La linea ferroviaria che collega Francoforte sul Meno e Mannheim, nota come Riedbahn, è una delle direttrici più trafficate della rete di trasporti di Deutsche Bahn (DB) e necessita di importanti interventi di ristrutturazione.
A tale scopo, DB ha deciso di adottare una strategia radicale: chiudere l'intera tratta di 70 chilometri per cinque mesi per eseguire la revisione in un'unica soluzione.
Questo approccio comporta numerose sfide, tra cui le seguenti:
- Eseguire un controllo completo e dettagliato dell'infrastruttura ferroviaria esistente
- Analizzare le riparazioni e gli ammodernamenti necessari e stabilire un piano per completare tutti i lavori entro i cinque mesi previsti
- Dimostrare ai viaggiatori che i disagi subiti sono stati ripagati dai miglioramenti apportati al servizio
Soluzioni dal cielo per risolvere problematiche a terra
La controllata di Deutsche Bahn, DB Engineering and Consulting (DB E&C), utilizza i droni DJI Mavic 3 Enterprise per eseguire rilevamenti digitali e creare nuvole di punti 3D e ortofoto estremamente accurate delle infrastrutture e del terreno.
Ciò consente non soltanto di ridurre i tempi di rilevamento di 10 volte rispetto ai metodi tradizionali, ma anche di produrre strumenti basati sui dati che permettono di evitare costosi errori lungo la linea.
ROI ottimizzato grazie a risultati eccellenti
- Migliori prestazioni e maggiore sicurezza rispetto alle ispezioni condotte da operatori nelle vicinanze di treni ad alta velocità
- Costi di pianificazione ridotti grazie a operazioni più rapide con i droni e a risultati più efficaci e affidabili in termini di raccolta dei dati
- Maggiore precisione, a livello centimetrico, grazie ai sensori integrati di qualità superiore con funzionalità di acquisizione obliqua intelligente
- Nuvole di punti 3D e ortofoto di migliore qualità che agevolano i controlli delle infrastrutture, l'analisi degli interventi di ristrutturazione necessari e la simulazione dei risultati per individuare eventuali errori di pianificazione
Linee ferroviarie trafficate
La ferrovia di 70 chilometri che collega Francoforte sul Meno e Mannheim, nota come Riedbahn, è una delle linee più trafficate di Deutsche Bahn in quanto trasporta ogni giorno migliaia di viaggiatori. È anche una delle tratte più sature e il passaggio quotidiano di 300 treni locali e a lunga percorrenza ha gravato notevolmente sulle infrastrutture di terra.
Per eseguire le riparazioni necessarie, DB ha lanciato un'enorme piano di revisione della Riedbahn, i cui lavori sono iniziati a dicembre 2022 e si prevede che, dopo una pausa, vengano completati nella seconda metà del 2024.
Le strategie tradizionalmente adottate per gli interventi sulle linee ferroviarie prevedono che il lavoro venga svolto in sequenza su piccole tratte tra i passaggi dei treni in condizioni di traffico ridotto. Questo approccio lento e frammentato genera ritardi e interruzioni del servizio con conseguenti lamentele dei passeggeri che subiscono forti disagi.
Per gli interventi sulla Riedbahn, Deutsche Bahn ha quindi deciso di adottare un piano radicale che prevede la chiusura di tutta la tratta per cinque mesi per consentire la realizzazione di tutti i lavori di ristrutturazione in una sola volta.
DB E&C contribuisce al successo di questo straordinario progetto fornendo servizi di pianificazione, supportati dai droni.
Sfide formidabili per un progetto di enormi dimensioni
Tra luglio 2024 e la fine dello stesso anno, DB eseguirà tutte le revisioni necessarie dell'intera linea ferroviaria Riedbahn e della relativa massicciata. Verranno eseguiti interventi di riparazione o sostituzione anche su tutte le tecnologie di controllo e sicurezza lungo il collegamento.
Inoltre, verranno revisionati più di 150 scambi, quattro passaggi a livello e oltre 10 km di barriere insonorizzanti. È prevista anche la modernizzazione di circa 20 stazioni lungo il tragitto.
Deutsche Bahn ritiene che questa strategia non ortodossa di realizzare in una sola volta gli interventi sulla Riedbahn consentirà di raggiungere gli obiettivi previsti e di restituire la linea agli utenti nei tempi stabiliti, con la certezza che non saranno necessari ulteriori lavori di riparazione per il prossimo decennio. Nella fase di preparazione del progetto, l'azienda sta adottando un approccio olistico analogo per la pianificazione e il superamento delle sfide poste dall'opera, tra cui:
- Miglioramento della sicurezza e dell'affidabilità del collegamento
- Ridefinizione della modalità di realizzazione di lavori che comportano l'interruzione del servizio per i viaggiatori
- Attività di front-loading mediante analisi accurate e la pianificazione preventiva dei lavori di costruzione
- Riduzione significativa dei tempi e dei costi del progetto rispetto ai metodi precedenti
- Approfondita conoscenza del rigoroso quadro normativo tedesco in materia di attività aeree
- Maggiore sicurezza dei lavoratori impegnati nella ristrutturazione dell'infrastruttura ferroviaria
- Conferma della strategia di Deutsche Bahn come modello più rapido ed efficace da utilizzare in futuro
Dati acquisiti da droni + elaborazione continua = migliori resultati di progetto
L'uso dei droni Mavic 3 Enterprise nel progetto Riedbahn da parte di DB Engineering & Consulting è articolato in tre fasi generali.
