Safe forests

Allgemeine Projektinformationen

Titel (deutsch)

Waldfonds-Projekt: Innovative Technologien zur Erhöhung der Arbeitssicherheit, Verbesserung der Ergonomie und Vermeidung von Gefahrensituationen bei der Holzernte

Titel (englisch)

Innovative methods to increase work safety,to improve ergonomics and to avoid dangerous situations in harvesting operations

Abstrakt (englisch)

In this project, 3 research targets with different approaches to increase work safety and improve ergonomics are implemented.
Target 1: Fully mechanized systems with auxiliary traction winches on steep slopes. Mental stress and its effects on the health of the machine operator and on the quality of work
Fully mechanized wood harvesting systems working in CTL process in steep slopes enable to reduce timber harvesting costs and hazardous manual work. Depending on work quality, reduction of damage to the stand and retention of nutrient-rich branch biomass in the stand appears possible.
Controlling machines in steep terrain is a major challenge, however, and leads to a high level of mental stress. Stress-related fatigue may lead to less concentration lower quality of work.
The aim of this study is to investigate how increasing slope inclination affects stress-related fatigue and worker's ability to concentrate and how this affects the quality of work. and under what conditions the quality of work required for higher climatic fitness of the forest can be achieved.

Target 2: Person recognition systems to increase safety in forest work
Most accidents occur when people are unexpectedly in the danger zone of hazardous work.
In this project, existing technologies are to be used or adapted accordingly in order to enable the detection of people in the immediate danger area, e.g. when trees are felled. In a first step, a solution is to be developed that enables the detection of persons equipped with technology suitable for this purpose within the danger area during felling. Future expansion stages should also include or recognize unknown persons (e.g. hikers).

Target 3: Improvement of ergonomics and occupational safety by the use of auxiliary rope winches in ground-based logging
24% of accidents while working in the forest are caused by tripping and falling (AUVA, accident statistics 2020). With high physical exertion, the perception of obstacles decreases and this increases the risk of accidents. In means of increasing rope diameter the required force to pull out the rope manually increases also. Skidding downhill, this effect is multiplied by the need to pull the rope uphill. With auxiliary winches built on the main winch, new methods can be used that are suitable for significantly reducing the workload when pulling out the rope. As part of the study, new methods will be developed and their effects on ergonomics and productivity will be examined.

Schlagwörter (deutsch)

Harvester, Forwarder, Steilhang, Traktionshilfswinde, Stress, Bestandesschäden, Unfallgefahr, Konzentration, Ermüdung, Pausengestaltung, Sensoren, Personenerkennung, Arbeitssicherheit, Ergonomie, Hilfsseilwinde

