Tunnelbau: Wie Künstliche Intelligenz und Digitalisierung Arbeitsunfälle verhindern

Durch die Weiterentwicklung der Technik und der wachsenden Sensibilität für das Thema Arbeitssicherheit konnte die hohe Anzahl der tödlichen Arbeitsunfälle bei Tunnelbau und -wartung in den vergangenen 40 Jahren deutlich reduziert werden.

Kehrseite der Automatisierung: Arbeitsunfälle mit mobilen Maschinen

Dies hat vor allem mit der wachsenden Automatisierung zu tun, da viele Arbeiten heute mit Maschinen und Baufahrzeugen durchgeführt werden, die sogar noch in den 70er Jahren in erster Linie in Handarbeit verrichtet wurden. Hat die Automation der Arbeitsprozesse in der Vergangenheit einerseits für einen starken Rückgang der Gesamtzahl der Unfälle beim Tunnelbau gesorgt, so sind es andererseits ausgerechnet Kollisionen der Beschäftigten mit mobilen Baumaschinen und Baufahrzeugen, die im Vergleich zu anderen Unfallquellen relativ gesehen für die meisten Unfälle in der heutigen Zeit sorgen – die Kehrseite der Automatisierung also.

Digitalisierung verhindert Arbeitsunfälle

Bislang werden vor allem Radar- und Ultraschallsysteme eingesetzt, um Kollisionen mit Baufahrzeugen zu verhindern. Diese haben aber zwei große Nachteile für den Arbeitsschutz: Sie können nicht direkt Personen erkennen bzw. zwischen Menschen und anderen Objekten unterscheiden. Weiterhin können alle Systeme durch widrige Umweltfaktoren wie Licht, Nebel oder Staub beeinträchtigt werden.

Im Zuge der Digitalisierung werden daher neue Technologien im Tunnelbau eingeführt, welche die oben genannten Schwächen nicht haben. Hierzu gehören vor allem funktechnische Lösungen. Durch die Verbindung des Funksystems mit der Steuereinheit der Maschine ist eine automatische Geschwindigkeitsreduktion bis hin zum völligen Stoppen des Fahrzeugs möglich. Weiterhin lassen sich mobile Baumaschinen verorten und Bewegungsmuster von Personen und Maschinen abbilden. Die Steuerungsprozesse der Maschine, um einen potenziellen Unfallvermeidung zu vermeiden, werden in Echtzeit an die jeweilige Situation angepasst. Ein personalisiertes Feedback an einzelne Beschäftigte ist ebenfalls möglich.

Künstliche Intelligenz verhindert noch mehr Arbeitsunfälle

Ein für den Tunnelbau potenziell besonders wertvolles funktechnisches Personenerkennungssystem stellt die Magnetfeldtechnologie dar. Sie lässt sich allerdings nur sinnvoll auf einem abgeschlossenen Betriebsgelände mit einer zuverlässigen Zugangskontrolle einsetzen. Alle zugangsberechtigten Beschäftigten erhalten dabei einem elektrischen Baustein (Personen-Tag), der beispielsweise am Gürtel oder an der Armbanduhr befestigt wird. Nur wenn der Tag getragen wird, kann diese Person von einer Maschine oder einem Fahrzeug identifiziert und lokalisiert werden. Aktuell werden besonders zwei Frequenzspektren im Rahmen dieser funktechnischen Lösung eingesetzt, abhängig von den Anforderungen an das jeweilige Absicherungssystem: LF im kHz-Frequenzbereich und HF im MHz/GHz-Frequenzbereich. Bei den LF-Frequenzen von etwa 4 kHz bis 450 kHz handelt es sich nicht um Frequenzen, die zum Beispiel wie bei einem Handy mit einer Antenne abgestrahlt werden können, weil die Wellenlänge im Kilometerbereich liegt und somit keine elektrische Abstrahlung erfolgt.

Zum Zweck des Schutzes von Personen im Nahbereich von Maschinen hat dies aber einen großen Vorteil: Es wird ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das eine dreidimensionale ovale Form hat und sich auf den Zentimeter genau in seiner Größe einstellen lässt. Mit diesem kann man um eine Maschine ein Warn- bzw. Schutzfeld erzeugen, das mittels des Personen-Tags detektiert werden kann und dem Maschinenführer in (fast) Echtzeit über die Position der Person informiert. Dieses Verfahren ist aber auf einen Bereich von rund 30 Meter um das jeweilige Fahrzeug begrenzt und hat eine System-Reaktionszeit von ca. 250 Millisekunden. Für die Herstellung der Sicherheit in einem Tunnel ist das aber ausreichend, da hier die Fahrgeschwindigkeiten der mobilen Maschinen in der Regel geringer sind als in Baubereichen auf offenen Straßenabschnitten bzw. in Baubereichen über Tage. Da sich die Verteilung des Magnetfeldes stark von der Ausbreitung von elektrischen Feldern und elektromagnetischen Wellen unterscheidet, sind komplexe Berechnungen für eine präzise Lokalisierung notwendig. Dies funktioniert mittels neuronaler Netze, welche die erforderlichen Berechnungen übernehmen.