Drei ungewöhnliche neue Technologien für Brückeninspektionen und -wartung

In den USA ist laut dem Beratungsunternehmen WSP fast die Hälfte aller Brücken mindestens 50 Jahre alt und 7,5 % gelten als baufällig.

In Europa befinden sich schätzungsweise rund 10 % der zwei Millionen Brücken in der Region in einem potenziell gefährlichen Zustand, so Christian Tridon, Gründer der Eurobridge-Konferenz.

Und in Japan haben 30 Prozent der Brücken bereits die geplante Lebensdauer von 50 Jahren erreicht, während einer Schätzung zufolge in 15 Jahren rund 80 Prozent von ihnen veraltet sein könnten.

Die jüngsten spektakulären Brückeneinstürze, insbesondere der Einsturz der Morandi-Brücke in Italien im Jahr 2018, bei dem 43 Menschen ums Leben kamen, und der Einsturz der Carola-Brücke in Dresden im vergangenen Jahr verdeutlichen die Notwendigkeit schnellerer und effizienterer Inspektionen und Wartungen.

Und es werden neue Technologien für die Bauindustrie entwickelt, um dieser Herausforderung zu begegnen, indem sie den Inspektionsprozess schneller und effizienter machen und Inspektionsmöglichkeiten in schwer zugänglichen Bereichen von Bauwerken bieten.

Im heutigen Construction Briefing stellen wir drei ungewöhnliche Innovationen aus aller Welt vor, die zu diesem Zweck entwickelt wurden:

1) Die ungewöhnliche Saugnapfdrohne, die unzugängliche Strukturen inspizieren kann

Drohnen für Vermessungs- und Kartierungsarbeiten, zur Fortschrittsüberwachung und sogar zur Inspektion und Qualitätssicherung sind in den letzten Jahren im Bauwesen zu einem relativ alltäglichen Anblick geworden.

Die Drohne von Aithon Robotics nutzt Saugnäpfe mit hoher Kapazität, um sich an schwer erreichbaren Stellen von Strukturen festzuhalten (Bild mit freundlicher Genehmigung von Aithon Robotics)

Stellen Sie sich jedoch eine Drohne vor, die nicht nur über oder an Bauwerken vorbeifliegt, sondern sich auch an ihnen anheften kann, um detailliertere Inspektionen und sogar Kernprobenentnahmen und Bohrungen durchzuführen.

Genau das hat ein Team aus Technologie- und Ingenieurspezialisten der ETH Zürich in der Schweiz getan und ein neues Unternehmen namens Aithon Robotics gegründet.

Aithon Robotics hat einen neuen Drohnentyp entwickelt, der Saugpumpen mit hohem Luftdurchsatz verwendet und sich an schwer erreichbaren Stellen von Strukturen festsetzen kann.

Kernprobenentnahmen oder Bohrarbeiten gehören zu den drei Hauptaufgaben, die die Drohne übernehmen kann. Sie kann außerdem Flächenscans mithilfe von Bodenradar durchführen, um Bewehrungsstäbe in Strukturen zu erkennen und zu markieren sowie Objekte wie Sensoren zu platzieren.

„Wir suchen nach einer effizienteren, sichereren und kostengünstigeren Zugangslösung zu Infrastrukturanlagen wie Brücken“, sagte Friederike Biffar, eine Pionierin des Unternehmens, die für Software und Steuerungen verantwortlich ist.

„Wir können damit zu Bauwerken fliegen und uns dort über Saugpumpen mit hohem Luftdurchsatz an der Struktur festsetzen.“

Das Start-up behauptet, dass die Drohne zuverlässig an künstlichen Oberflächen haften kann und auf Beton mit unterschiedlich starkem Verschleiß, darunter Risse, Schmutz und nasse Oberflächen, getestet und eingesetzt wurde.

„Sobald wir befestigt sind, können wir die Rotoren ausschalten und sind superstabil an der Wand. Anschließend drehen wir den UAV-Körper in Richtung der Arbeitsfläche, um diese drei verschiedenen Arbeiten durchzuführen“, sagte Biffar.

Die Drohne wird von einem menschlichen Piloten per Fernbedienung gesteuert und ist angebunden, sodass ihre Flugzeit nicht durch die Lebensdauer einer Batterie begrenzt ist.

Das Unternehmen hofft, dass sich der Roboter als nützlich und kostengünstiger für die Gebäudezustandsüberwachung sowie für kleinere Wartungsaufgaben erweisen wird.

