„Das haben wir schon immer so gemacht“ oder „Das haben wir noch nie so gemacht“ sind sicherlich Sprüche, die jede*r Bauingenieur*in schon einmal gehört hat. Diese Weisheiten gehören nicht nur im Bauwesen allgemein zum alten Eisen, sondern zwischenzeitlich selbst in der Geotechnik, in der man aufgrund des hohen Risikopotentials lieber etwas konservativer agiert. Spezialtiefbauunternehmen und Geotechnische Ingenieurbüros erkennen vermehrt, dass sich das Baugrundrisiko durch den sinnvollen Einsatz digitaler Methoden tendenziell minimieren lässt. Als Nebeneffekt lassen sich Arbeitsprozesse sowie der Materialeinsatz optimieren. Besonders hervorzuheben ist bereits an dieser Stelle: Digitale Methoden und Anwendungen sind nur dann sinnvoll, wenn sie auch intuitiv zu bedienen sind!
Feldapps
Der sinnvolle Einsatz digitaler Methoden beginnt in der Geotechnik bereits bei der Erstellung des Geotechnischen Berichts und der damit zusammenhängenden Planung und Durchführung der erforderlichen Sondierungen. Die Festlegung der Aufschlusspunkte sollte direkt in einem GIS System und damit georeferenziert erfolgen. Ggf. zu nutzende Zuwegungen können dabei unmittelbar oder auch erst im Nachhinein noch kurzfristig erfasst werden. Über die gängigen Navigationsapps in Smartphone oder Tablet können die Aufschlusspunkte dann unter Berücksichtigung der Wegerechte ohne großes Suchen schnell und einfach angesteuert werden. Insbesondere bei Linienbauwerken und Trassen, die sich über viele Kilometer erstrecken, macht der Einsatz dieser Technologie Sinn, da auch kurzfristige Änderungen der Lage von Aufschlusspunkten oder aber auch zu nutzenden Zuwegungen allen Beteiligten in Echtzeit zur Verfügung stehen.
Außer bei Drucksondierungen und Pressiometern wird die Aufnahme der direkten und indirekten Baugrundaufschlüsse oftmals noch analog durchgeführt, obwohl die Weiterverarbeitung der Informationen ohnehin digital erfolgen muss. Die Digitalisierung der Daten birgt nicht nur ein hohes (menschliches) Fehlerpotential, es ist auch einfach ein unnötiger Arbeitsschritt, der bei der derzeitigen Personal- und Marktlage leicht gespart werden könnte. An notwendiger Hardware für die digitale Erfassung im Feld mangelt es nicht, wohl aber an der notwendigen Software und oftmals auch an der firmeninternen digitalen Infrastruktur für die Speicherung und Verwaltung der geotechnischen Daten. Die Entwicklung mobiler Anwendungen für die Erfassung geotechnischer Daten im Feld wurde durch die entsprechenden Softwareentwickler einfach verschlafen. Für die Anwender*innen kommt erschwerend hinzu, dass es ohnehin nur wenige Anbieter für die Verwaltung dieser Daten gibt. Sofern ein Unternehmen also nicht über entsprechende personelle bzw. monetäre Mittel für die Entwicklung eigener mobiler Anwendungen verfügt, bleibt nur die Möglichkeit Stift und Papier zu nutzen. Mittlerweile haben aber sowohl die großen Player im Bereich der Geotechniksoftware sowie kleinere Startups gemerkt, dass ein enormer Bedarf an mobilen Anwendungen besteht. In diesem Bereich wird man in den nächsten Monaten und Jahren sicherlich enorme Fortschritte verzeichnen.
3D Baugrundmodell
Die (digital) erfassten geotechnischen Daten werden im Geotechnischen Bericht üblicherweise als 1D Profile bzw. geotechnische 2D Schnitte dargestellt. Je größer die Projektfläche und je mehr Baugrundaufschlüsse vorhanden sind, desto unverständlicher wird diese Darstellungsweise. Kolleg*innen anderer Ingenieurdisziplinen verfallen regelmäßig in Lachen, wenn man ihnen erklärt, dass man versucht die sehr inhomogene und zudem dreidimensional verteilte Unbekannte Baugrund über eine Handvoll von zweidimensionalen Schnitten zu charakterisieren und begreiflich zu machen. Dazu muss man sagen: Zurecht! Glücklicherweise macht auch das Thema BIM vor der Geotechnik nicht halt, sodass sich die Nutzung von 3D Modellen zur Darstellung Baugrunds immer mehr etabliert. Diese Darstellung hilft nicht nur dem*der Geotechnik Ingenieur*in bei seiner*ihrer Arbeit. Vielmehr macht sie auch die Unbekannte Baugrund für alle anderen Projektbeteiligten begreiflich. Persönlich habe ich die Erfahrung gemacht, dass es Projekte gibt, bei denen der Baugrund sehr homogen zusammengesetzt ist und man als Geotechnik Ingenieur*in auch sehr schnell eine räumliche Vorstellung vom Baugrund hat. In diesen Projekten hilft ein 3D Baugrundmodell hauptsächlich zur Visualisierung für fachfremde Projektbeteiligte. Auf der anderen Seite wiederum gibt es Projekte, in denen gefühlt jeder Baugrundaufschluss anders ist und man nicht mal als Sachverständiger eine Vorstellung von der eigentlichen Baugrundsituation hat. In diesen Projekten ist ein 3D Baugrundmodell unabdingbar, um als Geotechnik Ingenieur ein wirkliches Verständnis über den Baugrund zu erlangen und entsprechende Empfehlungen abzuleiten. Diese Empfehlungen lassen sich mit dem 3D Modell ebenfalls sehr verständlich an den Bauherren bzw. die Projektbeteiligten kommunizieren. Der Einsatz von 3D Baugrundmodellen ist zwar bisher keinesfalls Standard, weder bei Arcadis noch bei Fachkollegen, aber meine persönlichen Erfahrungen zeigen eine deutliche Qualitätssteigerung des Planungsprozesses bei Nutzung digitaler 3D Baugrundmodelle, da insbesondere Personen ohne besondere Sachkunde der Geotechnik einen schnelleren Zugang zu den Problem- und Fragestellungen erhalten.
