In den letzten Jahren ist eine Vielzahl neuer Verfahren für die Erzeugung von Punktwolken für ingenieurgeodätische Zwecke auf den Markt gekommen. Dies betrifft sowohl terrestrische als auch mobile und Airborne Laserscan-Messsysteme (TLS, MLS, ALS) sowie photogrammetrische Systeme auf der Basis von Drohnen (UAVs). Jedes der unterschiedlichen Messsysteme weist Vor- und Nachteile auf oder ist nur in Kombination mit herkömmlichen Verfahren einsetzbar. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt ist unklar, welche Systemspezifikationen für Anwendungen in der Straßenbauvermessung zweckmäßig und wirtschaftlich einsetzbar sind. Offen ist ebenfalls, inwieweit die Nutzung für anschließende Arbeitsprozesse einen Gewinn darstellt, z. B. durch georeferenzierte Punktwolken bei der Aufstellung des Entwurfs, bei der vermessungstechnischen Bauüberwachung oder bei der Bauabrechnung. Ziel des Forschungsprojektes war es zu untersuchen, für welche Anwendungen in der Straßenbauverwaltung Punktwolken sowohl unter technischen als auch unter qualitativen Gesichtspunkten eingesetzt werden können. Es wurden die Vor- und Nachteile der Erfassungsverfahren aufgezeigt sowie Spezifikationen für die Auswahl einzelner Messsysteme bzgl. der Datenerfassung, -aufbereitung und -bereitstellung zusammengestellt. Dabei wurden auch Aspekte der Verkehrssicherheit und der Reduzierung der Verkehrsbeeinträchtigung berücksichtigt und diskutiert. Über den rein ingenieurgeodätischen Aspekt hinaus sollte die Frage beantwortet werden, inwieweit die Qualität einer Punktwolke in Hinblick auf einzelne Anwendungsfälle beurteilt werden kann und ob durch den Einsatz neuer Verfahren ein Mehrwert für anschließende Arbeitsprozesse aus den Bereichen Planung, Bau und Betrieb von Straßen zu erzielen ist. Dazu erfolgte zunächst eine Darstellung der Grundlagen zur Punktwolkenerfassung, indem die Funktionsweisen der beiden wesentlichen Erfassungstechnologien zur Erzeugung von Punktwolken erläutert wurden. Anschließend galt es im Rahmen einer Anforderungsanalyse die möglichen Einsatzbereiche von Punktwolken zu beschreiben, die den einzelnen Lebensphasen eines Bauwerks zugeordnet wurden. Für die identifizierten Einsatzbereiche wurde aufgezeigt, unter welchen Voraussetzungen der Einsatz von Punktwolken einen Mehrwert liefern kann. Dazu erfolgte eine einsatzbereichsbezogene Bewertung sowie die Darstellung des mittel- bis langfristigen Nutzens des Einsatzes dieser Technologien. Weiterhin wurden verkehrssicherheitsrelevante Aspekte beim Einsatz von Drohnen entlang von Straßen thematisiert. Ein weiterer Abschnitt beinhaltete eine Marktanalyse zu den verfügbaren Hard- und Softwarekomponenten für die Erfassung und Verwendung von Punktwolken. Zuletzt erfolgte schließlich eine Beurteilung, inwiefern eine Anpassung der gültigen Regelwerke in Bezug auf den Einsatz von Punktwolken erforderlich ist. Dazu wurden die in den Lebensphasen jeweils relevanten Regelwerke gesichtet und der Anpassungsbedarf beurteilt. Zusammenfassend ist festzustellen, dass neben der Planungs- und Bauphase der Einsatz von Punktwolken insbesondere in der Betriebsphase zielführend sein kann. Für den Rückbau ergeben sich analoge Anwendungsfälle wie bei der Bauphase. Es zeigte sich, dass der frühzeitige Einsatz von Punktwolken während der Planungs- und Bauphase für weitere Anwendungsfälle im Rahmen der Betriebsphase nutzenbringend sein kann. Die Bewertung des Nutzens bzw. des Mehrwertes erfolgte zunächst im Sinne einer mittel- bis langfristigen Betrachtung als auch in Hinblick auf spezifische Einsatzbereiche. Neben dem Mehrwert wurden die bei der Erfassung auch zu berücksichtigenden juristischen Aspekte sowie der Einfluss auf den Straßenverkehr beleuchtet. Der Einsatz von Punktwolken macht insbesondere dann Sinn, wenn mehrere Fachgewerke bzw. Fachabteilungen über mehrere Lebenszyklusphasen eines Bauwerks auf die mit Hilfe von Punktwolken erzeugten Datensätze zugreifen. Dies betrifft bspw. die Inventarisierung der