Effiziente Gebäudeinspektion durch fliegende Prüf- Roboter

Viele Bauwerke in Deutschland sind sanierungsbedürftig. Gründe hierfür sind oftmals alternde Bausubstanzen und Umwelteinflüsse. Fliegende Prüfroboter könnten Inspektionen künftig beschleunigen, vereinfachen und somit das Sicherheitsrisiko senken.

Leise surrend schwebt der Flugroboter an dem Hochhaus empor. Langsam schraubt sich der mit acht Rotoren ausgerüstete Miniflieger nach oben, bis zum 11. Stock. Dort soll er die Fassade auf Schäden wie Risse, defekte Fugen, abgeplatzten und bröckelnden Beton untersuchen. Im Abstand von zwei Metern zum Gebäude scannt der Oktokopter das Mauerwerk ab. Mit an Bord ist eine hochauflösende Digitalkamera, die detailgenaue Aufnahmen macht – jedes Gebäudeteil wird erfasst. Zudem ist der Materialprüfer mit Sensoren bestückt, die Windböen ausgleichen, für stabile Fluglagen sorgen und Kollisionen mit dem Bauwerk verhindern. Während sich der ferngesteuerte Roboter meterweise vorarbeitet, wird er aufmerksam von Christian Eschmann beobachtet. Er ist Forscher am Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP in Saarbrücken, der Mikrofluggeräte für Bauwerksinspektionen entwickelt und adaptiert.

Gebäude, Industrieanlagen und Brücken müssen hohe Lasten tragen, sie sind Wind und Wetter ausgesetzt. Viele Bauwerke in Deutschland wurden in den Nachkriegsjahren errichtet und weisen mittlerweile Alterungsschäden auf. »Um ihren Zustand zu kontrollieren und Gefährdungen für Menschen auszuschließen, muss derzeit bei schwer zugänglichen Bauwerken noch ein großer Aufwand betrieben werden«, sagt Eschmann. Bislang inspizieren Prüfingenieure den Beton bei den vorgeschriebenen Prüfungen mit dem bloßen Auge, eventuelle Risse tragen sie manuell in 2D-Karten ein – eine fehlerträchtige Vorgehensweise. Hinzu kommt, dass sich schwer zugängliche oder einsehbare Stellen oftmals nur mit Helikoptern, Kränen, Steigerfahrzeugen, Industriekletterern und Gerüsten erreichen lassen.

3D-Modellbilder geben Aufschluss über Zustand der Bausubstanz

Im Vergleich zu vielen konventionellen Verfahren ist die Inspektion mithilfe eines Flugroboters günstig und kann in zeitlich kürzeren Intervallen erfolgen. Zudem lässt sich die Inspektionsdauer deutlich verkürzen, meist ohne dass es zu Einschränkungen bei der Nutzung der Bauwerke kommt. »Für eine 20 mal 80 Meter große Fassade benötigt ein Prüfingenieur etwa zwei bis drei Tage. Unser Oktokopter braucht dafür drei bis vier Stunden«, sagt der Forscher. Risse und andere Mängel können nun hochauflösend digital fotografiert werden. Schnelle Rückschlüsse auf den Zustand der Bausubstanz sind so möglich. Falls erforderlich lässt sich der Oktokopter zusätzlich mit einer Thermographiekamera ausstatten, um beispielsweise die Isolierung von Gebäuden zu prüfen.

Die Bilderausbeute ist hoch: Bereits nach einem 15-minütigen Flug fallen bis zu 1200 Fotos an. Am Computer werden die Einzelaufnahmen zu einem Gesamtbild zusammengesetzt, die entstehenden 2D- und 3D-Datenmodelle stellen den visuell abbildbaren Zustand der Bausubstanz dar. Nicht benötigte, überschüssige Aufnahmen soll eine Software künftig automatisiert löschen. Geplant ist zukünftig eine komplette Software-Suite inklusive Schadenserkennung, Bildverarbeitung, Datenbank und Dokumentation sowie die Automatisierung aller Vorgänge – dies umfasst unter anderem das Zusammenfügen der Einzelbilder und das Ermitteln der Rissmuster.

Zu seiner ersten Inspektion ging der Oktokopter bereits 2011 in die Luft. Seither hat er zahlreiche Test-Messflüge absolviert. Bislang muss er noch manuell gesteuert werden. Eschmann und seine Kollegen arbeiten aktuell an Navigationssensoren, die künftig den Flugroboter steuern. Nach einem vorgegebenen Muster sollen sie den Oktokopter an Fassaden entlang lotsen – Etage für Etage, von einer Seite zur anderen. »Das ist ein bisschen wie Fliegen auf Schienen«, sagt der Ingenieur. Dieser Automatisierungsprozess werde aber sicherlich noch ein Jahr Entwicklungsarbeit beanspruchen, so der Forscher. Umstehende und Passanten seien durch den Einsatz des Flugroboters nicht gefährdet. Das Gerät ist mit acht Elektromotoren ausgerüstet. Sollte einer ausfallen, kann es jederzeit sicher heruntergeholt werden.

»Sachverständige und eine handnahe Prüfung können durch unser Mikroflugzeug nicht ersetzt werden. Der Oktokopter beschleunigt aber das Prüfverfahren und ermöglicht ein permanentes Monitoring und eine Dokumentation von Anfang an. Ausführungsmängel und Gewährleistungsansprüche lassen sich frühzeitig erkennen, erforderliche Maßnahmen zur Instandsetzung rechtzeitig einleiten. Das heißt mehr Sicherheit für Gebäude und Menschen«, resümiert Eschmann.

Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft