Artec Leo treibt das 3D-Scannen in neue Höhen: 56 Meter über der Bucht von San Francisco

Die Richmond-San Rafael Bridge entstand in den 1950erjahren. Zu dieser Zeit erlebte Kalifornien einem Nachkriegsboom – die Industrialisierung schritt voran, während sich die Beat-Poeten in den inzwischen ikonischen Buchläden mit Stift und Papier in der Hand verewigten. Pläne für eine Brücke gab es allerdings schon viel früher: Bereits in den 1920er Jahren war die Notwendigkeit einer Verbindung zwischen der östlichen und der westlichen Bucht von San Francisco erkannt worden. In den Jahren danach wurde diese Idee immer wieder vorgeschlagen, genehmigt, verschoben und geändert, bevor sie letztendlich für Jahrzehnte in der Schublade verschwand.

Mit großer Vorfreude und bei einem Bedarf, der ebenso schnell gewachsen war wie die Bevölkerung des Bundesstaates, wurden die Pläne schließlich beschlossen und der Bau der John F. McCarthy Memorial Bridge begann.

Die Brücke sollte eine Fährverbindung zwischen Richmond auf der Ost- und San Rafael auf der Westseite ersetzen. Im März 1953 wurde mit dem Bau begonnen, und im September 1956 war die Brücke eröffnet, voll funktionsfähig und erfreute Zehntausende von Autofahrern, die nun endlich eine Möglichkeit hatten, die Bucht problemlos zu überqueren.

Seitdem befördert die Brücke über 70.000 Autofahrer von einer Seite der Bucht zur anderen. Die sowohl funktionale als auch malerische Konstruktion scheint unverwüstlich, doch ist sie aufgrund ihrer Lage mehreren korrosiven Einflüssen ausgesetzt: Salzwasser, Hitze, Wind und Fahrzeugabgase.

„Bei meiner Arbeit an Brücken hat mir ein Ingenieur eine Redewendung mit auf den Weg gegeben: Rost schläft nie“, sagt Marcio Adamy von Indicate Technologies Inc., einem Gold-zertifizierten Partner von Artec 3D.

Um die Brücke so sicher und funktionstüchtig wie möglich zu halten, waren einige Reparaturen erforderlich. Ein bestimmter Abschnitt eines Segments war im Laufe der Zeit besonders rostig geworden, und genau dieser Teil der Brücke musste komplett ersetzt werden.

„Der Kunde wollte die Platten und die Position der Nieten vermessen, wobei es über 250 Nieten auf jeder Platte gab!“

Da es keine bekannten Angaben zu den Maßen gab (und selbst wenn diese bekannt wären, wäre ihre Zuverlässigkeit womöglich fraglich gewesen), stellte sich eine neue, gewaltige Aufgabe: die genauen Maße der Platten zu berechnen – eine gewaltige Aufgabe. Den Auftrag hierfür erhielt Danny's Construction, ein Unternehmen, das auf Stahl und die Herstellung und Instandhaltung großer Strukturen wie Stadien, Gebäude und in diesem Fall Brücken spezialisiert ist.

„Der Kunde wollte die Platten und die Position der Nieten vermessen, wobei es über 250 Nieten auf jeder Platte gab!“, so Adamy. „Jede Platte hat eine Nord- und eine Südseite sowie Außen- und Innenteile. Um neue Platten herzustellen, mussten also bewerkstelligt werden, dass die Maßvorgaben sämtliche Löcher an genau den richtigen Stellen enthielten.“

Jede Platte hatte 250 Nieten, von denen jede einzelne genau erfasst werden musste.

Die Aufgabe war mit zwei Herausforderungen verbunden: die Höhe der Brücke und die Tatsache, dass auf ihr täglich 70.000 Autos transportiert werden. Die Lösung musste daher schnell, unkompliziert und umfassend sein, und gleichzeitig sicherstellen, dass die Ergebnisse genau und zuverlässig würden.