„Wir haben viele Brücken, die in den 1960er und 1970er Jahren [in Europa] gebaut wurden und nun das Ende ihrer Lebensdauer erreichen. Daher ist es jetzt wichtig zu beurteilen, welche Brücke zuerst in Angriff genommen wird, und darüber zu entscheiden. Ich hoffe, dass wir in Zukunft nicht 40 Jahre warten müssen, bis die Brücke einstürzt“, sagte Biffar.

Als neues Spin-off der ETH Zürich ist Aithon Robotics unter der Leitung von CEO Roman Dautzenberg derzeit an Pilotprojekten beteiligt, um für seine Innovation Anklang zu finden und schließlich zahlende Kunden zu gewinnen.

2) KI-Inspektionstechnologie

Das im asiatisch-pazifischen Raum ansässige Beratungsunternehmen Beca verfeinert den Einsatz künstlicher Intelligenz (KI) bei Brückeninspektionen. Im Jahr 2023 testete es KI-gestützte Drohnen auf der 100 Jahre alten Purewa Bridge in Auckland, Neuseeland, die täglich von mehr als 20.000 Fahrzeugen befahren wird.

Das Transport- und Infrastrukturteam von Beca nutzte mit Niricson-Technologie ausgestattete Drohnen, um 15.000 hochauflösende Bilder und akustische Messungen aus verschiedenen Winkeln aufzunehmen. Anschließend analysierte KI-Software die Daten und identifizierte und quantifizierte Defekte wie Risse, Abplatzungen und Wabenbildung, darunter auch sehr kleine Fehler.

Eine mit KI ausgestattete Drohne inspiziert die Purewa-Brücke in der Nähe von Auckland, Neuseeland (Bild: Auckland Transport, mit freundlicher Genehmigung von BECA)

Nach dem Versuch wendete Beca den Ansatz 2024 auf die 528 m lange Waipuna-Brücke in Auckland an. Kevin Williams, Mitarbeiter für Brückenbau, Mobilität und Bezirke bei Beca, erläuterte, wie die 51 Jahre alte, 528 m lange Brücke aus vorgefertigten, freitragenden Segmenthohlkastenträgern aus Beton in den Feldern zwei bis acht und zwei vorgespannten Doppel-T-Trägern für die Endfelder besteht. Die Felder vier und sechs verfügen über Halbgelenke mit horizontalen Lagern und vertikalen Verbindungen.

Eine autonome Drohne Skydio 2+ erfasste ein vollständiges photogrammetrisches Modell und ermöglichte so die KI-gestützte Kartierung von Rissen in kritischen Bereichen. Die verarbeiteten Daten halfen Beca bei der Planung weiterer Untersuchungen der komplexen Struktur.

Beca hat sich inzwischen der 114 Jahre alten Grafton Bridge in Auckland zugewandt, die nur nachts besichtigt werden kann, da sie sich über vier Abschnitte der Autobahn SH1/SH16 erstreckt.

Dafür ist eine Drohne erforderlich, die auch im Dunkeln operieren kann. Beca hat daher auf die Skydio X10-Drohne mit erweiterten Funktionen und einer verbesserten Kamera umgerüstet. Beca behauptet, das erste Unternehmen in Neuseeland zu sein, das eine solche Drohne besitzt.

Ein digitaler Scan der Grafton Bridge in Auckland, Neuseeland (Bild mit freundlicher Genehmigung von Beca)

Williams erklärte, dass Beca dieses Mal ein vollständiges Realitätsnetz-/photogrammetrisches Modell der Brücke erstellen wollte. „Davon ausgehend würden wir mithilfe einer intelligenten Plattform eines digitalen Anbieters die Zustandsberichte aller signifikanten Mängel erstellen und diese für die Wartungsplanung und den Arbeitsablauf mithilfe von Trend- und Zustandsüberwachung in einem Arbeitsumgebungsmodell für diese bedeutende historische Brückenanlage nutzen“, sagte er.

Das Unternehmen sagt, dass der KI-basierte Ansatz sicherer, schneller, genauer und weniger störend sei als herkömmliche Methoden, sodass vollständige digitale Zustandsbewertungen und 3D-Modellierungen in kürzerer Zeit durchgeführt werden könnten.

3) Laser zum Entfernen von Rost von Baustahl

Das japanische Unternehmen Toyokoh hat ein Geschäft namens CoolLaser gegründet, das mithilfe starker Lichtstrahlen Rost von Baustahl entfernt.