Projektleitung

Nikolaus Nemestóthy

Forschungseinrichtung

Bundesforschungs- und Ausbildungszentrum für Wald, Naturgefahren und Landschaft

Finanzierungspartner

Bundesministerium für Landwirtschaft, Regionen und Tourismus

Projektnummer

101678

Projektlaufzeit

-

Projektziele

Bei Optimierung der Holzbereitstellung wird vorrangig die Steigerung der Effizienz sowie die Minderung ihrer ökologischen Auswirkungen verfolgt. Dem Arbeitnehmer*Innenschutz wird aber meist geringere Beachtung beigemessen (Lindroos & Cavalli, 2016; Spinelli et al., 2015).
Die österreichischen Wälder befinden sich zum überwiegenden Teil (rund 80 %) in privatem Besitz und etwa 50 % des privaten Waldes wird als Kleinwald klassifiziert (Waldfläche < 200 Hektar) (BFW, 2016). Waldarbeiter von Forstbetrieben und Forstunternehmern sowie kleinbäuerliche Waldbesitzer leisten einen wesentlichen Beitrag zur Erfüllung der vier Leitfunktionen des Waldes, der Nutz-, Schutz-, Wohlfahrts- und Erholungsfunktion (Forstgesetz 1975, 2020). Bezüglich zeitlichen Aufwands für Aufforstungs-, Pflege- und Erntearbeiten sind Waldbesitzer mit zunehmender Auswirkung des Klimawandels mehr gefordert denn je.
Aufgrund der Steilheit des Geländes und der zumeist klein strukturierten Besitzverhältnisse ist eine Mechanisierung oder Automatisierung von forstlichen Arbeiten nur teilweise möglich. Daher erfolgt in Österreich bei knapp 80% des Gesamteinschlages von etwa 17 Mio. Efm pro Jahr (Holzeinschlagsmeldung, 2020) zumindest die Fällung mit der Motorsäge. Diese Tätigkeit ist sehr gefährlich und es kommt immer wieder zu schweren Unfällen und auch zu solchen mit Todesfolge. Im Jahr 2020 ereigneten sich in Österreich bei 17 Mio Fm Einschlag 1170 Forstunfälle, wobei 23 Waldarbeiter an den Unfallfolgen starben.
Der Klimawandel und die damit einhergehenden Extremwetterereignisse, wie etwa Starkregen, Windwürfe, Eisanhang, Schneebruch und Borkenkäferkalamitäten erhöhen das Risiko bei der Holzernte (Seidl et al., 2011; Stampfer, 2018). Die Unfallhäufigkeit bei diesen Arbeiten sehr hoch und die Unfallschwere eine höhere als bei der regulären Holzernte.
Im Rahmen dieser Forschungsarbeit wird versucht, unmittelbar bestehende bzw. durch extreme physische Beanspruchung bedingte Unfallgefahren bei verschiedenen Holzerntetechniken im Zuge mehrerer Teilprojekte unter Einsatz innovativer Technologien zu mindern oder gänzlich zu beseitigen.

Teilprojekt 1:
Trotz höchstmöglicher Mechanisierung des Seilgeräteeinsatzes im Baumverfahren bleibt die tragseilgebundene Holzernte durch die erforderliche motormanuelle Fällung gefährlich und insbesondere in der Durchforstung sehr teuer. In jüngerer Zeit ist das Baumverfahren auch wegen des mit der Entnahme des Astmaterials einhergehenden Nährstoffentzuges vermehrt in Kritik geraten. Abgesehen davon sehen sich Waldbesitzer aufgrund des, durch real stetig sinkenden Holzpreis, steigenden wirtschaftlichen Druckes oft gezwungen teure Durchforstungen zurückzustellen. Dadurch verschieben sich für die Bestandesstabilität dringend erforderliche Durchforstungen oder bleiben manchmal gänzlich aus. Durch die Einführung von Traktionsunterstützungswinden können kostengünstigere vollmechanisierte Erntesysteme im Seilgelände zur Aufarbeitung von Durchforstungsrückständen zum Einsatz kommen. Neben der Wirtschaftlichkeit haben diese Systeme den Vorteil, dass die Astbiomasse zu einem großen Teil im Bestand verbleiben kann und der Arbeitsplatz sich in einer geschützten Kabine befindet, wodurch die Unfallgefahr gemindert wird. Bei konzentrierter Arbeit können auch Bestandesschäden in geringem Ausmaß gehalten werden.

Im Rahmen dieser Arbeit soll überprüft werden, ob durch den Einsatz des vollmechanisierten Sortimentverfahrens mit seilunterstützten Erntemaschinen statt dem tragseilgestützten hochmechanisierten Baumverfahren nicht nur ökonomische Vorteile erzielt werden können, sondern auch positive Impulse bezüglich Verbesserung der Vitalität des Waldes durch Verbesserung des Wasserhaushaltes, der Nährstoffversorgung und der Biodiversität durch das Verbleiben des Schlagrücklasses im Bestand erzielbar sind.
Die Standfestigkeit und das Fahrverhalten der Maschine ist dabei die eine Seite – die andere jedoch ist der Faktor Mensch!
Eine sehr wichtige Frage ist daher in diesem Zusammenhang, ob und wieweit sich die, bei der Arbeit im Steilgelände, ständig geforderte Konzentration und Risikobereitschaft der Maschinist*Innen auf deren mentale und körperliche Gesundheit auswirken. Diesbezüglich ist geplant, die gesundheitsbezogene Lebensqualität in einer Ernstesaison longitudinal mitzuerheben.
Eine weitere offene Frage stellt die Auswirkung der stressbedingten Ermüdung und Konzentrationsabflachung auf die Schadenshäufigkeit mit fortschreitender Arbeitsdauer dar. Erkenntnisse aus dieser Untersuchung könnten in die Arbeitsgestaltung, Pausenregelung und die Gestaltung von Arbeitszeitmodellen Eingang finden.

