Kanalisation, Kläranlagen und die Orte, die niemand betreten sollte

Der Einsatz von Robotersystemen in der Abwasserinfrastruktur wird in Fachdiskussionen häufig unter Aspekten der Effizienz oder Prozessbeschleunigung geführt. Für kommunale Entwässerungsbetriebe, Stadtentwässerungen und Industrieanlagenbetreiber ist die primäre Motivation jedoch eine grundlegend andere: Es handelt sich um eine zwingende Schutzmaßnahme des betrieblichen Arbeitsschutzes. Ziel ist es, den Einstieg von Fachpersonal in geschlossene, toxische und sauerstoffarme Umgebungen so weit wie technisch möglich zu vermeiden.

Das Betreten von Schächten, Freispiegelkanälen, Pumpensümpfen und Faulbehältern birgt erhebliche Risiken. Neben mechanischen Gefährdungen und der Gefahr eines plötzlichen Schwallwasserereignisses stehen toxische Gaskonzentrationen im Vordergrund. Fäulnisprozesse im Abwasser erzeugen hochgiftigen Schwefelwasserstoff (H2S), der bereits in geringen Konzentrationen den Geruchssinn lähmt, sowie erstickende Gase wie Kohlendioxid und brennbare Gase wie Methan (CH4). Hinzu kommt das Risiko eines akuten Sauerstoffmangels in schlecht belüfteten Bauwerken.

Der rechtliche und berufsgenossenschaftliche Rahmen in Deutschland formuliert klare Auflagen für den Personaleinsatz. Gemäß der DGUV Regel 113-004 („Behälter, Silos und enge Räume“, Ausgabe Februar 2019) und der branchenspezifischen DGUV Regel 103-003 („Arbeiten in umschlossenen Räumen von abwassertechnischen Anlagen“) darf ein Einstieg erst nach Erfüllung strenger organisatorischer und technischer Schutzvorkehrungen erfolgen. Betreiber und deren Sicherheitsverantwortliche stehen vor einem immensen organisatorischen Aufwand:

• Schriftliche Gefährdungsbeurteilung und Erstellung eines verbindlichen Erlaubnisscheins für jeden einzelnen Einstieg.
• Mehrstufiges Freimessen der Atmosphäre auf toxische Gase, Explosionsgefahr und Sauerstoffgehalt vor und während der Arbeiten.
• Bereitstellung eines geschulten Sicherungspostens außerhalb des Einstiegs, der in ständiger Sicht- oder Sprechverbindung zu den Personen im Kanal steht.
• Einsatztaugliches Notfall- und Rettungskonzept mit vorinstalliertem Hebezeug, Dreibein, Höhensicherungsgeräten und Rettungshubausrüstung für die sofortige Bergung handlungsunfähiger Personen.

Zusätzlich verschärft sich die Anforderungslage an Faulbehältern, Schlammspeichern und geschlossenen Vorklärbecken durch den Explosionsschutz. Nach den Vorgaben der europäischen ATEX-Richtlinien und der Betriebssicherheitsverordnung werden diese Bauwerksbereiche in Explosionsschutz-Zonen (Zone 0, Zone 1 oder Zone 2) eingeteilt. Der Betrieb elektrischer Betriebsmittel ist dort nur zulässig, wenn diese über eine entsprechende Zündschutzart (beispielsweise druckfeste Kapselung oder Eigensicherheit) verfügen. Inspektionscrawler und Kamerasysteme müssen daher eine lückenlose ATEX-Zertifizierung aufweisen, um innerhalb dieser Zonen legal und sicher betrieben werden zu dürfen.

