Unterstützung der Bauwerksprüfung durch innovative digitale Bildauswertung – Pilotstudie

Der Einsatz unbemannter Fluggeräte könnte künftig zur Optimierung der Bauwerksprüfungen an Brücken beitragen. Im Auftrag der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) wurden im Rahmen einer Pilotstudie die Voraussetzungen und Möglichkeiten für den Einsatz von unbemannten Fluggeräten (UAV – Unmanned Aearial Vehicles) beziehungsweise Flugsystemen (UAS – Unmanned Aerial Systems) untersucht. Eine gezielte Anwendung kann perspektivisch eine sinnvolle Ergänzung zur Bewältigung vieler Bauwerksprüfaufgaben darstellen.

Brückenpfeiler aus Stahlbeton (Bild: TÜV Rheinland)

Aufgabenstellung

Bei der künftigen Sicherstellung der Straßeninfrastruktur kommt Erhaltungsmaßnahmen an Brücken eine besondere Bedeutung zu. Um die Bauwerksprüfung gemäß DIN 1076 zu optimieren, soll die handnahe Prüfung durch innovative, bildgebende Verfahren ergänzt werden. UAS bieten vielfältige Möglichkeiten zur Bilderfassung. Im Auftrag der BASt erstellten der TÜV Rheinland Industrie Service GmbH und die Height Tech GmbH eine Machbarkeitsstudie zum Einsatz von Multikoptern bei Bauwerksprüfungen an Brücken. Ziel war das Aufzeigen von Möglichkeiten zur Erkennung und Bewertung von Schäden an Brücken mithilfe von unbemannten Flugsystemen. Zudem sollte die Verfügbarkeit derartiger Hilfsmittel am Markt dargestellt werden.

Untersuchungsmethode

Auf der Grundlage bereits vorliegender Erfahrungen der deutschlandweiten Brückenprüfungen wurden zunächst typische Schäden, Mängel und konstruktive Schwachstellen an Brücken identifiziert, die für eine digitale Bild- und Datenauswertung geeignet sind. Gleichzeitig wurden umfangreiche Recherchen über auf dem Markt befindliche UAV-Trägersysteme durchgeführt und eine eingehende technische Bewertung dieser Systeme vorgenommen. Dabei lag der Fokus auf flexiblen Trägersystemen, welche die Implementierung unterschiedlicher Sensoren erlauben. Für die praktischen Tests wurden drei Brücken mithilfe von UAS beflogen. Dabei handelte es sich um das Schildescher Viadukt in Bielefeld, die Talbrücke Nuttlar sowie die Europabrücke in Koblenz. Diese drei Brücken weisen unterschiedliche Charakteristika bezüglich Bauart, Oberfläche und Baujahr auf. Die gewonnenen Daten und Informationen wurden analysiert und ausgewertet.

Ergebnisse

Der Einsatz unbemannter Fluggeräte stellt eine sinnvolle Ergänzung vieler Bauwerksprüfaufgaben dar. Von einem Brückenprüfer zuvor getroffene Vorabeinschätzungen bezüglich der zu identifizierenden Schäden wurden bestätigt und teilweise übertroffen. Grundsätzlich können Schäden oder Befunde gut festgestellt werden, welche auch im Zuge einer handnahen Prüfung rein visuell testiert werden können. Derzeit können allerdings mit den eingesetzten visuellen Prüfverfahren keine exakten Messungen der Rissbreiten vorgenommen werden. Unter günstigen Randbedingungen konnte die Rissbreite jedoch relativ gut eingeschätzt werden.

Unabhängig vom Brückentyp stellten sich die Windverhältnisse am Objekt als die größten Herausforderungen der verschiedenen Befliegungen heraus. Die Seitenbereiche sowie die Stützpfeiler einer Brücke sind relativ einfach zu befliegen. Wegen der starken Winde gelten bei der Befliegung der Unterseite einer Brücke besondere Herausforderungen.

Folgerungen

Die Möglichkeit zur Befliegung schwer zugänglicher Stellen durch den Einsatz von UAS sowie die Zeitersparnis während einer Prüfung macht diese Technologie für die Brückenprüfung interessant. Durch eine gezielte Anwendung könnte sowohl eine Reduzierung der Nutzungseinschränkung des Bauwerks als auch eine Qualitätssteigerung der Ergebnisse erzielt werden. Dies gilt gleichermaßen für die klassische Brückenprüfung und für Sonderprüfungen gemäß DIN 1076 aufgrund von außergewöhnlichen Ereignissen wie Hochwasser oder Unfall.