Glasfaser- (FTTH) und Versorgungsnetz-Ausbauplanung mit automatisiertem Entwurf

Die Planung eines Glasfasernetzes bis ins Haus Straße für Straße ist langsame, expertenlastige manuelle CAD-Arbeit, obwohl der Tiefbau die Kosten bestimmt. Die Entwurfsautomatisierung fasst das Layout als Netzentwurfsproblem mit Nebenbedingungen auf (Steiner-Baum/MILP und Heuristiken) auf Basis von GIS-, Kataster- und Adressdaten, nutzt Bildverarbeitung zur Klassifikation von Oberflächen und Hindernissen und liefert Trassen, Platzierung von Geräten, Stücklisten und Bauunterlagen. Derselbe Ansatz funktioniert für Fernwärme, Wasser und Stromverteilung.

Problem & Nutzen

• Heute: Planer zeichnen Trassen von Hand in GIS-/CAD-Werkzeugen, schätzen Grabenlängen und Oberflächenarten anhand von Karten und Ortsbegehungen und iterieren langsam, wenn sich Genehmigungen, Leerrohre oder Kosten ändern. Späte Änderungen wirken sich auf Beschaffung und Bau aus.
• Warum es wichtig ist: Der Tiefbau (Graben, Oberflächenwiederherstellung) macht den größten Anteil der FTTH-Investitionen aus, daher übersetzen sich kleine Verbesserungen im Layout, mehr Mitnutzung von Leerrohren und Masten und weniger offene Gräben direkt in Geld und Zeit. Der EU-Gigabit-Infrastrukturakt (Verordnung (EU) 2024/1309) fördert Kostensenkung durch Zugang zu bestehender physischer Infrastruktur und schnellere Genehmigung, was Planer belohnt, die Mitnutzungsoptionen systematisch bewerten können [1].
• KI-Nutzen: viele alternative Entwürfe in Stunden statt Wochen, reproduzierbare Kostenschätzungen, schnelle Was-wäre-wenn-Rechnungen zu Genehmigungen, Förderung (Gigabitförderung) und Anschlussquote sowie einheitliche Ergebnisse für Ausschreibungen.
• Belege: Die Deutsche Telekom hat öffentlich mit der Entwurfssoftware Comsof Fiber von IQGeo für die automatisierte Ausbauplanung gearbeitet [3]. Konkrete Einsparungen sind anbieter- und projektspezifisch; messen Sie sie in Ihren eigenen Pilotgebieten.

Varianten

• Telko-FTTH/FTTB-Ausbau: Neubau oder Bestand, Punkt-zu-Mehrpunkt (GPON/XGS-PON) mit Splitter- Platzierung oder Punkt-zu-Punkt.
• Stadtwerke-Mehrspartenbetrieb: gemeinsame Verlegung von Glasfaser mit Strom, Fernwärme (siehe OPT-023) oder Wasser; Mitnutzung von Leerrohren im Stromnetz.
• Kommunal/öffentlicher Sektor: Planung von Fördergebieten (Gigabitförderung), Analyse weißer Flecken, offenes Netz (Open Access).
• Ingenieurbüros und Generalunternehmer: Angebote für Planung und Bau sowie Bauunterlagen in großem Umfang.
• Mobilfunk-Backhaul und 5G-Kleinzellen: Glasfaseranbindungen, verknüpft mit OPT-030.

So funktioniert es

1. GIS + Kataster + Adressdaten + Bestandsverzeichnis der vorhandenen Infrastruktur + Bilder (Mobile Mapping, Luftbild)
2. CV: Oberflächen-/Hindernisklassen, Erkennung von Masten und Leerrohren
3. Kostengraph: mögliche Graben-/Leerrohrkanten mit Einheitskosten und Nebenbedingungen
4. Optimierung: Steiner-Baum / MILP + Heuristiken (Platzierung von Verteilern, Verteilpunkten, Splittern)
5. Prüfung der Planungsregeln (Dämpfungsbudget, Kapazität, Normen) und Szenariovergleich
6. Prüfung/Anpassung durch Planer auf der Karte
7. Stückliste, Kostenschätzung, Bauunterlagen, Genehmigungsunterlagen
8. ERP/Arbeitssteuerung