Rad- und kettengetriebene Inspektionsroboter (Crawler) sowie schwimmende Kameraträger stellen heute den Standard für die Zustandserfassung von Kanälen und Großprofilen dar. Moderne Systeme sind modular aufgebaut: Sie verfügen über lenkbare Fahrwerke, pan- und neigbare Schwenkkopfkameras, Laserprofiler zur exakten Querschnittsvermessung und integrierte Neigungssensoren zur Bestimmung des Rohrgefälles. In Hauptsammlern und teilgefüllten Kanälen mit hohem Wasserstand kommen zunehmend schwimmfähige Inspektionsplattformen (Floats) zum Einsatz, die mit der Strömung treiben oder per Kabeltrommel kontrolliert geführt werden.

Trotz dieser technologischen Reife dürfen die physikalischen und einsatzspezifischen Grenzen der Robotik nicht unterschätzt werden. In der betrieblichen Realität von Kanalnetzen stößt Automatisierung regelmäßig an Hindernisse, die ein Fahrwerk nicht überwinden kann. Roboter übernehmen die Standardinspektion, können den Menschen bei komplexen Störungen jedoch nicht ausnahmslos ersetzen. Dasselbe Muster zeigt sich in anderen unzugänglichen Anlagenklassen, etwa bei der Zustandsüberwachung von Seekabeln und Pipelines unter Wasser, bei der Roboterinspektion von Umspannwerken und Tunneln und in der Bergbaurobotik unter Tage.

Für den Betreiber bedeutet dies: Die robotische Inspektion erfordert eine strukturierte Einsatzvorbereitung. Bevor ein Roboter verwertbare Daten liefern kann, müssen Abschnitte gegebenenfalls durch Hochdruckspülung gereinigt werden. Verkeilt sich ein Fahrwerk an einem unvorhergesehenen Bauteileinsturz, bleibt der direkte Eingriff durch geschultes Personal unter Beachtung aller Arbeitsschutzvorgaben das letzte Rückfallniveau.

In vielen Ausschreibungen und Altverträgen wird als Inspektionsergebnis noch immer schlicht eine „Videoaufnahme der Haltung“ gefordert. Aus ingenieurtechnischer und vermögensrechtlicher Sicht ist ein unstrukturiertes MP4- oder AVI-Video jedoch unzureichend. Ein Video transportiert lediglich einen visuellen Eindruck, der von der Ausleuchtung, der Fahrgeschwindigkeit des Crawlers und der subjektiven Blickführung des Bedieners abhängt. Zwei unterschiedliche Ingenieure, die dasselbe Videomaterial sichten, kommen bei der manuellen Beurteilung eines Risses oder eines Muffenversatzes regelmäßig zu abweichenden Bewertungen.

Ein Video ist kein Datensatz. Es lässt sich nicht automatisiert in einem Geoinformationssystem (GIS) filtern, nicht algorithmisch mit Vorjahresdaten abgleichen und nicht ohne erneute, zeitintensive Sichtung in Sanierungsbedarfspläne überführen. Wenn ein Betreiber hunderte Kilometer Kanalnetz verwaltet, erzeugt unstrukturiertes Videomaterial einen massiven Datenfriedhof auf externen Festplatten, aus dem keine belastbaren Instandhaltungsentscheidungen abgeleitet werden können.

• Unstrukturiertes Video: Subjektiver Eindruck, keine eindeutige Trennung von Beobachtung und Bewertung, hoher Zeitaufwand bei Nachprüfungen, nicht maschinenlesbar.
• Codierter Zustandsbefund: Strukturierter, tabellarischer Datensatz mit exakter mathematischer Lageangabe, standardisierten Schadenskürzeln und quantitativen Messwerten.
• Automatisierte Sanierungsplanung: Nur codierte Befunde ermöglichen die direkte Klassifizierung in Zustandsklassen und die automatisierte Berechnung von Sanierungskosten.

Der Wert einer Inspektionskampagne entsteht nicht durch hochauflösende Pixel, sondern durch die strukturierte Abstraktion des Gesehenen in standardisierte Merkmale. Die Transformation von optischen Rohdaten in strukturierte Befunddatensätze ist die Kernanforderung an zeitgemäße Inspektionsprozesse in der Abwasserwirtschaft.

