Eine denkmalgeschützte Fassade, ein historischer Dachstuhl oder ein Denkmal, dessen Restaurierung ohne zuverlässige Bestandsaufnahme in Angriff genommen wird, birgt die Gefahr, dass im Projektverlauf erneute Vermessungen erforderlich werden und Entscheidungen auf unzureichender Informationsgrundlage getroffen werden. Die 3D-Digitalisierung des baulichen Kulturerbes löst dieses Problem durch einen messbaren Referenzzustand, der vor jedem Eingriff erstellt und zwischen den Projektbeteiligten ausgetauscht werden kann.
Was eine 3D-Vermessung tatsächlich erfasst
Drei Begriffe werden oft verwechselt und sollten vor der Beauftragung einer Vermessung klar voneinander abgegrenzt werden. Die Genauigkeit beschreibt die Wiederholbarkeit der Messungen, also die Abweichung zwischen mehreren Messungen desselben Punktes, die unter denselben Bedingungen durchgeführt wurden. Die Genauigkeit hingegen bezeichnet die Abweichung zwischen der gemessenen Position und der tatsächlichen Geometrie des Bauwerks, die durch den Vergleich mit einem unabhängigen Kontrollreferenzsystem, topografischen Punkten oder Referenzmarken bewertet wird.
Für einen statischen Laserscanner vom Typ RTC 360 gibt der Hersteller eine Genauigkeit der 3D-Punkte von 1,9 mm bei 10 m und 2,9 mm bei 20 m an, verbunden mit einer Entfernungsgenauigkeit von 1,0 mm + 10 ppm. Dieser Wert verschlechtert sich mit zunehmender Entfernung zur Messstation und mit dem Einfallswinkel des Strahls auf die Zielfläche.
Die Punktwolke ist die Gesamtheit der vom Laserscanner erfassten XYZ-Koordinaten, wobei jeder Punkt eine gemessene Position auf der Oberfläche des erfassten Objekts darstellt.
Der Detaillierungsgrad, oft als LOD (Level of Development) bezeichnet, folgt einer ursprünglich aus den USA stammenden Skala (BIMForum), die von einem Teil der Planungsbüros verwendet wird und sich vom Informationsbedarfsgrad der in der Schweiz geltenden Norm SN EN ISO 7817-1 unterscheidet. Er beschreibt den Fertigstellungsgrad eines modellierten Elements und dessen Informationsgehalt, von LOD 200 für ungefähre Volumen bis hin zu LOD 350 für Details der Verbindungen zwischen Elementen, ersetzt jedoch nicht die Anforderung an die geometrische Genauigkeit, die separat festgelegt wird.
Die Vollständigkeit schließlich bezieht sich auf die Bereiche des Bauwerks, die tatsächlich von der Bestandsaufnahme erfasst werden, unabhängig von ihrer Genauigkeit oder ihrem Modellierungsgrad.
Eine denkmalgeschützte Fassade veranschaulicht diese Unterscheidung. Ihre Zierleisten und Gesimse erfordern möglicherweise eine hohe Genauigkeit, um das exakte Profil der Ornamente wiederzugeben, während ein vom öffentlichen Raum aus nicht sichtbares Dach bei einem niedrigen LOD-Niveau verbleiben kann. Wer diese drei Aspekte verwechselt, dokumentiert entweder ein sensibles Element unzureichend oder zahlt für einen Detaillierungsgrad, der keinen Nutzen hat.
Zu welchem Zeitpunkt des Projekts entsteht der Bedarf an einer Bestandsaufnahme?
Der Bedarf entsteht meist vor einer Restaurierungsstudie, wenn die genaue Geometrie des Bauwerks und seine sichtbaren Verformungen noch unzureichend bekannt sind. Die Vermessung dokumentiert diese geometrischen Verformungen; sie ersetzt jedoch nicht die Inspektionen oder Materialanalysen, die für eine vollständige Zustandsdiagnose erforderlich sind.
Er entsteht auch vor der Einreichung eines Bauantrags, wenn die verfügbaren Pläne für die beantragten Unterlagen nicht mehr ausreichen, wobei die Anforderungen an die Dokumentation je nach Kanton und Gemeinde variieren.
Bei Infrastrukturen löst eine Brücke, ein Ingenieurbauwerk oder ein veraltetes technisches Netz denselben Bedarf vor einer umfangreichen Instandhaltungsmaßnahme aus. Private Eigentümer, Denkmalschutzarchitekten, Bauingenieure, Kommunen und Infrastrukturbetreiber stehen vor derselben Fragestellung, wobei die Anforderungen je nach Endzweck der Ergebnisse unterschiedlich hoch sind.
