Die Riedbahn zwischen Frankfurt am Main und Mannheim ist eine der am stärksten befahrenen Strecken der Deutschen Bahn (DB) und bedarf einer umfassenden Instandsetzung.
Um diese Arbeiten durchzuführen, verfolgt die DB eine radikale Strategie: Sie sperrt den gesamten 70 Kilometer langen Abschnitt für fünf Monate, um die Generalsanierung in einem Zug durchzuführen
Zu den wichtigsten Herausforderungen gehören:
- Abschluss einer gründlichen, sehr detaillierten Prüfung der bestehenden Schienen- und Systeminfrastruktur
- Analyse der erforderlichen Reparaturen und Modernisierungen sowie Ausarbeitung eines Plans zur Durchführung aller Arbeiten innerhalb des vorgesehenen Zeitrahmens von fünf Monaten
- Vermittlung der Erkenntnis, dass sich die Verbesserungen für die Reisenden gelohnt haben
Bodennahe Lösungen von oben
Die Tochtergesellschaft der Deutschen Bahn, DB Engineering and Consulting (DB E&C), setzt DJI Mavic 3 Enterprise Drohnen ein, um digitale Vermessungen durchzuführen und hochpräzise 3D-Punktwolken und Orthofotos von Infrastruktur und Gelände zu erstellen.
Das verkürzt nicht nur die Vermessungszeit für die Planung um den Faktor 10 im Vergleich zu herkömmlichen Methoden, sondern liefert auch Datentools, die helfen, kostspielige Fehler zu vermeiden.
Verbesserter ROI bei beeindruckenden Ergebnissen
- Bessere Leistung und höhere Sicherheit als beim Einsatz von Vermessungstechnikern, die in der Nähe rasender Züge arbeiten
- Geringere Planungskosten durch schnelleren Drohnenbetrieb und bessere Ergebnisse bei der Datenerfassung
- Verbesserte Genauigkeit bis auf den Zentimeter durch überlegene Onboard-Sensoren mit Smart Oblique Capture-Funktionen
- Qualitätsoptimierte 3D-Punktwolken und Orthofotos, die Infrastrukturprüfungen, Analysen des Sanierungsbedarfs und simulierte Ergebnisse erleichtern, die Planungsfehler aufdecken
Vielbefahrene Bahnstrecken
Die 70 Kilometer lange Riedbahn-Strecke zwischen Frankfurt am Main und Mannheim gehört zu den meistbefahrenen Strecken der Deutschen Bahn und wird täglich von Tausende von Menschen genutzt. Aber es ist auch eine der am stärksten beanspruchten Strecken, und die Durchfahrt von 300 Fern- und Nahverkehrszügen pro Tag hat die Infrastruktur am Boden stark geschädigt.
Um die Reparaturen an der Strecke durchzuführen, hat die DB eine massive Sanierung der Riedbahn eingeleitet, deren erste Arbeiten im Dezember 2022 begannen und die nach einer Pause Mitte bis Ende 2024 abgeschlossen sein werden.
Herkömmliche Strategien für den Schienenverkehr sehen vor, dass die Arbeiten nacheinander auf kleinen Streckenabschnitten zwischen Passagen mit reduziertem Zugverkehr durchgeführt werden. Verzögerungen und Unterbrechungen, die durch diesen langwierigen, kleinschrittigen Ansatz entstehen, sorgen für viel Unmut und Beschwerden bei den Passagieren.
Daher verfolgt die Deutsche Bahn bei der Reparatur der Riedbahn den radikalen Plan, die gesamte Strecke für fünf Monate zu sperren und alle notwendigen Bauarbeiten auf einmal durchzuführen.
Mit Planungsleistungen, die durch Drohnen unterstützt werden, trägt DB E&C zum Erfolg dieses gewaltigen Projekts bei.
Beachtliche Herausforderungen für ein Projekt der Superlative
Zwischen Juli 2024 und dem Ende desselben Jahres wird die DB alle notwendigen Erneuerungsarbeiten am gesamten Schienen- und Schotternetz der Riedbahn durchführen. Außerdem werden Reparatur- oder Austauscharbeiten an der gesamten Kontroll- und Sicherheitstechnik der Strecke durchgeführt.