Um die subjektive Verzerrung bei optischen Prüfungen zu eliminieren, wurde auf europäischer Ebene ein verbindliches Kodiersystem geschaffen. Die Norm DIN EN 13508-2 („Untersuchung und Beurteilung von Entwässerungssystemen außerhalb von Gebäuden - Teil 2: Kodiersystem für die optische Inspektion“, Ausgabe 2011-08) definiert einen eindeutigen, alphanumerischen Zeichensatz zur Beschreibung aller baulichen und betrieblichen Zustände in Abwasserleitungen, Kanälen und Schächten.

Das Kodiersystem unterscheidet systematisch zwischen der reinen Beobachtung und der späteren Bewertung. Ein Befund nach DIN EN 13508-2 erfasst drei grundlegende Dimensionen:

1. Hauptkode und Unterkode: Identifikation der Schadensart, beispielsweise Rissbildung (BA), Verformung (BB), Lageabweichung (BC) oder Wurzeleinwuchs (BD).
2. Quantitative Charakterisierung: Exakte Angabe von Rissbreiten in Millimetern, Verformungen in Prozent des Durchmessers oder Versatzmaßen an Rohrverbindungen.
3. Lage- und Positionsbezug: Angabe der Haltungsbezeichnung, der laufenden Stationierung in Metern ab Schachtanfang sowie der Position am Rohrumfang nach dem Zifferblatt einer Uhr (Uhrzeitlage von 1 bis 12 Uhr).

Dieses Codiersystem bildet das eigentliche Fundament jeder langfristigen Asset-Management-Strategie. Wenn eine Haltung im Jahr 2026 inspeziert wird und ein Riss bei Station 14,20 Meter in Uhrzeitlage 12 Uhr mit dem Kode BAA (Längsriss) und einer Rissbreite von 1,5 mm erfasst wird, kann eine Nachuntersuchung im Jahr 2031 exakt an denselben Koordinaten ansetzen. Erst durch diese Normalisierung wird sichtbar, ob der Riss statisch stabil geblieben ist oder sich auf 3,0 mm verbreitert hat. Ohne einheitliche Kodes nach DIN EN 13508-2 wäre eine belastbare Trendanalyse unmöglich.

In Deutschland wird die europäische Rahmennorm durch spezifische Regelwerke des Deutschen Instituts für Normung (DIN) und der Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. (DWA) konkretisiert. Die DIN EN 13508-2 enthält aufgrund europäischer Kompromisse verschiedene nationale Wahlmöglichkeiten, die für den deutschen Markt durch die Merkblattreihe DWA-M 149 verbindlich harmonisiert wurden.

Während die Norm DIN 1986-30 („Entwässerungsanlagen für Gebäude und Grundstücke - Teil 30: Instandhaltung“) die Instandhaltung und Inspektionsfristen von Entwässerungsanlagen auf Grundstücken und in Gebäuden festlegt, regelt das Merkblatt DWA-M 149-2 die exakte Anwendung des Kodiersystems im öffentlichen und industriellen Bereich. Das Merkblatt DWA-M 149-3 definiert darauf aufbauend das standardisierte Bewertungsverfahren, mit dem die codierten Einzelbefunde in Zustandsklassen (Klasse 0 bis 5) eingestuft werden. Diese Zustandsklassen steuern direkt die Dringlichkeit baulicher Sanierungsmaßnahmen.

Die Dimension dieser Überwachungsaufgabe verdeutlichen die Erhebungen der DWA. Nach der DWA-Umfrage „Zustand der Kanalisation in Deutschland“ (Ergebnisse 2020, Datenbasis 2018) umfasst das öffentliche Kanalnetz in Deutschland „knapp 600.000 km“; ausgewertet wurden die Daten von 423 Kanalnetzbetreibern, die rund 30 Millionen Einwohner repräsentieren. Nach Angaben der DWA weisen 27 Prozent der Kanäle keine Mängel auf, während „gut 18 Prozent der Kanäle“ kurz- bis mittelfristig saniert werden müssen. 13,5 Prozent der erfassten Haltungen waren überhaupt noch nicht inspiziert – auf Deutschland hochgerechnet 14,2 Prozent, häufigster Grund ist die Unzugänglichkeit der Kanäle. Die normgerechte Zustandserfassung ist damit die zwingende Voraussetzung für einen zielgerichteten Kapitaleinsatz.

