Eine Minute Simulation statt 22 Arbeitstage in Echtzeit

Entscheidungen zur Baustellenlogistik in Sekunden statt in Tagen treffen

Die Firmengruppe Max Bögl zählt zu den größten Bauunternehmen der deutschen Bauindustrie. Die fast hundertjährige Unternehmensgeschichte zeigt eine klare Linie aus Erfahrung und Mut zur Innovation, die die Gruppe zuverlässig wachsen ließ. Bei den aktuell wichtigsten Infrastrukturvorhaben der deutschen Energiewende, den Trassen SuedLink und SuedOstLink, verantwortet das Energietrassen-Team mehrere Trassenabschnitte der Tiefbauarbeiten.

Für die Planung der erheblichen Erdbewegungen setzt Max Bögl in Zukunft verstärkt Plant Simulation aus dem Siemens Digital Industries Software Tecnomatix® Portfolio ein. Dadurch lassen sich Materialströme, Fahrzeuge und Transportprozesse deutlich präziser planen. Plant Simulation ist Teil der Siemens Xcelerator Business Plattform bestehend aus Software, Hardware und Services.

Energietrassen als Schlüssel zur Energiewende

Im Bereich Energietrassen bündelt Max Bögl seine Erfahrung aus Tiefbauprojekten, bei denen Leitungen über viele Kilometer geführt werden. Dieses Wissen prägt nun auch die Arbeit an SuedLink und SuedOstLink. Der Ausbau erneuerbarer Energien verändert die Anforderungen an das deutsche Stromnetz, denn große und teilweise rasch wechselnde Energiemengen müssen über weite Distanzen transportiert werden. Dafür entstehen neue Leitungswege, bestehende Netze werden modernisiert und an die künftigen Lastflüsse angepasst.

Umsetzung der SuedLink und SuedOstLink Trassen

SuedLink und SuedOstLink zählen zu den zentralen Energievorhaben in Deutschland. Die Leitungen verbinden Windstrom aus dem Norden mit industriellen Verbrauchs- und Verteilungszentren ehemaliger Kernkraftwerkstandorte im Süden und stellt sicher, dass erneuerbare Energie zuverlässig dorthin gelangt, wo sie benötigt wird. Die Projekte umfassen zwei unterirdische Gleichstromleitungen, die sich über mehrere hundert Kilometer erstrecken. Sie gelten als wichtiger Bestandteil der Energiewende, weil sich Lastschwankungen im Netz damit deutlich besser ausgleichen lassen. Für die Verlegung der Leitungen wird ein etwa 2,30 Meter tiefer Graben in offener Bauweise ausgehoben. Je nach Bodenverhältnissen kann diese Tiefe bis auf vier Meter anwachsen. Nach dem Aushub liegt ein definierter Arbeitsraum vor, in dem die Schutzrohre eingelegt und in thermostabiles Schüttgut gebettet werden. Dieses Material hält die entstehende Wärme im unteren Bereich und schützt die Vegetation. Anschließend wird der Graben lagenweise verfüllt und die ursprüngliche Geländeform wiederhergestellt.

Herausforderungen auf Großbaustellen meistern

Die Herausforderung für das Expertenteam von Max Bögl ergibt sich aus der Größe des Vorhabens und den vielen Faktoren, die den Bauablauf beeinflussen. Für den Aushub kommen Großbagger zum Einsatz, deren Leistung stark von der jeweiligen Bodenart abhängt. Fels, verdichteter Lehm oder grobes Geröll verlängern die Abbauzeiten, während sandige oder lockere Schichten schneller zu bearbeiten sind. Parallel dazu müssen Transportfahrzeuge bereitstehen. Dazu zählen Lastzüge mit Anhänger sowie leistungsstarke Traktoren mit hoher Zuglast.

Die Qualität der Zuwege zwischen Baustelle, Zwischenlager und endgültigem Ablageort prägen den Ablauf ebenso, wie die Wetterverhältnisse und die Personalverfügbarkeit. Diese Faktoren bestimmen, wie Baustellen organisiert werden und wie viele Maschinen für einen verlässlichen Ablauf notwendig sind.

Entscheidungsfindung erleichtern mit Simulation

Der entscheidende Punkt liegt im Zusammenspiel von Bagger und Transportfahrzeugen. Jede Verzögerung beim Beladen oder jeder Rückstau führt zu Stillstand. Eine zu große Zahl an Fahrzeugen erhöht die Kosten. Eine zu geringe Zahl bremst den Arbeitsfortschritt. Den passenden Takt zu bestimmen und die Auswirkungen einzelner Parameter verlässlich einzuschätzen, ist bei einem Projekt dieser Größe mit herkömmlichen Mitteln kaum möglich. Daraus entstand der Gedanke, Simulation einzusetzen.