Teilprojekt 2:
Das Teilprojekt 2 befasst sich mit den Möglichkeiten der Sensortechnologie zur Erkennung von Personen im Gefahrenbereich eines Holzernteeinsatzes. Das Ergebnis des Projekts soll ein unter den realen Bedingungen einsetzbarer Prototyp sein. Die wirtschaftliche Voraussetzung für die Entwicklung dieses Systems ist die Möglichkeit der Ausweitung des Systems auf andere Bereiche bzw. Branchen wie z.B. Hoch- oder Tiefbau. In einem ersten Schritt soll das System in der Forstwirtschaft, eingesetzt werden, da die dort vorherrschenden Bedingungen besonders schwierig sind und so die Funktionsweise optimal erprobt werden kann (Stampfer, 2019). In mehreren Testphasen unter Labor- und Feldbedingungen soll die Tauglichkeit und das Funktionsverhalten getestet, mögliche Fehlerquellen gefunden und ausgemerzt werden. In einer abschließenden Evaluierung sollen potenziell notwendige weitere Entwicklungsschritte aufgezeigt werden.

Teilprojekt 3:
Mit immer stärker werdenden Seilwinden erhöht sich der Kraftbedarf für das manuelle Ausziehen des Windenseiles. Bei der Rückung bergab verstärkt sich dieser Effekt durch die Notwendigkeit, das Seil bergauf auszuziehen. Die seit einigen Jahren verfügbaren, auf Seilwinden aufbaubaren Hilfswinden ermöglichen neue Verfahren, die geeignet sind, die Arbeitsbelastung beim Ausziehen des Seiles deutlich zu reduzieren. Im Rahmen der Studie werden neue Verfahren entwickelt und im direkten Vergleich zu herkömmlichen Verfahren ohne Hilfswinde auf ihre Wirkung bezüglich Ergonomie, Produktivität sowie Schäden am verbleibenden Bestand untersucht.
Konkret sollen neue Idealverfahren für den Einsatz der Hilfswinde mit verschiedenen Zielsetzungen (Arbeitserleichterung, Steigerung der Produktivität, Vermeidung von Rückeschäden, etc.) entwickelt werden. Für jedes dieser Verfahren sollen neben genauer Beschreibung des Verfahrens und konkreten Arbeitsanleitungen Zeitstudien durchgeführt und Produktivitätsmodelle entwickelt werden.
Begleitende Herzfrequenzmessungen sollen Aufschluss über ergonomische Effekte im Vergleich zur herkömmlichen Windenrückung liefern.

Praxisrelevanz

Die Motormanuelle Holzernte ist sehr gefährlich und es kommt immer wieder zu schweren Unfällen und auch zu solchen mit Todesfolge. Im Jahr 2020 wurden je 1 Mio. Efm Holzeinschlag 70 Unfälle verzeichnet, wovon einer tödlich endete. Im Jahr 2020 starben in Österreich, auf die gesamte Einschlagsmenge bezogen, 23 Waldarbeiter.
Die mit dem Klimawandel einhergehenden Extremwetterereignisse und Borkenkäferkalamitäten erhöhen das Risiko bei der Holzernte (Seidl et al., 2011; Stampfer, 2018).
31 % der Unfälle 2020 sind kausal mit Kontrollverlust über Werkzeug oder Maschine, 28% mit dem Brechen oder Fallen des Baumes und 24 % mit Sturz und Fall der Person zu erklären. 17% der Forstunfälle sind sonstigen Ursachen zuzuordnen.