Die einzige Lösung

Wenn es um das Arbeiten an und auf Richmond-San Rafael-Brücke geht, sind also mehrere Dinge zu beachten. Erstens befinden sich die zu vermessenden Teile 56 Meter über dem Wasserspiegel. Außerdem herrscht den ganzen Tag über ein beständiger Autoverkehr. Nicht zu vergessen sind die in der Bucht tobenden, heftigen Winde sowie die Notwendigkeit, den Artenschutz zu beachten: Die Paarungszeit der Wale beispielsweise schränkt jegliche Aktivitäten in Wassernähe erheblich ein, da die gewaltigen Meerestiere nicht gestört werden sollen.

Kurz gesagt: Jemand musste in der Lage sein, sich schnell und sicher auf den äußeren Teil der Brücke zu begeben, und dabei vor entgegenkommenden Autos geschützt sein, den Verkehr so wenig wie möglich behindern und – angesichts der Höhe, in der er arbeiten würde – nicht nach unten schauen. Und dann sollte auch noch jedes Oberflächendetail der einzelnen Platten erfasst werden.

Es gab nur eine Lösung, die für diese Aufgabe geeignet war: Artec Leo.

Artec Leo ist komplett kabellos und so konzipiert, dass er auch die schwierigsten Ecken erfassen kann. Für diesen mit einem eingebauten Bildschirm ausgestatteten Scanner ist es ein Kinderspiel, jede Oberfläche eines Objekts mit allen Details zu erfassen. Im Fall der Richmond-San Rafael-Brücke gab es kein anderes Gerät, das diese Aufgabe hätte übernehmen können. Sehr wichtig ist etwa, dass Leo überall autonom funktionieren kann – schließlich war es nicht vorstellbar, so hoch oben zu arbeiten, auf so engem Raum, mit so wenig Zeit, und dabei noch angeschlossene Computer, Kabel und womöglich noch eine weitere Arbeitskraft im Blick zu haben.

„Es gab keine andere Lösung. Artec Leo wurde genau dafür entwickelt.“

Während in anderen Situationen die Verwendung eines anderen Scanners oder einer Kombination von Scannern ebenfalls denkbar gewesen wäre, war das Urteil in diesem speziellen Fall eindeutig. Adamy sagte: „Ich befand mich mit einer anderen Person in diesem Korb, der vielleicht einen Meter mal einen Meter groß war. Wo sollte ich da noch einen Computer oder einen Tisch aufstellen? In diesem speziellen Fall gab es also keine andere Lösung. Leo wurde genau dafür entwickelt.“

Die gesamte Arbeit wurde in Rekordzeit erledigt – und das auch noch im HD-Modus. „Ich habe entschied mich, alles im HD-Modus zu scannen, obwohl es in diesem Fall nicht wirklich notwendig war, so umfangreiche geometrische Daten zu haben“, sagt Adamy. „Aber ich möchte immer das Beste haben und dann reduzieren - anstatt nicht genug Informationen zu haben und später nichts mehr hinzufügen zu können.“

Nachdem das Team eingeübt hatte, wie man die einzelnen Platte am besten und effizientesten scannt, konnte es den Zeitaufwand auf weniger als zehn Minuten pro Seite reduzieren.

56 Meter über dem Wasser musste die Arbeit schnell und sicher erledigt werden, ohne dass zusätzliche Computer oder Kabel im Weg wären. Die Lösung: Artec Leo.

„Ich hatte eine kurze Zeitspanne, innerhalb derer ich auf der Brücke arbeiten durfte“, sagt Adamy. „Ich kam gegen 5:30 oder 6:00 Uhr morgens an, und dann planten wir, was wir tun würden. Anschließend zog ich mein Gurtzeug, meinen Helm und meine Sicherheitsausrüstung an. Danach blieb ich vor Ort und scannte bis etwa 9:30 oder 10:30 Uhr, bevor ich ins Büro zurückfuhr und mit dem Hochladen der Dateien begann“, so Adamy.

In Anbetracht der knappen Zeitfenster, die für jeden Scanvorgang zur Verfügung standen, der Menge der zu scannenden Daten, der geltenden Umweltschutzauflagen und der launischen Wetterbedingungen dauerte das gesamte Projekt mehrere Monate.