Nella fase iniziale, già ampiamente completata, i droni hanno sorvolato tutte le aree e gli asset della tratta ferroviaria utilizzando le loro fotocamere e i sensori per acquisire immagini e dati. Ciò ha consentito di raccogliere informazioni dettagliate su singole zone, che sono state successivamente assemblate per creare una mappa 3D dell'intera area di intervento.
Tra le funzionalità potenziali ed effettivamente utilizzate di tale processo figurano le seguenti:
- Creazione di un inventario accurato di tutto l'hardware della rete ferroviaria
- Utilizzo di queste informazioni per aggiornare le mappe delle attrezzature, divenute obsolete, dopo il completamento del progetto
- Elaborazione dei dati per creare nuvole di punti 3D e ortofoto delle strutture attuali
- Determinazione degli interventi richiesti e pianificazione di tempistiche ottimizzate
Droni ottimizzati per prestazioni migliori
I droni Mavic 3 Enterprise utilizzati per questo lavoro rappresentavano un importante aggiornamento rispetto al modello Phantom 4 di cui l'azienda si era precedentemente avvalsa.
Secondo Tim Dippel, consulente per i multicotteri della divisione Droni di DB Engineering & Consulting, il nuovo modello è stato in grado di volare più rapidamente coprendo un'area più estesa per ogni missione.
Grazie ai suoi sensori più potenti, ha raccolto dati più approfonditi e accurati di quanto fosse possibile con la precedente tecnologia, acquisendo un'immagine ogni 0,7 secondi rispetto ai 2,5 secondi del Phantom 4. Inoltre, la funzione di acquisizione obliqua intelligente del drone consente di acquisire immagini da diverse angolazioni contemporaneamente, con una precisione di livello centimetrico.
Una durata della batteria maggiore del 50% è stato un altro miglioramento significativo rispetto al modello precedente, che ha consentito di effettuare voli di ben 45 minuti.
Dippel afferma che il modello Mavic 3E ha persino eguagliato le prestazioni del più grande e potente drone M300 di DJI, che Deutsche Bahn aveva spesso utilizzato per attività di rilevamento, mappatura e modellazione molto impegnative.
Essendo sensibilmente più piccolo, pieghevole e facilmente trasportabile, Mavic 3E ha offerto indubbi vantaggi rispetto ad apparecchiature più grandi e costose, eliminando anche la necessità di portare con sé un gran numero di batterie per completare il lavoro di un'intera giornata.
Mappatura e modelli di precisione: i fattori chiave per il successo finale
Una volta elaborati da un software specializzato, i dati aerei dei droni hanno prodotto mappe 3D e modelli accurati degli asset. Questi strumenti computerizzati hanno consentito agli ingegneri di Deutsche Bahn di esaminare nel dettaglio l'infrastruttura, le sue condizioni e il terreno circostante, interagendo con i dati visualizzati sullo schermo.
Ciò, a sua volta, ha permesso ai tecnici di determinare il tipo di lavoro necessario e di pianificarne l'esecuzione, oltre a definire tempistiche di costruzione e strategie di stoccaggio coordinate in tutto il progetto Riedbahn per massimizzarne l'efficienza.
Ora che la fase iniziale del lavoro di rilevamento e pianificazione è quasi completata, è in corso una seconda fase che consiste nel mettere a confronto le simulazioni dei lavori di ristrutturazione previsti con i modelli originali.
Dopo il lavoro pesante, arriva la fase della messa a punto
In alcuni casi, la revisione effettuata ha già consentito agli ingegneri di Deutsche Bahn di identificare eventuali errori o incompatibilità tra l'opera pianificata e le infrastrutture o i terreni circostanti. Di conseguenza, le correzioni necessarie possono essere apportate in anticipo, evitando i costi ingenti e la notevole perdita di tempo di eventuali adeguamenti ad attività di ristrutturazione già avviata.
La seconda fase di verifica della pianificazione e organizzazione del cantiere proseguirà con l'avvicinarsi dell'avvio della fase di ricostruzione nel 2024.
Nel corso del progetto di revisione della Riedbahn, i modelli originali, simulati e dell'evoluzione finale del lavoro saranno resi disponibili per l'uso pratico e continuo a tutti coloro che sono coinvolti nella gestione dei lavori.
