3D-Scannen in neuen Höhen: 56 Meter über der Bucht von San Francisco

Die alte Richmond-San Rafael Bridge in San Francisco ist Salzwasser, Hitze, Wind und Fahrzeugabgase ausgesetzt. Nun war es an der Zeit einen rostigen Brückenabschnitt zu ersetzen. Doch für die Herstellung neuer Platten brauchte es zuverlässige Messungen. Dank 3D-Scanner waren Höhe, Verkehr und Co. kein Problem.

Gastbeitrag von Art Yukhin, CEO, Artec 3D

In den 1950er Jahren wurde die Richmond-San Rafael Bridge als das Verbindungsstück der östlichen und westlichen Bucht von San Francisco gebaut. Täglich wird die fünfspurige Brücke von rund 80.000 Autos befahren. Die sowohl funktionale als auch malerische Konstruktion scheint unverwüstlich. Doch aufgrund ihrer Lage ist sie mehreren korrosiven Einflüssen ausgesetzt: Salzwasser, Hitze, Wind und Fahrzeugabgase.

Damit die Brücke sicher und funktionstüchtig bleibt, waren Reparaturen erforderlich. Denn ein bestimmter Abschnitt eines Segments war im Laufe der Zeit besonders rostig geworden, und genau dieser Teil der Brücke musste komplett ersetzt werden. Für die Planung der Instandsetzung brauchte es zunächst zuverlässige Messungen des rostigen Brückenabschnitts, mit denen sich die genauen Informationen über die einzelnen Bauelemente beschaffen lassen. Wenn es um das Arbeiten bzw. Messen an und auf Richmond-San Rafael Bridge geht, gibt es allerdings mehrere Dinge zu beachten: Zum einen befinden sich die zu vermessenden Teile 56 Meter über dem Wasserspiegel. Zum anderen herrscht den ganzen Tag über ein beständiger Autoverkehr. Außerdem sind die in der Bucht tobenden, heftigen Winde sowie der Artenschutz nicht zu vergessen. So kann beispielsweise die Paarungszeit der Wale jegliche Aktivitäten in Wassernähe erheblich einschränken, da die gewaltigen Meerestiere nicht gestört werden sollen.

Das Team von 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, war sich diesen lokalen Herausforderungen bewusst. Daher setzten sie zur Planung der Reparatur der Richmond-San Rafael Bridge auf die modernste Scantechnologie.

Dank 3D-Scanner schnell und einfach zur detaillierten Messung

Für zuverlässige Messungen des rostigen Brückenabschnitts mussten zunächst die einzelnen Platten des Segments von allen Seiten gemessen werden. Jede Platte hatte dabei über 250 Nieten, von denen jede einzelne genau erfasst werden musste, damit die späteren Maßvorgaben sämtliche Löcher an genau den richtigen Stellen enthielten. Aufgrund der schwierigen Lage kamen herkömmliche Messmethoden nicht in Frage. Danny’s Construction entschied sich daher für die 3D-Scantechnologie und die Zusammenarbeit mit dem 3D-Scan-Spezialisten Marcio Adamy von Indicate Technologies Inc..

Mithilfe eines professionellen tragbaren 3D-Scanners konnte Adamy in seiner Sicherheitsausrüstung jeden Quadratmillimeter der insgesamt acht 1,80 Meter großen Platten in jeweils weniger als 30 Minuten komplett und detailliert erfassen – und dass, während er 56 Meter über der Bucht von San Francisco hing! Der kabellose 3D-Scanner Leo von Artec mit eingebautem Bildschirm konnte dabei alle Oberflächendetails auf Anhieb perfekt festhalten – selbst die schwierigen Ecken stellten kein Hindernis dar. Der Scanner nimmt Daten mit einer Genauigkeit von bis zu 0,1 Millimeter und einer Auflösung von bis zu 0,2 Millimeter auf. Insgesamt konnte das Team im Vergleich zu herkömmlichen Messmethoden dabei viel Zeit einsparen und den eigentlich mühsamen Prozess der Messung enorm erleichtern.

Erstellung von CAD-Modellen für die Herstellung neuer Ersatzplatten

Die fertigen 3D-Scans bzw. die acht gescannten Platten wurden im nächsten Schritt in eine CAD-Software hochgeladen. Dann führte Adamy eine globale Registrierung durch, löschte die Daten, die nicht benötigt wurden und konvertierte alles mithilfe von Sharp Fusion in ein Polygonnetz. Zur weiteren Bearbeitung wurde das Polygonnetz als STL-Datei exportiert und in Geomagic Design X hochgeladen. Dadurch konnte die Polygonnetz-Datei in ein PTS-Format exportiert und in Autodesk für SBU-Zeichnungen und zur Erfassung von Informationen verwendet werden.

Nachdem alle relevanten Details im Polygonnetz dokumentiert waren, wurde die Polygonnetz-Datei an Danny’s Construction weitergeleitet. Diese wiederrum konnten das Modell mit allen erforderlichen Maßen und Informationen dann verwenden, um die neuen Ersatzplatten herzustellen.

Acht Monate später waren alle acht Platten produziert und installiert, wobei schätzungsweise 75 bis 90 Prozent der Zeit eingespart worden waren. Aufgrund der Genauigkeit der Scans wurde auch bei der Herstellung der neuen Platten Zeit gespart, außerdem mussten weniger Mitarbeiter:innen vor Ort anwesend sein, was wiederum die Arbeitskosten senkte.

Präzises CAD-Modell für künftige Reparaturen

Zur Qualitätskontrolle und als Referenz für die Zukunft wurden schließlich auch die neu installierten Platten gescannt. So stehen im Fall der Richmond-San Rafael Bridge nun vollständige 3D-Scans, Messungen, Entwürfe und Dateien zur Verfügung, die auch als Referenz für zukünftige Reparaturen von Ingenieur:innen, Architekt:innen und Bauprüfer:innen verwendet werden können.