Entscheidend für die Eignung der Methode ist niemals das Bauwerk selbst, sondern die vorherige Rahmenlegung. Die Festlegung der angestrebten Verwendungszwecke, der erforderlichen Genauigkeit und der zu erfassenden Bereiche vor Beginn der Vermessung bestimmt unmittelbar deren Kosten und Wert.
Wie läuft die Vermessung vor Ort ab?
Die Laservermessung erfolgt entweder mit einem stationären Scanner, der an aufeinanderfolgenden Stationen rund um und innerhalb des Bauwerks positioniert wird, oder mit einem mobilen Scanner, wenn die Gegebenheiten vor Ort eine kontinuierliche Bewegung erfordern. Jede Station erfasst mittels Laserscan eine Punktwolke. Diese Punktwolken werden anschließend registriert und miteinander verschmolzen, um das gesamte vermessene Volumen zu rekonstruieren.
Die Registrierung stützt sich auf Zielmarken, die mehreren Stationen gemeinsam sind, oder auf die automatische Erkennung sich überlappender Flächen. Eine Georeferenzierung vervollständigt den Vorgang, indem die Punktwolke einem Kataster- oder lokalen Koordinatensystem zugeordnet wird, wodurch die Vermessungsdaten auf bestehende Pläne oder spätere Messkampagnen überlagert werden können.
Alte Gebäude stellen besondere Anforderungen, die die Anzahl und die Position der Messstationen beeinflussen. Eingeschränkter Zugang, das Vorhandensein von Gerüsten oder empfindliche Bauteile erfordern oft eine Erhöhung der Anzahl der Messungen, um alle Flächen ohne Risiko für das Bauwerk abzudecken.
Einrichtungsgegenstände, Vegetation oder die Gerüste selbst verursachen Sichtbehinderungen, d. h. Bereiche, die von keinem Scan erfasst werden. In diesem Fall muss entweder eine zusätzliche Messstation hinzugefügt oder die Lücke im Endergebnis vermerkt werden.
Bestimmte Oberflächen stellen den Laserscanner vor technische Herausforderungen. Glas, stark reflektierende Oberflächen oder mattschwarze Materialien reflektieren das Signal nur unzureichend und verursachen in diesen Bereichen überdurchschnittlich hohe Messrauschen. Eine Qualitätskontrolle vor Ort durch den Vergleich der Überlappungen zwischen benachbarten Messstationen ermöglicht es, diese Fehler bereits vor Verlassen der Baustelle zu erkennen, anstatt erst bei der Nachbearbeitung.
Die nach der Verarbeitung verwertbaren Ergebnisse
Die Aufbereitung der Vermessungsdaten liefert mehrere Ergebnisse, die jeweils einen eigenen Verwendungszweck haben. Die rohe Punktwolke wird im E57-Format geliefert, einem offenen und zwischen verschiedenen Softwareprogrammen interoperablen Austauschformat, oder im RCP-Format, einem indexierten Punktwolkenprojekt, das spezifisch für das Autodesk-Ökosystem entwickelt und für Revit oder ReCap optimiert wurde.
Aus dieser Punktwolke werden 2D-Grundrisse, Schnitte, Fassadenansichten und Höhenpläne im DWG-Format extrahiert, um sie mit den Ingenieurbüros abzustimmen. Das parametrische BIM-Modell wird hingegen je nach dem vom Planungsteam gewählten Werkzeug in Revit oder Archicad erstellt.
Der LOD des BIM-Modells richtet sich nach dem Endzweck. Für eine Machbarkeitsstudie reicht oft ein LOD 200 aus, während die Bauausführung oder die Koordination mit dem HLK- und Elektroplanungsbüro (Heizung, Lüftung, Sanitär, Elektrik) einen LOD von 300 bis 350 erfordert. Eine reine DWG-Datei bietet nicht dieselben Anwendungsmöglichkeiten wie ein parametrisches BIM-Modell, das in der Lage ist, jedem Element zugehörige Daten zu enthalten.
Genauigkeit, Detaillierungsgrad und Vollständigkeit – wie lassen sich diese auf das Projekt abstimmen?
Ein Bauherr oder ein Denkmalarchitekt tut gut daran, vor der Einholung eines Kostenvoranschlags drei Punkte zu präzisieren: die erwartete Genauigkeit, den angestrebten LOD und die tatsächlich vom Projekt betroffenen Bereiche.