• Optimierungskern: klassisches Operations Research, kein LLM. Mögliche Kanten werden aus Straßen- und Flurstücksgeometrie abgeleitet; die Kosten je Meter hängen von der Oberflächenklasse ab (Asphalt, Pflaster, weicher Boden), die Mitnutzung vorhandener Leerrohre oder Masten ist eine Kante mit nahezu null Kosten, und der Solver minimiert die Gesamtkosten unter den Bedingungen von Abdeckung und Kapazität. Große Gebiete werden in Cluster zerlegt und mit Dekomposition und Heuristiken gelöst.
• Bildverarbeitung: Segmentierung von Oberflächen und Erkennung von Masten, Schächten oder Hindernissen in Bildern und Punktwolken, um Kostenattribute zu füllen, wo Aufzeichnungen fehlen.
• ML-Prognose: Modelle für Anschlussquote/Durchdringung und Kosten je Haushalt können in die Zielfunktion einfließen.
• Rolle des LLM (unterstützend): Regeln aus Planungsnormen und Genehmigungsunterlagen extrahieren, Bau- dokumentation entwerfen, Szenarioabfragen in natürlicher Sprache (siehe OPT-018).
• Mensch-in-der-Schleife (Human-in-the-Loop): Erfahrene Planer prüfen erzeugte Entwürfe, behandeln Ausnahmen (Privat- grundstücke, Schutzgebiete, Kreuzungen) und genehmigen die Freigabe für den Bau.

Datenaufbereitung

Der Netzentwurf ist nur so gut wie die GIS-Grundlage. Die Daten liegen typischerweise in GIS-Datenbanken (Flurstücke aus ALKIS, Gebäude, Adressen), im Anlagenbestand (Leerrohre, Masten, Schächte, freie Kapazität), in CAD-Zeichnungen, in PDF-Bestandsplänen, in Kostentabellen in Excel und zunehmend in Mobile-Mapping-Bildern und Punktwolken. Papier- und Scanpläne sind bei älterer Infrastruktur weiterhin üblich.

Typische Lücken: Bestandsverzeichnis, das nicht der Wirklichkeit entspricht, nicht erfasste Leerrohrkapazität, Leerrohre ohne Geometrie, unterschiedliche Koordinatensysteme, veraltete Adresspunkte, fehlende Oberflächenklassen und Einheitskosten, die nur in den Köpfen einzelner Planer existieren.

Schritte der Aufbereitung: 1. Inventarisieren Sie Ebenen und Lücken (PREP-001, PREP-002) und legen Sie Verantwortliche je Ebene fest (PREP-004). 2. Digitalisieren und georeferenzieren Sie eingescannte Pläne (PREP-006, DOC-014) und konvertieren Sie CAD-Formate (PREP-007). 3. Vereinheitlichen Sie Koordinatensysteme, bereinigen Sie die Topologie und gleichen Sie Adressen mit Gebäuden ab. 4. Erfassen Sie Oberflächenklassen über Bildklassifikation und validieren Sie Stichproben vor Ort. 5. Überführen Sie Kostentabellen und Planungsregeln in maschinenlesbare Form (PREP-011, PREP-012).

Werkzeuge: QGIS, PostGIS, FME oder GDAL, eine OCR-Pipeline und die Importwerkzeuge der Planungssoftware. Rechnen Sie mit mehr als der Hälfte des Aufwands für die Bereinigung des Bestandsverzeichnisses, was die Kosten dominiert.