Das 2008 gegründete Unternehmen hat ein Handgerät mit einer maximalen Leistungsabgabe von 5,4 kW entwickelt, das leistungsstark genug ist, um im Außenbereich Rost von Stahl zu entfernen.

Das gesamte System wurde so konzipiert, dass es in ein Standardauto passt. Es bietet zwar zahlreiche potenzielle Anwendungen in der Bauindustrie, einer der Hauptschwerpunkte von CoolLaser liegt jedoch im Brückenbau, einschließlich Straßen und Eisenbahnen (die anderen Bereiche sind Kommunikations- und Übertragungstürme, der Seeverkehr und andere Anwendungen, einschließlich Industrieanlagen).

Der Vorstandsvorsitzende des Unternehmens, Kasuaki Toyosawa, erklärte den Investoren letzten Monat (Mai 2025), dass über 30 % der Brücken in Japan bereits ihre geplante Lebensdauer von 50 Jahren erreicht hätten, während in 15 Jahren etwa 80 % von ihnen veraltet sein würden.

Bild: Screenshot vom Toyokoh-Video auf CoolLaser

„Wenn wir diese beschädigten Anlagen nachträglich reparieren, wird der Staatshaushalt nicht mehr ausreichen, und die Kosten werden enorm sein. Daher setzt die Industrie auf vorbeugende Instandhaltung, repariert diese Teile, bevor sie kaputtgehen, und verstärkt sie“, sagte er.

Er erklärte, dass die Hauptursache für Brückeneinstürze die durch Rost verursachte Korrosion sei, die derzeit durch Kugelstrahlen oder Sandstrahlen entfernt werde, wobei Sand und Eisenpulver mit hoher Geschwindigkeit aufgesprüht würden.

Die CoolLaser-Technologie des Unternehmens hat Laser für Schweiß- und Laserschneideanwendungen angepasst und mit Hochgeschwindigkeitsrotation ausgestattet, um die Laserleistung zu steigern. Toyosawa betonte, dass die Technologie gegenüber dem Kugelstrahlen mehrere Vorteile bietet: Sie sei leiser, entstehe nicht und könne Rost feiner entfernen als herkömmliche Methoden, auch in Bereichen mit komplexer Geometrie.

Er behauptete, dass Generalunternehmer und große Bauunternehmen in Japan die Ausrüstung bereits über Ausrüstungslieferanten mieten und dass auch Energieunternehmen beginnen, die Technologie zu nutzen.

„Der größte Vorteil des Lasereinsatzes liegt darin, dass kein sekundärer Industrieabfall und überhaupt kein Abfall entsteht“, sagte er. „Zweitens vermischt sich Salz mit dem Rost, und dieses Salz lässt sich mit herkömmlichen Technologien nicht entfernen. Wenn man darüber malt, ohne es vollständig zu entfernen, wird der Lack beschädigt.“

Er fügte hinzu, dass die Technologie auch für die Anwender sicherer sei, da sich an der Spitze der Düse des Geräts eine Staubsammelvorrichtung befinde, die schädliche Substanzen wie Blei und PCB entferne, die möglicherweise in die Beschichtung eingemischt seien.

Manuelle Prüfmethoden weiterhin erforderlich

Ein Brückeninspektionsteam von WSP führt mit Seilen eine manuelle Inspektion durch (Bild: WSP)

Abhängig von den Vorschriften und Mandaten für Brückeninspektionen in einem bestimmten Markt kann es dennoch Einschränkungen hinsichtlich des Einsatzes neuer Technologien geben.

In den USA beispielsweise müssen alle Brücken gemäß den National Bridge Inspection Standards (NBIS) mindestens alle zwei Jahre überprüft werden. Die Inspektionsprozesse werden durch bundesstaatliche Anforderungen geregelt.

Und wie Matt Sullivan, Leiter eines Brückeninspektionsteams beim Beratungsunternehmen WSP in den USA, erklärt, erfordern manche Inspektionen einen praktischen Ansatz, um sicherzustellen, dass die Dinge richtig untersucht und gemessen werden.

Das bedeutet, dass weiterhin Zugang mit Kraftgeräten und Seilen erforderlich sind. „Wir nutzen Drohnen so oft wie möglich“, sagt Sullivan. „Aber eine Drohne kann diesen physischen, unmittelbaren Ansatz einfach nicht nachbilden. Dennoch haben sich Drohnen als eine gute Ergänzung unseres Werkzeugkastens erwiesen.“