Innosuisse Forschungsprojekt RSRG-RTCM – Rhomberg Sersa Rail Group - Real time construction Monitoring

Durch die Echtzeit-Erfassung des Baufortschritts auf Gleisbaustellen lassen sich, mit moderner Sensortechnologie, die Warte- und Stillstandzeit um 20% reduzieren. Dank der Echtzeit-Baufortschrittskontrolle kann auf Verzögerungen schneller reagiert werden und Prozesse lassen sich effizienter steuern.

Zusammenfassung

Ziel des Innovationsprojektes RSRG-RTCM ist die Entwicklung eines Systems für die automatisierte Echtzeiterfassung des Baufortschritts auf Gleisbaustellen. Auf Basis von intelligenten Sensoren in Kombination mit smarten Algorithmen werden die wichtigsten Bauaktivitäten in Echtzeit erfasst und dem/der Bauführer*in relevante Informationen zum Baufortschritt und einer allfälligen Planabweichung zur Verfügung gestellt. Somit können Verantwortliche der Gleisbaustelle Engpässe frühzeitig erkennen, wie z. B. ein Gleiskran, der das Gleis noch nicht wegtransportiert hat und damit zu einem potenziellen Produktivitätsrückgang der nachfolgenden Prozesse führt.

Dank der automatisierten und detaillierten Erfassung lassen sich die Bauaktivitäten zudem nachträglich systematisch analysieren und es können Rückschlüsse für eine Optimierung der Planung abgeleitet werden. Dies führt (mittelfristig) zu einer Verbesserung der Planungssicherheit sowohl bezüglich der Kosten als auch bezüglich der Abläufe und Termine.

Ausgangslage

Bei der Produktivitätsentwicklung liegt das Bauwesen im Vergleich zu anderen Branchen deutlich zurück. Im internationalen Vergleich werden Bahnbauprojekte, im Durchschnitt 44% über den geplanten Budget- und Terminvorgaben, abgewickelt (McKinsey Global Institute 2015). Bei Eisenbahnbauprojekten sind kurze Fristen und eine hohe Ablauftaktung für die Ausführung von Instandhaltungen und den Neubau von entscheidender Bedeutung, da die Arbeiten in den Fahrplan eingebunden und mit der Netznutzung koordiniert werden müssen. Abweichungen von der Planung können grosse Auswirkungen auf die Netznutzung haben. Diese müssen möglichst früh erkannt werden, so dass adäquat darauf reagiert werden kann. Zeitüberschreitungen werden oft mit hohen Strafen geahndet.

Projektziele

Mit dem Innovationsprojekt RSRG-RTCM werden die folgenden Ziele angestrebt:

Entwicklung einer Sensorbox, welche die Erkennung von Arbeitstätigkeiten durch die kombinierten Sensorauswertung von mehrere Sensortypen ermöglicht.
Warte- und Stillstands Zeiten von Maschinen erkennen. Durch die Reduktion dieser Zeiten können Kosten und Zeiten um 20% eingespart werden (optimierte Disposition von Personal und Ressourcen). In der Bauausführung kommt es zu Warte- und Stillstands Zeiten von Maschinen und Personal, wenn ein vorgängiger Arbeitsprozess in Verzug gerät und die nachfolgenden Prozesse nicht rechtzeitig auf die Verzögerung reagieren können. Dank dem Echtzeit-Baufortschrittsmonitoring können bei Verzögerungen Prozesse kurzfristig besser gesteuert und auf die Verzögerung reagiert werden. Dadurch reduzieren sich die Warte- und Stillstands Zeiten.
Entwicklung einer bauteilorientierten Planung, die über alle Projektphasen (Planung, Disposition, Ausführung/Rapportierung, Kalkulation) die Durchgängigkeit der Leistungs- und Kostenstrukturen aufzeigt und prototypisch implementiert. Der Prototyp bildet die detektierten Schlüsselaktivitäten auf die korrespondierende Bauteilstruktur ab und ermöglicht die Visualisierung und Analyse der Bauaktivitäten.