Umsetzungswege

Welcher Weg für wen

• enterprise (A): Ausgereifte Glasfaser-Planungssuiten mit ALKIS-Import und Regelwerken gibt es, und ein einzelner Betreiber holt eigene Solver-Entwicklung selten wieder herein.
• developer (B): Ingenieurbüros und Werkzeugbauer können Cloud-APIs für Bildanalyse und LLM-Dokumentation mit einem eigenen Solver auf den GIS-Daten des Kunden kombinieren.
• public (C): Kommunale Versorger und öffentliche Stellen profitieren von Open-Source-GIS- und Solver-Komponenten (QGIS, PostGIS, pgRouting, OR-Tools) auf souveräner Infrastruktur, was auch Vergaberegeln erleichtert und die Daten im eigenen Haus hält.

Weg A — Kaufen (Standardsoftware) (empfohlen)

• Glasfaser-Planungssuiten: IQGeo Comsof Fiber (automatisierter FTTH-Entwurf), Esri ArcGIS mit Utility Network und Glasfaser-Erweiterungen, Hexagon, Bentley und andere Planungssuiten, auf Smallworld basierendes Bestandsverzeichnis (GE Vernova) sowie Geomatik-/EU-Spezialanbieter für die deutsche Planung (z. B. FTTH-Planungswerkzeuge kleinerer Anbieter aus der DACH-Region). Prüfen Sie Hosting in der EU, ALKIS-Import, deutsche Formate für Leerrohrbestände (z. B. über den Infrastrukturatlas) und den Export in Bauwerkzeuge.
• Wählen Sie A, wenn: Sie ein bewährtes Regelwerk, Support und die Integration in Bestandsverzeichnis und Arbeits- steuerung brauchen; eigene Solver-Entwicklung lohnt sich für einen einzelnen Betreiber selten.

Weg B — Auf Cloud-KI-Diensten aufbauen

• Geodaten und Rechenleistung: OpenStreetMap plus nationale Kataster-/offene Daten, PostGIS/pgRouting, Esri oder Cloud-GIS in EU-Regionen; Google OR-Tools oder kommerzielle Solver (Gurobi, FICO Xpress, CPLEX, HiGHS) als Dienste.
• Bildverarbeitung: Cloud-Segmentierungs-APIs oder Modelle der SAM-Familie auf Bildern zur Oberflächenklassifikation.
• Orchestrierung: Workflow-Engines, um Entwürfe an Bestandsverzeichnis und ERP weiterzugeben.
• Wählen Sie B, wenn: Sie ein Ingenieurbüro sind, das eigene Regeln und Ausschreibungsunterlagen benötigt.

Weg C — Selbst betreiben (Open Source)

• Stack: PostGIS, pgRouting, QGIS, OSMnx/NetworkX, OR-Tools, HiGHS, SCIP, Pyomo; Segmentierung mit SAM 2 oder Detektoren der YOLO-Familie; Punktwolkenverarbeitung mit PDAL/Open3D.
• Hardware: HW2 genügt für die Bild-Inferenz; der Solver braucht vor allem CPU und RAM. Der Aufwand ist erheblich: Die Planungsregeln und die Logik des Leerrohrbestands abzubilden, ist der schwierige Teil.

Weg D — Eigenes Training

Trainieren Sie Segmentierungsmodelle auf Ihren eigenen Mobile-Mapping-Bildern (Oberflächenklassen, Hindernisse), wenn allgemeine Modelle lokale Gegebenheiten falsch beschriften; lernen Sie Kosten- und Anschlussmodelle aus abgeschlossenen Projekten. Benötigt einige hundert bis einige tausend beschriftete Bilder oder Datensätze abgeschlossener Bauten mit tatsächlichen Kosten.