Die Forderung nach einem LOD 350 für das gesamte Gebäude, obwohl nur ein Flügel von den Arbeiten betroffen ist, verdeutlicht eine häufig auftretende Überdimensionierung. Die Mehrkosten für die Modellierung betreffen dann Bereiche, die für keine Projektentscheidung herangezogen werden.
| Verwendungszweck des Projekts | Gängige Festlegungskriterien |
|---|---|
| Machbarkeitsstudie, Bestandsaufnahme | LOD 200 |
| Vorentwurf | LOD 200 bis 300 |
| Bauausführung, technische Koordination | LOD 300 bis 350 |
| Reverse Engineering von ornamentalen oder denkmalgeschützten Elementen | LOD 350 und höher |
Diese Zuordnung dient der Einordnung von Dienstleistern in der Praxis und stellt keine Schweizer Norm dar. Sie ist lediglich als Richtwert zu verstehen und wird je nach Komplexität des Bauwerks von Fall zu Fall erörtert. Bei einem ornamentalen oder denkmalgeschützten Element garantiert der LOD allein nicht die angestrebte geometrische Genauigkeit; er muss mit einer ausdrücklichen Anforderung an die Maßgenauigkeit einhergehen, die separat mit dem Dienstleister festgelegt wird.
Die Frage der Kosten im Vergleich zur herkömmlichen Vermessung
Die 3D-Vermessung erfordert einen höheren Bearbeitungsaufwand als eine herkömmliche Aufmaßvermessung. Die Punktwolke muss bereinigt, registriert und anschließend bis zum geforderten LOD modelliert werden. Auch eine manuelle Vermessung erfordert eine Kontrolle vor Ort, eine Aufbereitung und eine Zeichnung, beinhaltet jedoch weder eine Registrierung zwischen Scan-Stationen noch eine parametrische BIM-Modellierung.
Dieser Kostenunterschied macht die Methode nicht per se überlegen. Ihre Eignung hängt vom Verhältnis zwischen den geforderten Leistungen und den tatsächlichen Anforderungen des Projekts ab, nicht von einem allgemeinen Vorteil gegenüber der herkömmlichen Vermessung.
Eine manuelle Vermessung reicht nach wie vor für einen einfachen, zu renovierenden Raum aus, der keine komplexe Geometrie aufweist und keine Koordinationsprobleme mit sich bringt. Der Scan wird dann relevant, sobald die Geometrie komplexer wird oder mehrere Gewerke auf derselben Vermessungsgrundlage arbeiten müssen, ohne dass sich die Anzahl der Besuche vor Ort vervielfacht.
Validierung und langfristige Aufbewahrung der Ergebnisse
Die Abnahme der Ergebnisse setzt eine Überprüfung der Übereinstimmung mit dem Lastenheft voraus, wobei die Genauigkeit anhand unabhängiger Kontrollpunkte gemessen wird, der LOD für jedes Element erreicht sein muss und alle Bereiche abgedeckt sein müssen. Diese Validierung erfolgt vor Abschluss des Auftrags und nicht erst nach einer späteren Nutzung, bei der etwaige Mängel zutage treten würden.
Die rohe Punktwolke wird im E57-Format gespeichert, einem offenen Format, das nicht an einen bestimmten Softwarehersteller gebunden ist, wodurch ihre Lesbarkeit über die Lebensdauer einer bestimmten kommerziellen Software hinaus gewährleistet ist. Bei einem denkmalgeschützten Bauwerk stellt diese Archivierung eine Dokumentation des Zustands des Gebäudes zu einem bestimmten Zeitpunkt dar, die im Schadensfall, bei einer zukünftigen Restaurierungskampagne oder bei einem Wechsel des Planungsbüros wiederverwendet werden kann.
Unvorhergesehene Ereignisse reduzieren und die Koordination zwischen den Beteiligten erleichtern
Die Punktwolke und das BIM-Modell werden zwischen dem Denkmalschutzarchitekten, dem Statiker, dem HLK-Büro und dem Generalunternehmer ausgetauscht. Jeder Beteiligte importiert dasselbe Modell in seine eigene Berechnungs- oder Zeichensoftware, wodurch sich durch Überlagerung Konflikte zwischen einem geplanten technischen Netz und einer bestehenden Struktur bereits vor Baubeginn erkennen lassen.
Diese gemeinsame Nutzung reduziert die Anzahl zusätzlicher Vermessungsbesuche an einem oft schwer zugänglichen Bauwerk. Der Umfang des Gewinns variiert je nach Anzahl der beteiligten Gewerke und der Komplexität des Gebäudes.
Was Sie vor Beginn einer Bestandsaufnahme beachten sollten
Die 3D-Digitalisierung des baulichen Erbes dient als Entscheidungs- und Erhaltungsinstrument und nicht lediglich der Erstellung von Bildern.
Die Aufbewahrung der Punktwolke und des Modells nach Abschluss der Bauarbeiten ermöglicht es, bei späteren Eingriffen am Bauwerk auf dasselbe Referenzsystem zurückzugreifen, ohne dass eine neue vollständige Vermessungskampagne erforderlich ist.