Bei der Nutzung von 3D Baugrundmodellen muss beachtet werden, dass diese rein visuell eine Richtigkeit und Genauigkeit suggerieren, die in der Realität nicht vorhanden ist. Das 3D Modell ist nur so genau wie die Baugrundaufschlüsse auf denen es beruht, und das 3D Modell kann auch qualitativ schlechte Aufschlüsse nicht in Gold verwandeln. Ein 3D Modell entbindet nicht von den Mindestanforderungen des Eurocode 7 bzgl. der Art, Anzahl und Tiefe der Aufschlüsse. Allerdings lassen sich, entsprechenden Sachverstand bei der Interpretation der Aufschlüsse und Erstellung des 3D Modells vorausgesetzt, die durchzuführenden Baugrundaufschlüsse sinnvoller über das Projektgebiet verteilen. Zu beachten ist außerdem, dass ein 3D Baugrundmodell bisher nicht für sich allein stehen kann. Es sind stets die Ausführungen des*der Geotechnischen Sachverständigen im Geotechnischen Bericht zu beachten, um das Modell richtig zu verstehen und zu interpretieren.
Es gibt nicht wenige Projekte, in denen die Baugrunderkundung analog zum Planungsfortschritt in mehreren Abschnitten durchgeführt wird. Deswegen ist es sinnvoll möglichst früh mit einem 3D Baugrundmodell zu arbeiten, welches im zeitlichen Projektverlauf durch neue Erkenntnisse immer weiter fortgeschrieben und detailliert wird. Sollten historische Baugrundunterlagen vorliegen, können natürlich auch diese in das Modell eingepflegt werden.
Automatisierung
Wirklich interessant und „fortschrittlich“ wird es, wenn das 3D Baugrundmodell sowie sämtliche geotechnischen Daten für eine (teil-)automatisierte Planung genutzt werden. Im besten Fall fließen hier technische und nicht-technische (z.B. Kosten) Faktoren über Machine-Learning Algorithmen mit ein. Zumindest letzteres ist aber aktuell eher Wunschdenken und definitiv noch kein Regelfall. Die (teil-)automatisierte Planung wird hingegen immer wichtiger und auch einfacher. Durch die weite Verbreitung von Python als sehr schnell zu erlernende Programmiersprache, aber auch durch sogenannte low-code Applikationen (z.B. Dynamo oder Grasshopper) großer Hersteller, lässt sich der Planungsprozess durch jede*n Anwender*in auch ohne vertiefte Programmierkenntnisse automatisieren und parametrisieren. Auf diese Weise können z.B. Gründungen oder Baugruben bereits in frühen Planungsphasen optimiert werden. Aber auch eine Verknüpfung der Gründung an die Baugrundschichtung kann erfolgen, z.B. die Länge der Gründungspfähle an den Verlauf der tragfähigen Baugrundschicht: Ändert sich der Verlauf der tragfähigen Schicht, weil weitere Baugrundaufschlüsse durchgeführt und in das 3D Baugrundmodell eingepflegt werden, wird die individuelle Länge der Gründungspfähle in der Planung automatisch an die neuen Randbedingungen angepasst. Ob sich daraus weitere Konsequenzen ergeben, z.B. aus wirtschaftlicher oder ausführungstechnischer Sicht, obliegt nach wie vor den*der verantwortlichen Ingenieur*in, kann aber ohne große Umwege sofort geprüft und auch verständlich an Projektbeteiligte kommuniziert werden.
Résumé
Zusammenfassend ist zu sagen, dass die Digitalisierung auch vor der Geotechnik keinen Halt macht und es gilt: Wer nicht mit der Zeit geht, wird mit der Zeit gehen. Allgemeine Empfehlungen zum Einsatz digitaler Methoden gibt es (noch) nicht, dafür aber immer mehr positive Erfahrungsberichte. Der sinnvolle Einsatz digitaler Methoden hängt immer von der individuellen Situation und dem jeweiligen Projekt ab.
Wichtig beim Einsatz digitaler Methoden ist, dass die eingesetzten Programme intuitiv zu bedienen und schnell zu erlernen sind. Dies ist bei vielen Programmen im professionellen Bereich heutzutage leider nicht der Fall, wodurch man lieber beim Althergebrachten bleibt: Stift und Papier. Werden Programme oder Prozesse zu komplex, werden sie nicht angenommen.
Dieser Beitrag beruht auf meinen persönlichen Projekterfahrungen, die bisher überwiegend positiv waren. Ich hoffe, dass damit weitere Kolleg*innenen dazu ermutigt werden, die Digitalisierung und Automatisierung sowie den Einsatz digitaler Methoden in der Geotechnik aktiv voranzutreiben.