Durch den Einsatz hoch- und vollmechanisierter Holzerntesysteme (Harvester und Forwarder sowie Mastseilgeräte mit Prozessor) kann das Gefahrenpotential durch Reduktion der manuellen Arbeit in Bezug auf alle wichtigen Unfallursachen ganz bzw. deutlich reduziert werden.
Wegen der hohen Unfallgefahr bei der motormanuellen Manipulation des Holzes im steilen Gelände sowie auf Grund ökonomischer und ergonomischer Überlegungen hat sich das Baumverfahren mit Kombiseilgeräten (Mastseilgerät mit integrierter Aufarbeitungseinheit) durchgesetzt, welches aber in jüngerer Zeit wegen der Entnahme des Astmaterials und damit verbundenen Nährstoffentzuges vermehrt in Kritik geraten ist, zumal gerade in steilen Lagen eine besondere Häufung empfindlicher Böden mit geringer Mächtigkeit und damit schlechter Wasser- und Nährstoffversorgung gegeben ist.
Traktionswindenunterstütze Harvester und Forwarder werden zunehmend auch in Lagen eingesetzt, die bisher tragseilgebundener Bringung vorbehalten waren.
Untersuchungen zu Bestandesschäden haben gezeigt, dass Tragseilgebundene Arbeitssysteme mit bis zu 44 % verletzter Bäume zu den Arbeitssystemen mit dem höchsten Schadpotential zu zählen sind. Harvesterarbeit in steilen Hängen führt in der Regel ebenfalls zu etwas höherem Schadensausmaß als im einfachen Gelände, bleibt aber lt. Literatur mit bis 20 % deutlich unter den Werten anderer Arbeitssysteme.
In Europa gilt als Voraussetzung für den Einsatz der Maschinen mit Traktionsunterstützung, dass die unterstützte Maschine unter den aktuellen Einsatzbedingungen, bei einem Versagen des Unterstützungssystems auch ohne deren Hilfe noch sicher zum Stillstand gebracht werden kann. Bei Einhaltung dieser Vorgabe können bei sehr guten Bodenverhältnissen Hänge bis 80% Neigung befahren.
Eine sehr wichtige Frage ist in diesem Zusammenhang, ob und wieweit sich die bei der Arbeit im Steilgelände ständig geforderte Konzentration und Risikobereitschaft der Maschinist*Innen auf deren mentale und körperliche Gesundheit auswirkt.
Von Interesse ist neben ergonomischen und ökonomischen Effekten ob durch den Erntesystemwechsel positive Impulse bezüglich Verbesserung der Vitalität des Waldes durch Reduktion der Bestandesschäden sowie durch Verbesserung des Wasserhaushaltes, der Nährstoffversorgung und der Biodiversität durch das Verbleiben des Schlagrücklasses im Bestand erzielbar sind (klimafittere Wälder).
Bislang nicht untersucht ist auch die Frage, über welchen Zeitraum ein Maschinenfahrer unter den extremen Bedingungen am Steilhang die notwendige Konzentrationsfähigkeit aufbringen kann, um eine pflegliche Bearbeitung des Bestandes zu gewährleisten.

Fast jeder zweite Unfall ist kausal mit fallenden Bäumen oder Baumteilen in Verbindung zu bringen. Laut Stampfer (2018) resultieren 8 von 10 Unfälle aus der Nichtbeachtung des Gefahrenbereichs. Besonders bei der Zusammenarbeit von zwei Waldarbeitern werden oft Gefahrenbereiche von der 2. Person nicht beachtet oder es betreten Dritte, ohne vom Waldarbeiter bemerkt zu werden, den Gefahrenbereich. Die rasante Entwicklung im Bereich der Sensorik bietet eine effiziente Möglichkeit den Gefahrenbereich während der Durchführung gefährlicher Arbeiten, laufend zu überwachen und den ausführenden Arbeiter rechtzeitig zu warnen und damit vielen Unfällen vorzubeugen.

24 % der Unfälle erfolgen durch Sturz und Fall, wobei sich die Gefahr zu Sturz zu kommen mit höherer physischer Belastung einer Person erhöht.
Das Ausziehen des Windenseiles ist schwere Arbeit und führt daher zu hoher Beanspruchung der Personen. Durch funkgesteuerte Hilfswinden kann die Rückung im Bodenzug (38% Anteil) revolutioniert werden. Manuell ausgezogen wird nur das dünne Kunststoffseil der Hilfswinde mit der das Ausziehen des schweren Zugseiles erfolgt. Bei größerem Holzanfall kann das einmal ausgezogene Hilfsseil für das mehrmalige Ausziehen des Zugseiles verwendet werden. Durch diese Zusatzausrüstung kann der Einsatzbereich herkömmlicher Seilwinden bei gleichzeitig ergonomisch günstigeren Verfahren deutlich ausgeweitet werden.