Brückeninspektion: nah heran an die Stellen, die niemand sieht

Brückenschäden lassen sich in drei Familien einteilen: Betonschäden (Risse, Abplatzungen und freiliegende Bewehrung, Ausblühungen, Chloridangriff, Alkali-Kieselsäure-Reaktion, Frost-Tau-Wechsel), Stahlschäden (Korrosion, Beschichtungsversagen, Ermüdungsrisse, lose oder fehlende Schrauben) und Probleme an Lagern, Fahrbahnübergängen und Entwässerung. Alle konzentrieren sich dort, wo Wasser, Salz und wiederholte Lasten eindringen.

In Japan wurde nach dem Einsturz der Tunneldecke im Sasago-Tunnel 2012 die periodische Inspektion von Straßenbrücken (und Tunneln) alle fünf Jahre auf Basis einer Nahsichtprüfung im Juli 2014 verpflichtend. Inspektoren kommen auf Armlänge heran und klopfen oder tasten, wo nötig. Jede Brücke wird in vier Kategorien von I (intakt) bis IV (dringender Handlungsbedarf) eingestuft.

Die Mittel, um nah heranzukommen, werden zu Kosten und Risiko. Brückenuntersichtgeräte („Snooper“) brauchen Spursperrungen und erreichen nicht jedes Spannfeld. Hohe Pfeiler und Flussfelder brauchen Gerüste, Seilzugang oder sogar ein Boot. In den Vereinigten Staaten sind Routineinspektionen von Brücken in Abständen von höchstens 24 Monaten vorgeschrieben (12 Monate bei Brücken in schlechtem Zustand), und die Eigentümer stehen vor demselben Problem.

Der andere Schmerzpunkt sind Menschen. Japan hat rund 720.000 Straßenbrücken (Ende des Geschäftsjahres 2024), viele davon im Besitz von Gemeinden, und viele Kleinstädte haben gar keinen Brückeningenieur. Die Zahl der Brücken, die älter als 50 Jahre sind, stieg von rund 130.000 Ende GJ 2018 auf rund 230.000 Ende GJ 2024. Die Zahl alternder Brücken wächst, die Zahl der Inspektoren nicht. Deshalb wird Drohneninspektion zur Notwendigkeit, nicht zur Bequemlichkeit.

Die Drohne ersetzt das *Zugangsmittel*. Ohne Spuren zu sperren oder Gerüste zu bauen, bringt sie eine Kamera direkt an das Bauteil. Es gibt drei Hauptarten, sie einzusetzen.

Das Grundmuster ist ein Raster: einen konstanten Abstand zur Oberfläche halten und die Bilder in beiden Richtungen überlappen (60–80 % Überlappung sind üblich). Die Bilder lassen sich dann zu Orthomosaiken oder 3D-Modellen zusammenfügen, sodass Risse mit Position und Länge auf Zeichnungen kartiert werden können.

Wie lange ein Fluggerät für die Inspektion unter dem Überbau mit Nutzlast und Akku schweben kann, zeigt der mitgelieferte Inspektions-Quadrocopter in Auslegung eines Fluggeräts und Schätzung der Schwebezeit (Airffic Architect).

Unter einer Brücke ist ein feindlicher Ort für Drohnen. Der Überbau blockiert GNSS, die Position driftet; Stahlträger stören das Magnetfeld, der Kompass lügt. Über Flüssen kanalisiert sich der Wind durch das Tal, und Wasserreflexionen können nach unten gerichtete Abstandssensoren täuschen.

• Ohne GNSS: Wählen Sie Fluggeräte, die sich über Kameras oder LiDAR lokalisieren (visuell-inertiale Odometrie, SLAM). Umgebungen ohne GNSS
• Magnetstörung: Prüfen Sie den Kompass vor dem Start und seien Sie bereit, in Modi zu fliegen, die nicht auf den magnetischen Kurs angewiesen sind. Magnetstörung
• Wind: Die Luft legt sich um die Pfeiler. Halten Sie einen Fluchtweg vom Bauwerk weg und zusätzliche Abstandsreserve. Wind & Turbulenz
• Dunkelheit: Hohlkastenträger und Trägerenden sind stockdunkel. Nutzen Sie Bordbeleuchtung und feste Belichtung, damit die Bildqualität gleichbleibend ist. Dunkelheit

Fotos machen beendet keine Inspektion. Aus Tausenden von Bildern müssen Sie Schäden finden, messen, verorten, mit dem letzten Mal vergleichen und die Brücke bewerten. KI hilft beim Finden, Messen und Vergleichen; die Bewertung bleibt Aufgabe des verantwortlichen Ingenieurs.

Japans Richtlinien zur periodischen Inspektion wurden im Februar 2019 überarbeitet: Die Nahsichtprüfung bleibt die Grundlage, aber Inspektionshilfstechnologien wie Drohnen dürfen eingesetzt werden, um effizienter zu inspizieren. Die Richtlinie wird allgemein so beschrieben, dass sie Methoden zulässt, die nach dem Urteil des Inspektors eine der Nahsichtprüfung gleichwertige Diagnose liefern. Das MLIT veröffentlicht einen Leistungskatalog der Inspektionshilfstechnologien, damit Eigentümer sie vergleichen können (der Entwurf von 2019 begann mit 16 Technologien).

Das Fliegen ist getrennt geregelt. In Japan sind Flüge über dicht besiedelten Gebieten oder innerhalb von 30 m zu Personen oder Sachen „besondere Flüge“, die je nach Bedingungen eine Genehmigung oder Zustimmung erfordern, dazu eine Flugplanmeldung und ein Flugbuch. Brücken überqueren Straßen, Bahnstrecken und Flüsse, deshalb ist die Abstimmung mit Straßen-, Fluss- und Bahnbehörden unerlässlich. Vergleichen Sie Länder in den Regelungen weltweit.

Welche Orte und Flugmethoden in Japan eine Genehmigung oder Zustimmung erfordern und wie man sie beantragt, steht in Wo Japan eine Fluggenehmigung verlangt und wie man sie beantragt (Airffic Flight Institute).

• Abklopfen und Tasten: Hohlstellen werden traditionell durch Abklopfen gefunden. Drohnengestützte Klopfgeräte werden erprobt, sind aber noch kein allgemeiner Ersatz.
• Korrosion unter Beschichtungen, innere Fehler: Fotos zeigen nur Oberflächen. Wanddicke und innere Risse brauchen Ultraschall, Wirbelstrom oder andere ZfP-Verfahren.
• Von Schlamm oder Nestern verdeckte Bereiche: zuerst reinigen. Was Sie nicht sehen, können Sie nicht fotografieren.
• Bewertung und Verantwortung: Schäden zu deuten und Maßnahmen zu entscheiden bleibt Aufgabe des Menschen.

Am Fuß einer Stadtbrücke steht ein kleiner Drohnenport. Vor der Morgendämmerung fädelt sich eine Drohne auf fester Route durch die Träger und fotografiert jedes Bauteil aus derselben Pose unter denselben Bedingungen wie beim letzten Mal. Bis mittags erscheinen nur die Bauteile, die sich verändert haben, auf dem Bildschirm des Ingenieurs. Aus der fünfjährlichen „großen Inspektion“ ist jährliche Beobachtung geworden.

Niemand muss die Brücke besteigen. Menschen deuten die Veränderungen, legen die Reihenfolge der Reparaturen fest und erklären sie den Anwohnern. Inspektion wandelt sich von der Aufgabe, an gefährliche Orte zu gehen, zur Aufgabe, für das ganze Leben der Brücke zu sorgen.