visualisierung kann unter anderem simuliert werden, wie lange gegraben werden muss. Bevor es so weit ist, wird Mechiel van Manen jedoch zunächst seinen Titel Master of Science in Construction Management and Engineering an der Universität Twente in Enschede entgegennehmen. Am Freitag, den 28. August, hofft er, seine Thesis erfolgreich zu verteidigen.