In der Forschungs- und Entwicklungsabteilung von Max Bögl wurde Siemens Plant Simulation bereits genutzt, um Abläufe in der Fertigteilproduktion zu analysieren. Aus dieser Erfahrung heraus entstand der Ansatz, die Methode auf ein deutlich komplexeres Arbeitsfeld zu übertragen. Ein erstes Prüfprojekt entstand im Rahmen einer Masterarbeit auf einem Abschnitt im SuedLink, die sich auf den Oberbodenabtrag und den Aushub konzentrierte. Die Ergebnisse zeigten, dass sich selbst frühe Modelle gut für belastbare Entscheidungen eignen. Daraufhin vertiefte die Bauingenieurin Anna-Maria Mehringer aus dem Geschäftsbereich Infrastruktur das Thema und führte die Arbeit fort.

Definition der Böden

Mehringer erweiterte das Modell schrittweise und sammelte die dafür benötigten Daten, um die Aussagekraft der Simulation zu erhöhen. Ein wichtiger Schritt war der Austausch mit der Geologieabteilung von Max Bögl. Für den geplanten Bauabschnitt lagen dort detaillierte Bodenmodelle vor. In enger Zusammenarbeit mit den dortigen Spezialisten wurde eine parametrische Simulation geschaffen, die die Örtlichkeiten der einzelnen Bauabschnitte realitätsgetreu abbildet.

“Mit Plant Simulation haben wir das Grundmodell des Grabens erweitert und für weitere Baustellen getestet, wo es ebenfalls sehr gut funktioniert,“ führt Anna-Maria Mehringer aus. “Für die Simulation betrachten wir einen Teilabschnitt. Dort positionieren wir den Bagger, der den Takt vorgibt. Er bewegt sich im Abschnitt, beginnt mit dem Aushub und lagert einen Teil des Materials seitlich, weil es später wieder eingebaut wird. Der übrige Boden wird auf Lastzügen oder Traktorgespannen in ein Zwischen- oder Endlager transportiert”

Vorher wissen, was geht

Das bei Max Bögl entwickelte Simulationsmodell liefert konkrete Antworten zur voraussichtlichen Arbeitsdauer eines Bauabschnitts und zur benötigten Logistik.

„Wir können aufgrund der in Plant Simulation ausgewählten Logistikparameter den Maschineneinsatz flexibel variieren,“ erläutert Anna-Maria Mehringer. „Daraus erhalten wir bereits im Vorfeld genaue Angaben zum zeitlichen Aufwand. Man erkennt auch zu lange Standzeiten von Bagger oder Transportfahrzeug, wenn die Taktung noch nicht optimal ist. Mit Plant Simulation lassen sich die unterschiedlichen Elemente sehr leicht und sehr schnell besser aufeinander abstimmen.“

Mehr Sicherheit vor dem Baustart

In der Vergangenheit stützten sich solche Entscheidungen weitgehend auf Einschätzungen und das Bauchgefühl aus der Praxis. Erst im laufenden Betrieb zeigte sich, ob die Annahmen passten. Korrekturmaßnahmen erforderten dann zusätzliche Zeit und führten zu höheren Kosten.

Anna-Maria Mehringer fasst die Vorteile der neuen Methode zusammen: „Aus der Nutzung von Plant Simulation ergeben sich verlässliche Grundlagen zur Kalkulation von Neuprojekten. Außerdem bedeutet es eine erhebliche Zeiteinsparung bis zur Erreichung des Optimums. Wir wollen die Simulation so weit vereinfachen, dass die jeweiligen Bauleiter direkt darauf zugreifen können und somit über eine solide Entscheidungsgrundlage verfügen.“

Simulationen sind schneller und bieten deutliche Einsparungen

Die Relation zwischen Realität und Simulation zeigt den Nutzen eindrücklich. Ein Bauabschnitt, der im realen Betrieb rund 22 Arbeitstage beansprucht, wird in Siemens Plant Simulation innerhalb einer Minute durchlaufen. Damit arbeitet das Modell mehr als zehntausendmal schneller als der tatsächliche Ablauf. Diese Geschwindigkeit eröffnet die Möglichkeit, Varianten rasch hintereinander zu prüfen und ihre Auswirkungen unmittelbar zu vergleichen.

