Roboter, Sensoren und BIM bringen „Intelligenz“ in den Bau

BIM und „intelligente“ Hardware ermöglichen die digitale Transformation der Bauindustrie in der Planungs-, Bau- und Betriebsphase der Bauwerke.

Foto: Fischer

Digitalisierung und damit digitale Angebote für die Kunden nehmen beim Befestigungsspezialisten Fischer inzwischen einen breiten Raum ein, unter anderem mit neuen Befestigungsprodukten, in denen erstmals ein Sensor integriert ist. Damit können Dübel künftig auch zu deren Umgebungsbedingungen und deren Verhalten im Baustoff selbstständig kommunizieren.

Als weltweit erstes Unternehmen bietet Fischer nach eigenen Angaben damit im Bereich der Befestigungstechnik eine intelligente und integrierte Überwachungslösung für Bauwerke und Anlagen. Dank der Kräfteüberwachung der Befestigungen können Sicherheitsprobleme, etwa von Windkraftanlagen, Installationen im Tunnelbau und weiteren Objekten, frühzeitig festgestellt und Maßnahmen ergriffen werden.

Automatisierung mit dem BauBot: Vollautomatisches Bohren, Bohrlochreinigen, Markieren und Befestigen an Decken, an Wänden und in Böden.

Foto: Fischer

BauBot auf Messe in München vorgestellt

Ein noch auffälligeres Beispiel ist der Befestigungsroboter BauBot, der die Bohrlocherstellung und Installation von Befestigungslösungen übernimmt. Besonders bei Großbauprojekten, wie etwa Straßen-, Bahn- und Tunnelbauten, aber auch im Hoch- und Tiefbau soll der vollautomatische Helfer künftig im Einsatz sein. Die Öffentlichkeit konnte ihn diese Woche auf der BIM World in München entdecken, wo er – seinen Bohrarm weit in die Höhe gereckt – auf einem Messestand zu sehen war.

In Kombination mit einem digitalen Bauplan steigert er die Produktivität und Präzision auf Großbaustellen, schont die Gesundheit der Anwender und bringt Sicherheit durch eine durchgängige digitale Dokumentation. Dabei kann der Roboter in Boden-, Decken- und Wandanwendungen zum Einsatz kommen.

Der fischer Befestigungsroboter wurde mit dem Wiener Start-up BauBot entwickelt, das sich mit mobilen Automatisierungslösungen für die Baustelle beschäftigt. Seit 2022 ist BauBot Teil der Unternehmensgruppe Fischer, die sich mehrheitlich an dem jungen Unternehmen beteiligt hat. Zuerst kommt der BauBot in den Niederlanden, in Österreich und in Deutschland ab 2023 auf Großbaustellen zum Einsatz.

Vor der Ausführung lassen sich die Bohr- und Setzprozesse des Roboters eine vollständig simulieren. Durch eine neuartige Sensorik kann er jede Abweichung zum Standard-Bohr- und -Setzprozess detektieren und darauf reagieren. Die Prozessparameter jedes einzelnen Schrittes können dokumentiert und im BIM-Modell (Building Information Modeling) hinterlegt werden. Eine aufwendige manuelle Dokumentation entfällt.

Bei der Entstehung des Louvre Abu Dhabi – mit Befestigungs- und Installationssystemen von Fischer – kam BIM zum Einsatz.

Foto: LouvreAbuDhabi, PhotographyMohamedSomji

Sichere Anwendung mit BIM

Sind keine digitalen Daten der Baustelle vorhanden, lässt sich ein 3D-Scan durchführen. Anschließend wird die entstandene Punktwolke der Baustellenumgebung zur Erstellung des BIM-Modells genutzt. Wenn alle Strukturen und Hindernisse erfasst sind, kann sich der Roboter ohne Komplikationen automatisch fortbewegen.