Darüber hinaus werden mehr als 150 Weichen, vier Bahnübergänge und mehr als 10 km Lärmschutzwände saniert. Die Modernisierung von etwa 20 Bahnhöfen entlang der Strecke ist ebenfalls geplant.
Die Deutsche Bahn ist davon überzeugt, dass sie mit ihrer unorthodoxen „Alles-auf-einmal“-Strategie für die Riedbahn die Ziele erreichen und den Fahrgästen die Strecke pünktlich wieder zur Verfügung stellen kann – mit der Zusicherung, dass in den nächsten zehn Jahren keine weiteren Reparaturen erforderlich sein werden. Bei der Vorbereitung des Projekts verfolgt das Unternehmen einen ähnlich ganzheitlichen Ansatz zur Planung und Bewältigung der Herausforderungen:
- Verbesserung der Sicherheit und Zuverlässigkeit der Verbindung
- Neudefinition der Art und Weise, wie für Reisende störende Arbeiten ausgeführt wird
- Front-Loading durch präzise Analysen und vorherige Bauplanung
- Erhebliche Reduzierung von Zeit und Kosten des Projekts im Vergleich zu früheren Methoden
- Geschicktes Navigieren durch den strengen deutschen Rechtsrahmen für Aktivitäten aus der Luft
- Verbesserung der Sicherheit der Arbeiter bei der Sanierung der Eisenbahninfrastruktur
- Bestätigung der Strategie der Deutschen Bahn als schnelleres und effektiveres Modell für die Zukunft
Drohnendaten aus der Luft + laufende Verarbeitung = verbesserte Projektergebnisse
Der Einsatz der Mavic 3 Enterprise-Drohnen durch DB Engineering& Consulting beim Projekt Riedbahn ist in drei allgemeine Phasen unterteilt.
In der nun weitgehend abgeschlossenen ersten Phase überflogen die Drohnen alle Bereiche und Anlagen im Schienenabschnitt und erfassten mit ihren Kameras und Sensoren Bilder und Daten. Auf diese Weise konnten detaillierte Informationen zu den einzelnen Zonen gesammelt und schließlich zu einer 3D-Karte des gesamten Baugebiets zusammengefügt werden.
Zu den potenziellen und bereits genutzten Möglichkeiten dieses Prozesses gehören:
- Erstellung eines genauen Inventars der gesamten Hardware des Schienennetzes
- Verwendung dieser Informationen zur Aktualisierung veralteter Karten der Ausrüstung nach Abschluss des Projekts
- Verarbeitung von Daten zur Erstellung von 3D-Punktwolken und Orthofotos der aktuellen Anlagen
- Ermittlung der erforderlichen Arbeiten und anschließende Planung optimierter Bauzeitpläne
Verbesserte Drohnen, bessere Leistung
Für diese Arbeiten wurden die Mavic 3 Enterprise-Drohnen verwendet, die ein wichtiges Upgrade des P4-Modells darstellen, auf das sich das Unternehmen zuvor gestützt hatte.
Laut Tim Dippel, Multicopter-Berater für die Drohnenabteilung von DB Engineering & Consulting, konnte man aufgrund der höheren Fluggeschwindigkeit mehr Fläche pro Einsatz abdecken.
Dank der leistungsfähigeren Sensoren konnten auch umfangreichere und bessere Daten gesammelt werden als bei der älteren Technologie. Alle 0,7 Sekunden wurde ein Bild aufgenommen, während es bei der P4 2,5 Sekunden waren. Die Smart Oblique Capture-Funktion der Drohne nimmt unterdessen Bilder aus mehreren Winkeln gleichzeitig auf, mit einer Genauigkeit von bis zu einem Zentimeter.
Eine weitere wichtige Verbesserung ist die um 50 % verlängerte Akkulaufzeit, die längere Flüge von 45 Minuten ermöglicht.