Soddisfazione dei regolatori e sicurezza dei lavoratori
L'uso frequente dei droni per vari tipi di lavori offre a Deutsche Bahn un margine di libertà relativamente elevato, non dovendo richiedere l'approvazione delle autorità per ogni singolo utilizzo.
Tuttavia, date le dimensioni del progetto Riedbahn, l'azienda ha dovuto dissipare alcune preoccupazioni dei regolatori riguardo ai voli.
La sofisticata tecnologia di rilevamento e aggiramento degli ostacoli integrata nei droni Mavic 3E e le funzionalità di sicurezza automatizzate in grado di assumere il controllo in situazioni impreviste o anomale hanno fornito una risposta più che convincente ai timori dei regolatori.
Va anche ricordato che un drone che sorvola un'infrastruttura ferroviaria a un centinaio di metri dal suolo mentre i treni sfrecciano veloci è molto più sicuro che affidare lo stesso lavoro a delle persone che operano a terra.
Risultati
Secondo Dippel, grazie alle prestazioni ottimizzate e alla tecnologia avanzata di acquisizione dei dati, Mavic 3E ha permesso di ottenere risultati di rilevamento e modellazione con una rapidità da tre a quattro volte superiore rispetto a Phantom 4. Ha inoltre lavorato dieci volte più velocemente rispetto agli operatori che in genere si occupano dei rilevamenti: sebbene questi ultimi garantiscano una precisione millimetrica, l'accuratezza centimetrica dei droni era comunque sufficiente per le finalità del progetto Riedbahn.
Questa maggiore rapidità nell'esecuzione del lavoro ha consentito di ridurre i costi relativi al processo di rilevamento e pianificazione e ha già permesso agli ingegneri di individuare errori nella pianificazione che sarebbero stati molto costosi da correggere una volta iniziata la fase di costruzione.
La soluzione offre anche notevoli risparmi in termini di spese per l'approvvigionamento.
“La maggiore facilità di trasporto e utilizzo aumenta il valore di Mavic 3E, mentre i suoi sensori assicurano dettagli incredibili in condizioni di scarsa illuminazione, prolungando le ore di lavoro utili durante la giornata. Più veloce, più accurato ed estremamente versatile, Mavic 3E è superiore sotto tutti gli aspetti." - Tim Dippel, consulente per i multicotteri della divisione Droni di DB Engineering & Consulting
Un nuovo approccio ai progetti ferroviari di DB grazie alle funzionalità offerte dai droni
DB sta valutando l'opportunità di continuare a utilizzare i droni Mavic 3E per perfezionare i piani di costruzione della Riedbahn. Lo sforzo collettivo finalizzato a rispettare le tempistiche e il budget del progetto sarà fondamentale per convincere gli utenti che i disagi subiti a causa della chiusura di cinque mesi sono valsi la pena.
Ciò influirà, a sua volta, sulla decisione di Deutsche Bahn di adottare questa strategia radicale come procedura standard per i futuri lavori di riparazione e ristrutturazione della rete ferroviaria.
"Il nostro lavoro supporta l'obiettivo di Deutsche Bahn di evitare ulteriori lavori di revisione della Riedbahn per altri 10 anni", afferma Dippel parlando dell'approccio non convenzionale del progetto. "I lavori di costruzione su piccola scala non saranno più necessari fino al prossimo decennio. Data l'importanza della Riedbahn, il progetto ha effetti positivi per l'intera rete ferroviaria dell'azienda. Pertanto, il successo di questo progetto potrebbe determinare il modo in cui Deutsche Bahn eseguirà i futuri lavori di ristrutturazione della rete nazionale."
Il successo del progetto Riedbahn potrebbe incrementare anche il business dei droni di Deutsche Bahn E&C’s
Il progetto Riedbahn rappresenta un altro importante traguardo che consolida l'esperienza di DB Engineering & Consulting, già attiva nel settore dei servizi basati su droni sin dal 2017.
Le attività di acquisizione di immagini, rilevamento topografico e raccolta di dati mediante l'uso di velivoli integrano la Piattaforma cloud Drones2BIM dell'azienda. Questa risorsa consente ai singoli individui e ai team coinvolti nei vari progetti di accedere a preziose informazioni e a modelli esatti dell'infrastruttura in costruzione.
Sviluppata e gestita da InfraView, una controllata di DB E&C, la piattaforma Drones2BIM genera ortofoto e nuvole di punti 3D elaborate automaticamente nei browser Web, con disegni e numerosi strumenti di misurazione integrati. Questa risorsa, che utilizza i dati raccolti dai droni, rappresenta il fulcro dell'attività digitale dell'azienda e consente di ridurre i costi dei progetti, migliorandone al contempo l'efficienza e la qualità nel lungo periodo.
Drones2BIM fornisce attualmente migliaia di set di dati accessibili in tutto il mondo, un numero che continua a crescere nel tempo, e costituisce il pilastro su cui si basano i servizi ambientali, di costruzione, supervisione e progettazione offerti da DB E&C ai propri clienti.