Nach acht Fahrten und weniger als 30 Minuten, innerhalb derer jede der 1,80 m großen Platten aus allen Richtungen gescannt wurde, war der erste Teil der Arbeit abgeschlossen: Alle Platten waren gescannt, und die erfassten Daten waren bereit für den nächsten Arbeitsschritt.

Alles an einem Tag

In Anbetracht der umfassenden Planung, Sicherheitspersonal und Polizisten in Bereitschaft, einem Crash-Truck, um Kollisionen mit dem Gegenverkehr zu vermeiden, und eines Mannes, der in einem Sicherheitsgurt über der Bucht von San Francisco hängen musste, war die Arbeit an sich nicht schwierig. Trotz aller Herausforderungen und Schwierigkeiten war das Scannen mit Artec Leo sogar angenehm einfach.

Gleiches gilt für die Verarbeitung der Daten.

„Ich lud die Dateien hoch und folgte sämtlichen Arbeitsschritten“, beschreibt Adamy. „Dann führte ich eine globale Registrierung durch, löschte zusätzliche Daten, die ich nicht brauchte, und konvertierte alles mithilfe von Sharp Fusion in ein Polygonnetz. Und dann exportierte ich das fertige Polygonnetz als STL-Datei.“

Nach diesen relativ einfachen Schritten wurde die STL-Datei zur weiteren Bearbeitung in Geomagic Design X hochgeladen und dann im .pts-Format exportiert. Die exportierte Datei wurde dann in Autodesk für SBU-Zeichnungen und zur Erfassung von Informationen verwendet. In einigen Fällen war alles, vom Scannen über die Ver- und Nachbearbeitung bis hin zum Feinschliff, innerhalb eines Tages erledigt.

„Das einzig Schwierige war die Existenz vor Ort, die eigenen Ängste in dieser Umgebung mit Wind, Kälte und Sonne zu bewältigen!“

Der schwierigste Faktor beim Scannen an diesem Ort? Die Höhe!

„Wie ich schon sagte, ist dieser Teil sehr einfach: Dateien hochladen, globale Registrierung durchführen, Polygonnetz-Datei bearbeiten und erstellen, Sharp Fusion... ein Kinderspiel“, so Adamy. „Das einzig Schwierige war, vor Ort zu sein: jenseits des Crash-Trucks zu sein, die eigenen Ängste in dieser Umgebung mit dem Wind, der Kälte, der Sonne und all diesen Dingen zu kontrollieren. Das ist der schwierigste Teil.“

Zeit- und Kostenersparnis

Acht Monate später waren alle acht Platten hergestellt und installiert, wobei mindestens 75 bis 90 Prozent der Zeit eingespart worden waren – und das ist noch eine vorsichtige Schätzung. Der Einsatz der 3D-Technologie und speziell von Artec Leo als Scanner brachte nicht nur verschiedene Vorteile mit sich, sondern sparte auch eine Menge Kosten.

Da wäre zum Beispiel die Zeitersparnis gegenüber traditionellen Arbeitsweisen, wenn jede Platte manuell mit einem Maßband oder einem Lineal vermessen werden musste, wobei der mühsame Prozess der Messungen durch eine Handzeichnung dokumentiert und die Dokumentation dann an die Hersteller neuer Platten übertragen werden musste.

Aufgrund der Genauigkeit der Scans wurde auch bei der Herstellung der neuen Platten Zeit gespart, ganz zu schweigen von der geringeren Anzahl der Mitarbeiter, die vor Ort anwesend sein mussten, was wiederum die Arbeitskosten senkte.

Und was ist der letzte Schritt? Natürlich das Scannen der neuen Platten. Während wir uns heutzutage oft schwertun, zuverlässige Informationen über Bauwerke und Gebäude zu finden, die vor vielen Jahrzehnten errichtet wurden, werden Fachleute in der Zukunft kein solches Problem mehr haben.

Im Fall der Richmond-San Rafael-Brücke stehen endlich vollständige 3D-Scans, Messungen, Entwürfe und Dateien zu diesen Platten zur Verfügung – mit einer Genauigkeit von 0,1 mm und nützlich für unzählige Generationen von Ingenieuren, Bauherren, Architekten und Bauprüfern.