Die bisherigen Modelle zeigen ein klares wirtschaftliches Potenzial. Laut Simulation ist die Reduzierung der Stillstandzeiten von Transportgeräten um etwa 20 Prozent möglich und die Kosten durch einen gezielteren Ressourceneinsatz lassen sich um rund sieben Prozent senken. Diese Ergebnisse verdeutlichen, wie stark eine verbesserte Taktung und Auslastung der Maschinen den Projektverlauf beeinflussen kann.

Grundlage für weitere Entwicklungsschritte

Die bisherigen Simulationen bilden die Grundlage für den nächsten Entwicklungsschritt. Die gewonnenen Ergebnisse werden genutzt, um Abläufe nicht mehr nur abschnittsweise, sondern auf Ebene ganzer Projekte zu betrachten. Ziel ist es, typische Prozesse der offenen Verlegebauweise, ihre Abhängigkeiten sowie mögliche Engpässe systematisch abzubilden und transparent zu machen. Auf dieser Basis können künftig verschiedene Projektvarianten untersucht werden, deren Analyse heute noch mit hohem manuellem Aufwand verbunden ist.

Ein zentraler Vorteil liegt in der Geschwindigkeit der Simulationen. Max Bögl kann nun Bauabschnitte, die in der Realität mehrere Wochen beanspruchen, innerhalb kurzer Zeit rechnerisch abbilden. Dadurch können zahlreiche Varianten parallel betrachtet und miteinander verglichen werden. Es entsteht eine umfangreiche Datenbasis, die fundierte Aussagen über Bauzeit, Kosten und Ressourceneinsatz ermöglicht.

Diese Ergebnisse erlauben schnelle Reaktionen auf veränderte Rahmenbedingungen. Treten während der Ausführung Einschränkungen oder Engpässe auf, können bei Max Bögl alternative Varianten zeitnah untersucht und bewertet werden. Die Simulation liefert damit eine belastbare Grundlage für kurzfristige Entscheidungen im laufenden Projekt.

Simulation einer wandernden Baustelle und Know-how-Gewinn

Mit den ersten Ergebnissen wird eine Besonderheit sichtbar, die dieses Projekt deutlich von bisherigen Anwendungen abhebt. Mit Siemens Plant Simulation bildet Max Bögl eine Baustelle ab, die sich über viele Kilometer hinweg fortbewegt. Die Simulationsmodelle begleiten den Baufortschritt über die gesamte Strecke und werden mit jeder Verschiebung der Arbeitsstelle angepasst. In anderen Branchen gab es zwar bereits Überlegungen zur Simulation großer Erdbewegungen, diese Szenarien waren jedoch an einen festen Standort gebunden und lassen sich nicht ohne weiteres auf die dynamischen Bedingungen einer Trassenbaustelle übertragen.

„Mit Plant Simulation können wir unterschiedliche Bauablaufszenarien durchspielen und deren Auswirkungen auf Bauzeit, Kosten und Ressourceneinsatz direkt vergleichen,“ erläutert Michael Stahl, Zentralbereichsleiter Ver- und Entsorgung bei Max Bögl.

Die Nutzung von Plant Simulation eröffnet einen weiteren Nutzen. Die Simulation bündelt Informationen, die bislang auf viele Fachleute verteilt waren und formt daraus ein gemeinsames Bild. Dieses Know-how bleibt erhalten und steht für neue Projekte bereit. Die Abläufe werden transparenter und die Entscheidungen auf der Baustelle fundierter. Die digitale Arbeitsweise unterstützt das Unternehmen darin, seine Methoden Schritt für Schritt zu verfeinern und fortzuentwickeln.

„Die visuelle, dreidimensionale Darstellung in Plant Simulation hilft sehr dabei, die Abläufe im Modell nachzuvollziehen,“ bestätigt Mehringer. „Dadurch lassen sich Logik und Programmierung deutlich leichter überprüfen und man kann das Modell auch Personen zeigen, die sich nicht intensiv mit Simulation befassen. Anhand des Modells lässt sich der Bauablauf gut erklären und gemeinsam diskutieren.“

Innovativ in die Zukunft

Die bisherigen Ergebnisse zeigen, wie sich die Planung großer Infrastrukturvorhaben weiter präzisieren lässt. Siemens Plant Simulation schafft eine Grundlage für Entscheidungen, die schneller vorbereitet werden und besser auf den tatsächlichen Projektverlauf reagieren. Das Vorgehen von Max Bögl bei der Errichtung der Energietrassen verdeutlicht, wie moderne Werkzeuge der Digitalisierung etablierte Abläufe ergänzen, bestehendes Expertenwissen mit einbinden und neue Möglichkeiten in der Bauplanung eröffnen.