Umsetzung

Im Rahmen der Datenerfassung wurden zunächst geeignete Sensoren evaluiert und anschliessend unter Laborbedingungen getestet. Die Wahl der Sensortypen erfolgte in Abstimmung mit den Projektpartnern unter Berücksichtigung der relevanten Bautätigkeiten und der daran beteiligten Maschinen. Die Erfassungsdimensionen umfassen Standort und Bewegungsmuster von taktgebenden Baumaschinen, sowie die Erfassung der Aktivität über bild- und tongebende Verfahren mit einem Fokus auf die Maschinentätigkeit.

Bild Sensorbox.png

In der Datenauswertung werden relevante Muster in den Datensätzen der unterschiedlicher Sensortypen und Datenquellen identifiziert. Hierbei werden für Gleisbaustellen optimierten maschinellen Lernverfahren entwickelt, welche relevante Muster sowohl aus einzelnen Sensoren als auch aus Sensorkombinationen extrahieren. Ein Teil der Vorprozessierung und Analyse der Sensor- und Kontextdaten wird direkt auf der Sensorbox durchgeführt, um einen effizienten Datentransfer zu ermöglichen. Die Mustererkennung der Sensordaten und ihren Messreihen wird in ein Analyseprozess und Datenmodell eingebettet, der den Baukontext der jeweiligen Gleisbaustelle modelliert und die Bauteil-orientierte Prozesssicht über die Analysedaten ermöglicht.

Das Arbeitspaket "Prozess" erarbeitet die Integration in den Unternehmensprozess. Diese Integration erlaubt die automatisch detektierten Informationen der Gleisbaustelle für die Bautätigkeit effektiv nutzbar zu machen. Im Rahmen des Projekts werden zwei unterschiedliche Prozessintegrationen verfolgt und entwickelt.

Near-real-time Baufortschrittskontrolle (Soll-Ist-Vergleich)
Baubetriebliche Kalkulation und Kennzahlen

Über die Baufortschrittskontrolle kann der Baufortschritt kontinuierlich geprüft und Abweichungen zeitnah identifiziert werden. Die erfassten Prozesse und Analysen unterstützen die betriebliche Kalkulation und Planung während und auch in zukünftigen Bauprojekten.

07_Prozess Einbindung.jpg

Quelle: Einbindung von Sensordaten in Unternehmensprozess mit den beiden Anwendungsfällen: 1. Near-real-time Baufortschrittskontrolle (Soll-Ist-Vergleich) und 2. Baubetriebliche Kalkulation und Kennzahlen (eigene Darstellung)

Teil des Innovationsprojekts ist es, die Informationen der Bauaktivitäten in die baubetriebliche Informationsstruktur zu integrieren und aufzuzeigen, wie diese Strukturen über die verschiedenen Prozesse von Rhomberg Sersa Rail Group einheitlich auszugestalten sind. Konkret gilt es, die Beziehungen zwischen einer (Bau-)Aktivität, dem damit zu erstellenden Bauergebnis und der für die Erstellung notwendigen Bauressourcen zu definieren und zu beschreiben (siehe nachfolgende Abbildung). Ein spezieller Fokus liegt dabei auf die Durchgängigkeit der objektbasierten Strukturen. Diese sollen sich auf den Fachdatenkatalog der SBB abstützen, gleichzeitig, aber auch kompatibel zum offenen Standard IFC (Industry Foundation Classes) bleiben.

g-Prozesse-Daten-Kosten-v0.80.png

Quelle: Baubetriebliche Informationsstruktur (Fokus Arbeits-/Nachkalkulation), Eigene Darstellung

Eckdaten des Projekts

Projektlaufzeit:	Januar 2023 - Juni 2025
Finanzierung:	Innosuisse
Projektleitung:	Oliver Schneider
Projektmitarbeitende:	IDIBAU: Lukas Schildknecht, Thomas Gafner, Joel Geschwind, Matteo Depoli IGEO: Manuela Ammann, Pia Bereuter, Fabian Rüfenacht Rhomberg Sersa Rail Group: Christoph Müller, Christina Thierwächter, Martina Ulvrova, Marcel Nolte, Çlirim Rudi, Fabrice Lardon, Oliver Schoch, Joshua Traub