Dippel zufolge konnte die Mavic 3E sogar mit der Leistung der großen und leistungsstarken M300-Drohne von DJI mithalten, die von der Deutschen Bahn häufig für sehr anspruchsvolle Vermessungs-, Kartierungs- und Modellierungsarbeiten eingesetzt wird.
Da die Mavic 3E viel kleiner, einklappbar und leicht zu transportieren ist, hat sie einen Vorteil gegenüber den größeren, teureren Modellen. Außerdem benötigt man weniger Akkus, um einen ganzen Tag lang arbeiten zu können.
Präzisionskartierung und Modelle: der Schlüssel zum endgültigen Erfolg
Nach der Verarbeitung durch eine spezielle Software wurden aus den Luftdaten der Drohnen 3D-Karten und genaue Modelle der Objekte erstellt. Mit diesen computergestützten Werkzeugen konnten die Ingenieure der Deutschen Bahn die Infrastruktur, ihren Zustand und das umliegende Gelände sehr detailliert betrachten und dann auf dem Bildschirm damit arbeiten.
So konnten die Ingenieure die erforderlichen Arbeiten bestimmen und planen sowie koordinierte Bauzeitpläne und Lagerhaltungsstrategien für das gesamte Riedbahn-Projekt ausarbeiten, um die Effizienz zu maximieren.
Nachdem die erste Phase der Vermessung und Planung weitgehend abgeschlossen ist, werden in einer zweiten Phase Simulationen der geplanten Sanierungen für den Vergleich mit den ursprünglichen Modellen durchgeführt.
Nach der Schwerstarbeit die Feinabstimmung
In einigen Fällen hat diese Überprüfung den Ingenieuren der Deutschen Bahn bereits ermöglicht, Fehler oder Unvereinbarkeiten zwischen dem geplanten Bau und der umliegenden Infrastruktur oder dem Gelände zu erkennen. Auf diese Weise konnten Korrekturen frühzeitig vorgenommen werden. Dadurch wurden hohe Kosten und Zeitverluste vermieden, die durch Anpassungen bei bereits laufender Sanierung entstanden wären.
Diese zweite Phase der Überprüfung der Planung und der Organisation der Baustelle wird mit Blick auf den näher rückenden Baubeginn 2024 fortgesetzt.
Während der gesamten Sanierung der Riedbahn werden sowohl die ursprünglichen als auch die simulierten Modelle und die Modelle der Arbeitsentwicklung allen an der Leitung der Arbeiten Beteiligten für eine kontinuierliche praktische Nutzung zur Verfügung stehen.
Zufriedenheit der Aufsichtsbehörden und Sicherheit der Arbeitnehmer
Der häufige Einsatz von Drohnen für verschiedene Arbeiten gibt der Deutschen Bahn relativ große Freiheit beim Einsatz der Fluggeräte, ohne dass eine Einzelfallgenehmigung der Behörden erforderlich ist.
Angesichts des Umfangs des Riedbahn-Projekts musste das Unternehmen jedoch einige Bedenken der Aufsichtsbehörden in Bezug auf Drohnenflüge im Rahmen des Projekts ausräumen.
Die in die Mavic 3E integrierte hochentwickelte Technologie zur Hindernisvermeidung und die automatischen Sicherheitsfunktionen, die in unerwarteten oder abnormalen Situationen die Kontrolle übernehmen, haben dazu beigetragen, die Bedenken der Regulierungsbehörden auszuräumen.
Das gilt auch für den Hinweis, dass eine Drohne, die bei laufendem Zugverkehr in einigen hundert Metern Höhe über der Eisenbahninfrastruktur Daten sammelt, eine weitaus sicherere Vermessungsmethode darstellt als Personen, die die gleiche Arbeit am Boden verrichten.
Ergebnisse
Laut Dippel lieferte die Mavic 3E dank ihrer verbesserten Leistung und überlegenen Datenerfassungstechnologie drei- bis viermal schnellere Vermessungs- und Modellierungsergebnisse als die P4. Außerdem arbeitete sie zehnmal schneller als herkömmliche Vermessungstechniker. (Diese können zwar auf den Millimeter genau arbeiten, aber beim Riedbahn-Projekt reichte die zentimetergenaue Präzision der Drohnen aus).
