Straßenbau neu denken
Wie die robotische Transformation im Tiefbau Gestalt gewinnen könnte, zeigt dieser Gastkommentar von Prof. Dr. Jürgen Beyerer, Institutsleiter und Direktor am Fraunhofer IOSB Karlsruhe.
Zukunftsvision: Drohnen und Messfahrzeuge erfassen das Baufeld. So entsteht ein digitaler Zwilling mit Geozäunen, Sicherheitszonen und Transportkorridoren. Auf dieser Basis könnte eine KI einen optimalen Arbeitsplan aufstellen. (Bild: Fraunhofer IOSB)
Autonome, KI-gestützte Robotersysteme stehen vor einem Durchbruch, der weit über klassische Automatisierung hinausgeht. Moderne Maschinen arbeiten nicht nur präzise und zuverlässig, sondern entwickeln – dank generativer KI – eine neue Qualität an maschineller Intelligenz, Interaktivität und Teamfähigkeit. Während Logistik und Landwirtschaft bereits erste Anwendungen sehen, ist das Potenzial in der Bauwirtschaft bislang kaum genutzt.
Gerade der Straßenbau bietet ideale Voraussetzungen: Sanierungsstau und Fachkräftemangel treffen auf klar abgegrenzte Baustellen, wiederkehrende Abläufe und objektiv messbare Qualitätskriterien. Monotone Tätigkeiten wie Erdarbeiten, Materialtransporte oder das Abfräsen sanierungsbedürftiger Fahrbahndecken eignen sich für eine schrittweise Automatisierung. Wenn Transportfahrzeuge, Walzen oder Bagger einfache, wiederkehrende Arbeitsschritte autonom übernehmen, können Fachkräfte sich auf Aufgaben konzentrieren, die Urteilsvermögen, Erfahrung und Flexibilität erfordern. Sie werden von belastenden Tätigkeiten entlastet und bleiben zugleich im Zentrum der Entscheidung.
Von der Vermessung bis zur Ausführung
Am Beginn steht die digitale Bestandsaufnahme: Drohnen und Messfahrzeuge erfassen das Baufeld, daraus entsteht ein digitaler Zwilling mit Geozäunen, Sicherheitszonen und Transportkorridoren. Auf dieser Grundlage erzeugen KI-gestützte Verfahren einen optimalen Arbeitsplan, der verfügbare Ressourcen und zeitliche Abhängigkeiten berücksichtigt. Die mobilen Maschinen arbeiten in abgestimmten Prozessen: Fräsen entfernen die Deckschicht automatisiert, Logistikplattformen übernehmen den Abtransport, Bagger und Radlader erledigen Erd- und Planierarbeiten. Auf großen Baustellen kann Material direkt an der Fräse sortiert und unterschiedlichen Verwertungspfaden zugeführt werden.
Die eingesetzten Maschinen verfügen über einen hohen Autonomiegrad. Gestützt durch ausgereifte Sensorsysteme werden die erforderlichen Funktionen wie Lokalisierung, Kartierung, Bewegungsplanung und Kollisionsvermeidung durch multimodale KI umgesetzt. Die Maschinen kooperieren über standardisierte Schnittstellen in einem sicheren 5G-Campusnetz, ein Flottenmanagement verteilt Aufgaben und optimiert Ressourcen. Digitale Zwillinge ermöglichen Planung, Simulation und Transfer zwischen Maschinentypen. Wichtig: Ein komplett neuer Maschinenpark ist dafür nicht erforderlich – modulare Nachrüstungen machen bestehende Geräte schrittweise autonom.
Daten als Werttreiber
Sicherheit hat dabei oberste Priorität: Umfangreiche Sicherheitseinrichtungen wie Geofencing und KI-gestützte Bildverarbeitung ermöglichen auch bei wechselnden Bedingungen die Überwachung von Gefahrenbereichen. Menschliche Expertise bleibt bewusst eingebunden: Operateurinnen und Operateure überwachen mehrere Maschinen parallel, greifen bei Ausnahmen per Teleoperation ein und übernehmen heikle Arbeitsschritte. Dieses Prinzip „N Bediener – M Maschinen” schafft Skalierbarkeit, ohne Kompromisse bei der Sicherheit einzugehen. Thermische und geodätische Messungen dokumentieren das Einbaufenster, Walzen liefern Verdichtungsnachweise, Fortschritt und Qualität fließen kontinuierlich in den digitalen Zwilling. So entstehen belastbare Daten für Dokumentation, Qualitätssicherung und perspektivisch für Material- und Produktpässe, die Recycling und Kreislaufwirtschaft im Tiefbau unterstützen.
Der Weg zur autonomen Baustelle führt über klar umrissene, repetitive Teilaufgaben: zunächst Materialtransport, Andock- und Follow-me-Manöver oder assistiertes Fräsen, anschließend kooperative Abläufe zwischen wenigen Maschinen und schließlich die sukzessive Erweiterung der Flotte. Simulation und digitale Zwillinge beschleunigen Entwicklung und Absicherung, offene Schnittstellen sichern Herstellerneutralität.
Wenn Transporter, Walzen oder Bagger einfache wiederkehrende Arbeitsschritte autonom übernehmen, können Fachkräfte sich auf Aufgaben konzentrieren, die Urteilsvermögen, Erfahrung und Flexibilität erfordern.
Diese Vision umfasst Erfassung, Planung, Ausführung, Überwachung und Dokumentation. Wir bringen Autonomiefunktionen, Bildverarbeitung, Sicherheits-KI, Flottensteuerung, Teleoperation und Systemintegration ein – und suchen die Zusammenarbeit mit Bauunternehmen, Herstellern, Baustoff- und Entsorgungswirtschaft sowie Behörden. Ziel ist es, gemeinsam Leuchtturm-Baustellen aufzusetzen, Anforderungen zu präzisieren und praxisnahe Lösungen zu entwickeln. So wird – im Zusammenspiel von Engineering und Bauexpertise, von KI-Kompetenz und praxiserprobtem Sachverstand – der hochautomatisierte Straßenbau vom Gedankenspiel zur Realität.
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