Damit Inspektionsdaten nicht auf isolierten Datenträgern verbleiben, müssen Betreiber die Datenübergabe vor Beginn jeder Messkampagne technisch und vertraglich präzise spezifizieren. Dies geschieht im deutschen Markt üblicherweise auf Basis des Merkblatts DWA-M 149-8 („Zusätzliche technische Vertragsbedingungen ZTV - Optische Inspektion“). Die ZTV-OI regelt verbindlich, wie Daten digital erfasst, validiert und exportiert werden müssen.

Für die nahtlose Übernahme in das betriebliche Kanalinformationssystem (KIS) und das übergeordnete Geoinformationssystem (GIS) sind standardisierte Austauschformate unerlässlich. In Deutschland hat sich hierfür das ISYBAU-Austauschformat (XML-basiert) etabliert. Eine normgerechte Spezifikation muss folgende Kernkriterien enthalten:

• Standardisiertes Datenformat: Vorgabe der ISYBAU-XML-Schemaschnittstelle zur Vermeidung proprietärer Sonderformate.
• Eindeutige Stammdatenreferenz: Jeder Befund muss zwingend mit der offiziellen Haltungsbezeichnung, dem Startschacht und dem Zielschacht aus dem Betreiber-Bestandsnetz verknüpft sein.
• Georeferenzierung und Stationierung: Nullpunktdefinition an der Schachtinnenwand, zentimetergenaue Längenmessung durch kalibrierte Wegstreckengeber am Crawler.
• Medienverknüpfung: Festlegung relativer Dateipfade für Einzelbilder gravierender Einzelschäden, die direkt im KIS-Datensatz verlinkt werden.

An dieser Schnittstelle setzt die moderne Systemintegration an. Als Bindeglied zwischen Inspektionshardware und der Enterprise-IT-Infrastruktur sorgen spezialisierte Connectors dafür, dass Inspektionsprotokolle, Messdaten und Zustandsbewertungen automatisiert auf Schema-Konformität geprüft und direkt in ERP-Systeme, GIS-Plattformen oder Anlagenregister überführt werden.

Als herstellerunabhängiger Systemintegrator begleitet werob Betreiber von Entwässerungsnetzen und Industrieanlagen bei der strukturierten Einführung und dem Betrieb bodengebundener Robotersysteme. Die Herausforderung besteht darin, aus der Vielzahl am Markt verfügbarer Crawler, Schwimmkörper und Trägersysteme genau die Hardwarekombination auszuwählen, die den spezifischen Rohrdurchmessern, Materialarten und vor allem den Explosionsschutzauflagen der Liegenschaft entspricht.

Mithilfe von Supplier Match bewertet der Integrationsansatz die technischen Parameter, Schnittstellenoffenheiten und ATEX-Zulassungen verschiedener OEM-Systeme. Dies stellt sicher, dass Betreiber herstellerunabhängig die Systeme beschaffen, die ihre operativen und regulatorischen Anforderungen exakt erfüllen, ohne in proprietäre Insellösungen zu geraten.

Im laufenden Betrieb stellt die werob Platform über das Cockpit ein zentrales Management bereit. Das System überwacht den Einsatzstatus der Roboterflotte, steuert präventive Wartungsintervalle der empfindlichen Sensorik, dokumentiert die Kalibrierungszyklen der Wegmess- und Lasereinheiten und stellt sicher, dass alle generierten Inspektionsdaten durchgängig und auditfest im Anlagenregister des Betreibers archiviert werden.