Damit alle Lasten abgetragen werden und die Sicherheit gewährleistet ist, werden die geeigneten Fischer-Produkte für die Anwendungen ausgewählt und basierend auf allen Normen und Anforderungen bemessen. In der Bauausführung bohrt der BauBot selbstständig, präzise und schnell alle geplanten Bohrpunkte. Position, Durchmesser und Tiefe der Bohrlöcher sind im BIM-Modell definiert.

Passend zu den jeweiligen Projektanforderungen kann der Roboter verschiedene fischer Befestigungslösungen vollautomatisch setzen, z.B. fischer Bolzenanker in den Größen M6 bis M16. Er kann dabei Bohrlöcher in Stahlbeton im Durchmesser von 6 bis 18 Millimeter erstellen.

Durch seine integrierte Staubabsaugung reduziert er das Risiko für Anwender, gesundheitsbedenkliche Stäube einzuatmen. Der Bohrerwechsel zwischen unterschiedlichen Durchmessern und bei auftretendem Verschleiß funktioniert vollautomatisch, genauso das zulassungskonforme Reinigen der Bohrlöcher. Hierbei verhindert die Absaugvorrichtung ebenfalls den Austritt von Bohrstaub.

Nach der Bohrlochreinigung wird das Bohrloch markiert, sodass es den einzelnen Gewerken zuordenbar ist. Im letzten Schritt entnimmt der BauBot vollautomatisch die ausgewählten Anker aus dem mitgeführten Magazin und bringt diese zulassungskonform in den Untergrund ein.

Der BauBot übernimmt die Bohrlocherstellung und Installation von Fischer-Befestigungsprodukten.

Foto: Fischer

Umfassende Dokumentation der Montage

Alle Bohr- und Setzdaten sind aufgrund des integrierten Kraft- und Momenten-Sensors überwachbar und werden aufgezeichnet, sodass eine detaillierte Dokumentation sämtlicher Installationsparameter zur Verfügung steht. Diese Daten werden im BIM-Modell zur späteren Nachverfolgbarkeit hinterlegt.

Die integrierte Videokamera dokumentiert darüber hinaus den Prozessablauf als Videomaterial. Unstimmigkeiten können somit im Nachgang untersucht werden.

Bauwerksmonitoring mit Sensoren

Als weltweit erstes Unternehmen bietet Fischer nach eigenen Angaben im Bereich der Befestigungstechnik eine intelligente und integrierte Überwachungslösung für Bauwerke und Anlagen. Mit den sensorintegrierten Befestigungsprodukten SensorAnchor und SensorDisc erhalten Anwender zeit- und ressourcensparend Aufschluss darüber, welche anliegenden Kräfte aktuell in Befestigungen vorherrschen. Die Produkte senden dabei kabellos Daten in das Modul Construction Monitoring innerhalb des Portals Myfischer. Daraufhin lassen sich die Informationen per Web-Anwendung auf dem Tablet, PC und Laptop oder mit der Pro-App von Fischer baustellentauglich auf dem Smartphone auslesen.

Befestigungstechnik mit Mess-Systemen vernetzt: Sensoren können Messdaten über das Construction Monitoring melden.

Foto: Fischer

SensorAnchor: Kräfte dauerhaft aus Distanz überwachen

Bei zahlreichen Anwendungen muss eine sichere Verankerung gewährleistet sein. Dazu zählen Stützenfüße von Achterbahnen, Gerüsten und anderen Stahlbauten, die Verankerung von Industrierobotern im Boden oder Aufhängungen von Lüftungsanlagen und weiteren Installationen im Tunnelbau. Hinzu kommen auch Lärmschutzwände, Kletterverschalungen im Hochhausbau, Versteifungen von Gebäuden zur Erdbebensicherheit, Befestigungen von Hochspannungsleitungen und vieles mehr.