Stand der Technik (2026)

• Die Entwurfsautomatisierung ist in kommerziellen Werkzeugen etabliert; die Spitze liegt in der engeren Integration von Mitnutzung von Leerrohren/Masten, Rückmeldung aus Bestandsdokumentation und 3D-/Punktwolkenbildern, um den Aufwand für die Vermessung zu senken.
• Hybride Methoden (exaktes MILP für lokale Teilprobleme, Heuristiken für Stadtgröße) dominieren; lernbasierte Methoden (GNN-geführte Heuristiken) befinden sich im Forschungsstadium [4].
• Basismodelle für Bilder (SAM-Familie, Detektoren mit offenem Vokabular) senken den Beschriftungsaufwand für die Oberflächen- klassifikation.
• Grenzen: Die Ergebnisse sind nur so gut wie das Bestandsverzeichnis der Infrastruktur; fehlende oder falsche Leerrohrangaben sind die Hauptursache für Fehler. Einheitskosten schwanken regional, Genehmigungen und Rechte von Grundstückseigentümern lassen sich nicht vollständig modellieren, und erzeugte Entwürfe benötigen weiterhin eine Prüfung vor Ort.

Gemeinsame Bausteine & Kombinationen

• Gleicher Solver-Stack: OPT-008 (Netzentwurf), OPT-001 (Routenplanung), OPT-018 (Assistent von LLM zu Solver).
• Bausteine für Geodaten/Bildverarbeitung: DATA-011 (Geodatenanalyse), Fernerkundungsmodelle, Mobile-Mapping-Segmentierung, geteilt mit Anwendungsfällen zur Infrastrukturinspektion.
• Nachgelagert: OPT-027 (Optimierung des Bauzeitenplans), OPT-019 (Einsatzplanung im Außendienst), OPT-030 (RAN-Optimierung im gebauten Netz).
• Mehrspartenbetrieb: OPT-022 und OPT-023 für die gemeinsame Verlegung mit Strom- und Wärmenetzen.

Aufwand, Kosten & Kennzahlen

• Weg A: Wochen bis wenige Monate für Datenübernahme und Regelkonfiguration; Lizenz pro Nutzer oder pro erschlossenem Haushalt, plus Aufbereitung der GIS-Daten.
• Weg B/C: 6–12+ Monate für eine produktionsreife Entwurfsmaschine; die Bereinigung des Bestandsverzeichnisses dominiert die Kosten.
• Weg D: erhöht den Aufwand für Beschriftung und Modellvalidierung.
• Kennzahlen: Kosten je erschlossenem Haushalt, Grabenmeter je Haushalt, Anteil der Mitnutzung von Leerrohren/Masten, Entwurfs- durchlaufzeit je Gebiet, Abweichung zwischen geplanten und tatsächlichen Kosten/Längen, Nacharbeitsquote beim Bau, Planerstunden je 1.000 Haushalte.

Menschen & Veränderung

Planungs-, Bau- und Netzbetriebsteams müssen sich auf Regeln einigen, bevor die Automatisierung beginnt. Binden Sie die Geschäftsführung für Budget und Ausbaustrategie ein, die Leitung der Netzplanung als Prozessverantwortliche, die Verantwortlichen für GIS- und Bestandsdaten, die IT sowie die Rechtsabteilung für Genehmigungen und Lizenzbedingungen des Katasters. Lieferanten wie Tiefbauunternehmen und der Anbieter der Planungssoftware kommen hinzu, wenn Bauunterlagen und Datenaustauschformate festgelegt werden. Starten Sie mit einem Gebiet und lassen Sie Planer den automatischen Entwurf mit ihrem eigenen vergleichen; Planer genehmigen jeden Entwurf und können Trassen bearbeiten.

Betriebsrat: nein für das eigentliche Planungswerkzeug, solange es nur Geodaten und Kosten verarbeitet, da es Beschäftigte nicht überwacht. Er kann relevant werden, wenn Arbeitsprotokolle, Planerproduktivität oder die Ortung von Bautrupps erfasst werden (§ 87 Abs. 1 Nr. 6 BetrVG); informieren Sie den Betriebsrat dennoch rechtzeitig nach § 90 Abs. 1 Nr. 3, wo sich Arbeitsprozesse ändern. Öffentliche Stellen: Personalrat informieren.