Dank dieser schnelleren Arbeit wurden die Kosten für die Vermessung und Planung gesenkt. Außerdem konnten die Ingenieure bereits in der Planung Fehler erkennen, deren Korrektur nach Baubeginn sehr teuer geworden wäre.
Auch bei den Beschaffungsausgaben ergeben sich große Einsparungen.
“Die Mavic 3E ist weitaus mobiler und einfacher zu bedienen, was den Wert der Kamera steigert, während ihre Sensoren auch bei schlechten Lichtverhältnissen unglaubliche Details liefern und die Einsatzmöglichkeiten erweitern. Schneller, bessere Daten und sehr vielseitig – die Mavic 3E ist in jeder Hinsicht überlegen.“ – Tim Dippel, Fachberater für Multicopter bei der Drohnenabteilung von DB Engineering & Consulting
Gestaltung zukünftiger DB-Bahnprojekte mit Drohneneinsatz
Die DB erwägt den weiteren Einsatz von Mavic 3E-Drohnen zur Feinabstimmung der Baupläne für die Riedbahn. Die gemeinsame Anstrengung, das Projekt im Zeit- und Kostenrahmen zu halten, wird entscheidend sein, um die betroffenen Kunden davon zu überzeugen, dass die fünfmonatige Schließung und die damit verbundenen Behinderungen im Zugverkehr sich gelohnt haben.
Das wiederum hat Einfluss darauf, ob die Deutsche Bahn bei künftigen Instandsetzungen des Schienennetzes wieder ihre radikale Strategie der Generalsanierung in einem Zug als ein Standardverfahren anwenden wird.
„Unsere Arbeit unterstützt das Ziel der Deutschen Bahn, eine weitere Sanierung der Riedbahn für die nächsten 10 Jahre auszuschließen“, sagt Dippel zu dem unkonventionellen Ansatz des Projekts. „Kleinere Bauarbeiten werden also bis zum nächsten Jahrzehnt auf der Strecke nicht mehr notwendig sein. Aufgrund der Bedeutung der Riedbahn hat das Projekt positive Auswirkungen auf das gesamte Schienennetz des Unternehmens. Wenn dieses Projekt also erfolgreich ist, könnte es die Art und Weise, wie die Deutsche Bahn die Sanierung des nationalen Netzes durchführt, diversifizieren.“
Ein Erfolg bei der Riedbahn könnte auch dem Drohnengeschäft der Deutschen Bahn E&C Auftrieb geben
Das Riedbahn-Projekt ist ein weiterer Meilenstein für das Know-how von DB Engineering & Consulting, das bereits seit 2017 Drohnendienstleistungen anbietet.
Neben den bildgebenden Flugzeugen, den Vermessungsarbeiten und der Datenerfassung wird bei diesen Aktivitäten auch die Drones2BIM Cloud Platform des Unternehmens eingesetzt. Diese Ressource ermöglicht allen Personen und Teams, die an verschiedenen Projekten beteiligt sind, den Zugang zu Informationen und genauen Modellen der im Bau befindlichen Infrastruktur.
Die von der DB E&C-Tochter infraView entwickelte und betriebene Drones2BIM-Plattform erzeugt automatisch verarbeitete Orthofotos und 3D-Punktwolken in Webbrowsern, mit integrierten Zeichnungen und zahlreichen Messwerkzeugen. Damit stellt die Ressource das Herzstück der digitalen Arbeit des Unternehmens mit per Drohne gesammelten Daten dar und senkt die Projektkosten bei gleichzeitiger nachhaltiger Steigerung von Effizienz und Qualität.
Drones2BIM stellt derzeit Tausende von weltweit zugänglichen Datensets zur Verfügung und die Zahl steigt immer weiter an. Die Plattform ist eine tragende Säule im Bereich der Bau-, Überwachungs-, Design- und Umweltdienstleistungen, die DB E&C für seine Kunden erbringt.