Der neue SensorAnchor ermöglicht hier die dauerhafte Überwachung der Absolutwerte von Betriebs- und Vorspannkraft der Befestigung. Dabei handelt es sich um eine Ankerstange mit integrierter Sensorik, sodass die Kräfte direkt im Befestigungsmittel (im Kraftfluss) gemessen werden. Zum Auslesen der Messwerte ist der SensorAnchor dauerhaft mit dem batterie- oder Netzstrom- betriebenen SensorGateway verbunden, das über einen speziell für das „Internet der Dinge“ (IoT) vorgesehenen Funkstandard (NB IoT) die Daten verschlüsselt in einem definierten Zyklus in die Fischer-Cloud überträgt.

SensorAnchor (rechts) und der SensorDisc ermöglichen die Überwachung von Befestigungen und dadurch die Früherkennung von Schäden ermöglichen und den Wartungsaufwand dank verbesserter Planbarkeit reduzieren.

Foto: Fischer

Kontinuierliche Messung der Kräfte

Die Vorspann- und Betriebskraft werden in Echtzeit kontinuierlich gemessen und an die Software-Anwendung Construction Monitoring übermittelt. Zum Auslesen wird das zu prüfende SensorGateway in der App aufrufen und der angeschlossene Anker ausgewählt, um das aktuelle Messergebnis anzuzeigen.

Werden selbst gesetzte Kraft-Schwellenwerte über- oder unterschritten, erfolgt eine Sofortbenachrichtigung per Push-Nachricht auf dem Smartphone oder im Browser.

Dank der Kräfteüberwachung der Befestigungen können Grenzwertverletzungen und Probleme frühzeitig festgestellt sowie Maßnahmen ergriffen werden. Wartungsintervalle vergrößern sich oder werden komplett vermieden.

Der SensorAnchor ist aus korrosionsbeständigem Edelstahl gefertigt. Er ist in allen Größen ab M16 erhältlich. Pro Gateway lassen sich bis zu vier Anker überwachen. Der IP67-Schutz der Elektronik sowie das stoß- und schlagfeste Gehäuse des Gateways gewährleisten Sicherheit bei Anwendungen in Bau und Industrie.

SensorDisc: Kräfte per Smartphone scannen

Ergänzend zum SensorAnchor gibt es eine Unterlegscheibe zur Langzeitmessung des Vorspannniveaus herkömmlicher Schraubverbindungen. Um das Monitoring zu ermöglichen, ist die aus hochkorrosionsbeständigem Stahl gefertigte SensorDisc mit Mess- und Auslese-Sensorik sowie einer Antenne ausgestattet. Zusätzliche Hardware ist nicht nötig. Messgröße ist das prozentuale Vorspannniveau bezogen auf den Installationszustand.

Die Daten werden mit einer kontaktlosen Technologie übertragen und können über die Pro-App von Fischer mit einem handelsüblichen Smartphone ausgelesen werden. Durch seine vollständig passive Elektronik ohne Batterie kann das Produkt über Jahre hinweg verwendet werden. Die benötigte Energie wird über das vom Auslesegerät generierte elektrische Feld erzeugt und zur Versorgung des Systems genutzt.

Eine Berührung der SensorDisc mit dem Smartphone überträgt das Energiefeld auf die Disc und dient zum Messen der aktuellen Kraft in der Schraubverbindung sowie zum Zurückmelden des gemessenen Wertes an das Mobilgerät. Bei Bedarf lässt sich die Disc immer wieder lockern, abmontieren und an anderer Stelle einsetzen. Die Unterlegscheibe ist in Größen ab M16 erhältlich.

Mehr „Intelligenz“ für die Baustelle

Die digitalen Zwillinge der Produkte und Systeme von Fischer sind in den Revit-kompatiblen Formaten des Software-Herstellers Autodesk auf der Internetseite von Fischer sowie auf den Plattformen bimobject und MagiCloud zum kostenfreien Download verfügbar.

Die Objekte werden vorwiegend als Revit-eigene Familien bereitgestellt, die sich bearbeiten und duplizieren lassen. Passend zu den individuellen Anforderungen der Kunden und Projekte verfügen sie über Zusatzfunktionen oder können vom Hersteller angepasst werden.

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