Datenschutz: Gebäude- und Adressdaten können personenbezogene Daten sein; binden Sie die oder den Datenschutzbeauftragte(n) ein, schließen Sie mit Cloud- oder Bildanbietern einen AVV und achten Sie auf Gesichter oder Kfz-Kennzeichen in Mobile-Mapping-Bildern (Unkenntlichmachung). Eine DSFA ist wahrscheinlich nur bei Bildmaterial in großem Umfang nötig.

KI-Kompetenz: Unterstützen Sie Planer mit einer Schulung dazu, Ergebnisse des Solvers und seine Annahmen zu prüfen (GUIDE-006). Typische Sorge: Verlust von handwerklichem Fachwissen; stellen Sie das Werkzeug als Erzeuger eines ersten Entwurfs dar (GUIDE-008). Siehe GUIDE-009 für den Pilot und GUIDE-005 für den Datenschutz.

Risiken, Regulierung & Compliance

• KI-Verordnung (AI Act): in der Regel minimales Risiko. Der Netzentwurf selbst ist kein Anwendungsfall nach Anhang III; wenn jedoch KI-Komponenten als Sicherheitsbauteile bei Verwaltung oder Betrieb kritischer digitaler Infrastruktur oder der Versorgung mit Versorgungsleistungen wirken (Anhang III Nr. 2), kann sich die Einstufung ändern, prüfen Sie daher den betrieblichen Einsatzbereich. Reine Planungswerkzeuge liegen normalerweise außerhalb. Die KI-Kompetenz (Art. 4) gilt.
• DSGVO: Adress- und Gebäudedaten können Anwohner identifizieren; Bilder können Personen und Kfz-Kennzeichen erfassen, daher unkenntlich machen oder filtern, Speicherung minimieren und mit Datenanbietern einen Auftragsverarbeitungsvertrag führen.
• Branchenregeln: Gigabit-Infrastrukturakt (EU) 2024/1309, deutsches TKG und Nachfolgeregelungen des DigiNetzG zu Zugang zu Leerrohren und Informationspflichten, Sicherheitspflichten für kritische Infrastrukturen/NIS2 für Betreiber sowie Wegerechte und Genehmigungsverfahren [1].
• Risiken: falsche Bestandsdaten, die zu nicht baubaren Entwürfen führen, zu starkes Vertrauen in automatisch ermittelte Kosten bei Ausschreibungen, Abhängigkeit vom Anbieter durch proprietäre Entwurfsformate.
• Gegenmaßnahmen: Stichproben zur Überprüfung vor Ort, versionierte Regelwerke, Export in offenen Formaten, Freigabe durch Planer.

Erste Schritte

1. Wählen Sie ein Pilotgebiet (einige tausend Haushalte) mit einem bereits gebauten Referenzentwurf als Vergleichsmaßstab.
2. Prüfen Sie die Datenqualität: Adresspunkte, Kataster, Bestand an Leerrohren/Masten, Oberflächeninformationen.
3. Legen Sie Kostentabellen und Planungsregeln gemeinsam mit erfahrenen Planern fest.
4. Lassen Sie 2–3 Werkzeuge (Weg A) oder einen PostGIS/OR-Tools-Prototyp auf dem Pilotgebiet laufen und vergleichen Sie Kosten, Länge und Aufwand.
5. Speisen Sie Bestandsdaten aus dem Bau zurück, um Kosten und Regeln zu kalibrieren.

Quellen

1. Regulation (EU) 2024/1309 (Gigabit Infrastructure Act) — https://eur-lex.europa.eu/eli/reg/2024/1309/oj
2. Fraunhofer IPM — https://www.ipm.fraunhofer.de
3. IQGeo — Comsof Fiber — https://www.iqgeo.com/products/comsof-fiber
4. Google OR-Tools documentation — https://developers.google.com/optimization
5. pgRouting project — https://pgrouting.org
6. HiGHS solver — https://highs.dev
7. Regulation (EU) 2024/1689 (AI Act) — https://eur-lex.europa.eu/eli/reg/2024/1689/oj
8. Segment Anything 2 (Meta) — https://github.com/facebookresearch/sam2