Straßenraumausstattung. Mit Hilfe von Punktwolken kann die räumliche Lage der einzelnen Elemente des Straßenraums sehr gut beschrieben und dokumentiert werden. Gleiches gilt für die Grundplanerstellung sowohl mit als auch ohne lärmtechnische Daten, bei denen eine Verortung von Objekten innerhalb eines größeren Analysegebiets von Bedeutung ist. Innerhalb der Betriebsphase besteht ein großes Nutzenpotential in der Verwendung von Punktwolkendaten zur Erstellung von BIM-Modellen bestehender Infrastrukturobjekte. Hierbei können die geometrischen Abmessungen der Bauwerke und Bauwerksteile mit Hilfe von (teil-)automatisierten Algorithmen identifiziert und in ein BIM-Modell integriert werden. Neben einem Überblick zu den am Markt verfügbaren Hard- und Softwaresystemen zur Erfassung und Verarbeitung von Punktwolken erfolgte auch eine Bewertung der Eignung diverser Systeme (auf Technologieebene) für die hier erörterten Einsatzbereiche. Die für die verschiedenen Themenfelder relevanten Regelwerke, Projektierungsnormen und Gesetze bzw. Verordnungen wurden zusammengetragen und beurteilt, inwieweit diese um das Thema Punktwolken ergänzt werden sollten. Insgesamt erfolgte eine Beurteilung von ca. 100 Regelwerken, Normen, Gesetzen und Verordnungen. Für die Planungsphase, insbesondere für den Bereich Vermessung, konnten die meisten Regelwerke identifiziert werden, die ggf. anzupassen sind. Zusammenfassend ist jedoch festzustellen, dass kein unmittelbarer Handlungsbedarf zur Anpassung besteht. Gleichwohl wird bei einigen Regelwerken eine Ergänzung des Themas Punktwolken im Rahmen der nächsten Überarbeitung empfohlen.

Die Entwicklung der Feinkonzeption baut auf dem Vorläuferprojekt FE 15.0628/2016/LRB „Zuverlässigkeitsbasierte Bauwerksprüfung – Konzeption und fachliche Lösungen“ auf. Die in diesem Projekt entwickelte Konzeption zur Ermittlung der Zuverlässigkeit von Brücken mit oder ohne Berücksichtigung vorhandener Schäden wurde verfeinert und an einer großen Anzahl Beispielbauwerken angewendet. Dies erfolgte mit Hilfe eines Prototyps, in dem die Konzeption praktisch umgesetzt wurde. Bei der praktischen Umsetzung wurde der Fokus darauf gelegt, mit der konsequenten Nutzung der vorhandenen Datenbasis in SIB-Bauwerke die Skalierbarkeit des Verfahrens sicherzustellen. Die à priori Zuverlässigkeit im ungeschädigten Zustand wird aus einer Gegenüberstellung von Bemessungslasten und den heutigen Verkehrslasten ermittelt. Diese kann mit den Ergebnissen der Bauwerksprüfung aktualisiert und damit die à posteriori Zuverlässigkeit berechnet werden. Als Grundlage wurden für die wichtigsten Schadensarten die lokalen Widerstandsreduktionen in Abhängigkeit von der Schadensschwere ermittelt. Die Auswirkungen der vorhandenen Schäden auf den globalen Widerstand der Brücken und damit auf deren Zuverlässigkeit hängen zusätzlich von der Lage der Schäden am Tragwerk und deren Zusammenwirkung ab. Um dies zu berücksichtigen, wurden die möglichen Versagensmechanismen der zugrundeliegenden statischen Systeme ermittelt und die sich daraus ergebenden unterschiedlichen Anfälligkeitsbereiche der Tragwerke definiert. Sowohl die lokalen Auswirkungen einzelner Schäden als auch die Zusammenwirkung mehrerer Schäden wurden, unter Berücksichtigung der jeweils vorhandenen Unsicherheiten, in Bayes’schen Netzen abgebildet. Die Konzeption ermöglicht eine Ergänzung bzw. Weiterentwicklung der derzeitigen Praxis der Bauwerksprüfung. Mit der ursprünglichen Zuverlässigkeit und deren Verminderung aufgrund der festgestellten Schäden, kann eine bessere Beurteilung des Gesamtzustands und der Auswirkungen auf die Gebrauchstauglichkeit und Sicherheit der Brücken erfolgen. Mit dem Prototyp konnte die praktische Umsetzbarkeit gezeigt werden. Die Konzeption baut auf den bereits vorhandenen und im Rahmen der Bauwerksprüfungen standardmäßig erhobenen Daten auf. Mit geringfügigen Anpassungen an der Praxis der Bauwerksprüfung könnte die Qualität der Zuverlässigkeitsbeurteilung weiter verbessert werden.