In der Praxis geht einem Eingriff im Bereich Heizung, Lüftung, Sanitär und Elektrik (HLSE) in der Regel eine zuverlässige Bestandsaufnahme der vorhandenen Anlagen voraus.
Was eine zuverlässige Bestandsaufnahme von einem 3D-Modell unterscheidet
Ein Eigentümer oder Facility-Manager, der eine Renovierung planen oder Wartungsarbeiten organisieren muss, stößt häufig auf dasselbe Hindernis: Es fehlen Pläne, oder diese spiegeln den tatsächlichen Zustand des Gebäudes nicht mehr wider.
Eine 3D-Bestandsaufnahme löst dieses Problem nur dann, wenn sie verwertbare Daten liefert – und nicht lediglich ein beeindruckendes Bild, das man auf dem Bildschirm drehen kann. Eine unstrukturierte Punktwolke zeigt zwar die Geometrie und Position der sichtbaren Elemente, sagt jedoch nichts über deren Funktionszustand aus und gibt auch keinen Aufschluss darüber, was sich hinter einer Trennwand oder einer abgehängten Decke verbirgt. Es ist diese Anforderung an die Zuverlässigkeit – mehr noch als die visuelle Darstellung –, die einen für den Betrieb nützlichen digitalen Zwilling des Gebäudes ausmacht.
Punktwolke, BIM-Modell und digitaler Zwilling sind nicht dasselbe
Die Punktwolke ist das Rohdaten-Ergebnis eines Laserscanners – eine originalgetreue, aber nicht interpretierte Momentaufnahme des Gebäudes zu einem bestimmten Zeitpunkt. Sie erfasst Millionen von Punkten in einem gerätespezifischen lokalen Koordinatensystem, das bei der Verarbeitung anschließend in ein georeferenziertes Koordinatensystem übertragen wird, sofern das Projekt dies erfordert.
Drei Formate kommen am häufigsten vor. E57 ist ein standardisiertes, offenes Format (ASTM E2807), das herstellerunabhängig ist. RCP ist spezifisch für die Software Autodesk ReCap. LAS ist der von der ASPRS (American Society for Photogrammetry and Remote Sensing) veröffentlichte Austauschstandard, der vor allem für luftgestützte Lidar- und Geodaten verbreitet ist.
Das BIM-Modell (Building Information Modeling) geht noch einen Schritt weiter. Es wandelt diese Punktwolke in modellierte Objekte (Wände, Leitungskanäle, Anlagen) um, und zwar entsprechend einer Stufe, die durch den LOD (Level of Development) der BIMForum LOD Specification, einem nordamerikanischen Referenzrahmen, definiert wird. Die Normenreihe SN EN ISO 19650 orientiert sich hingegen am erforderlichen Informationsgrad. Ein Objekt mit LOD 200 verfügt lediglich über eine ungefähre Geometrie; je nach Projekt können ihm jedoch nicht-grafische Informationen zugeordnet werden. Bei LOD 300 ist seine Geometrie direkt im Modell messbar.
Für den Gebäudebetrieb unterscheidet sich der digitale Zwilling von den beiden erstgenannten durch ein zusätzliches Kriterium: seine dauerhaft aufrechterhaltene Verbindung zu Betriebsdaten des Gebäudes, Wartungsplänen, dem computergestützten Instandhaltungsmanagement (GMAO) oder der technischen Überwachung. Ein statisches Modell, so detailliert es auch sein mag, ist kein digitaler Zwilling, wenn es nie aktualisiert wird.
Die folgende Tabelle fasst diese drei Objekte zusammen. Das BIM-Modell wird meist im RVT-Format (natives Format der Revit-Software) oder im IFC-Format (Industry Foundation Classes, offenes, unter der Norm ISO 16739-1 standardisiertes Austauschformat) exportiert, während der digitale Zwilling auf eben diesem IFC basiert, der mit einem technischen Managementsystem verknüpft ist.
| Art des Objekts | Typische Formate | Hauptverwendungszweck | Aktualisierungshäufigkeit |
|---|---|---|---|
| Punktwolke | E57, RCP, LAS | Rohdaten als Referenz für die Modellierung oder punktuelle Überprüfung | Keine, Momentaufnahme zum Zeitpunkt der Erfassung |
| BIM-Modell | RVT, IFC, LOD 200 bis 350 | Projektkoordination (Planung, Sanierung, Ausführung) | Punktuell, bezogen auf ein definiertes Projekt |
| Digitaler Zwilling | IFC oder an ein Gebäudemanagementsystem gekoppeltes Modell | Laufender Betrieb und kontinuierliche Anlagenverwaltung | Wiederkehrend, durch einen Verwaltungsprozess definiert |
Diese Unterscheidung ist nicht rein kosmetischer Natur. Sie bestimmt das Budget, das Lieferformat und vor allem die nachfolgende Frage, nämlich wann jede Ebene relevant wird.
Zu welchem Zeitpunkt im Lebenszyklus des Gebäudes entsteht der Bedarf?
Vier Situationen treten in der Praxis regelmäßig auf. Das Fehlen zuverlässiger Pläne vor einem Sanierungsprojekt kommt häufig vor, insbesondere bei Altbauten, deren technische Unterlagen im Zuge aufeinanderfolgender Sanierungen verloren gegangen sind.
Ein Wechsel der Verwaltung oder eine Übernahme führt häufig dazu, dass ein Gebäude ohne vollständige technische Unterlagen übernommen wird. Eine Anpassung an die CVSE-Vorschriften (Heizung, Lüftung, Sanitär, Elektrik) setzt in der Praxis voraus, dass vor Beginn der Arbeiten eine zuverlässige Bestandsaufnahme der vorhandenen Anlagen vorliegt. Ein Bestandsaudit vor der Investitionsentscheidung rundet die Liste ab.
Diese vier Fälle haben eines gemeinsam: eine punktuelle Nutzung, die auf ein einzelnes Projekt beschränkt ist. Der digitale Zwilling folgt einer anderen Logik – einem kontinuierlichen Bedarf, der über mehrere Jahre hinweg beständig ist, um Entscheidungen im Bereich der Immobilienverwaltung zu unterstützen.
Von der Laservermessung zum strukturierten Modell
Die Erfassung und Vorverarbeitung folgen einem gemeinsamen Grundgerüst, unabhängig vom angestrebten Ergebnis. Ein Laserscanner erfasst das Gebäude aus mehreren festen Positionen, sogenannten Setups, wobei jedes Setup eine lokale Punktwolke erzeugt.
Diese Punktwolken werden anschließend miteinander abgeglichen, von Messartefakten (Reflexionen, temporäres Mobiliar, sich bewegende Personen) bereinigt und zu einer einzigen Punktwolke zusammengefügt. Dieser Schritt ist ausschlaggebend für den gesamten weiteren Verlauf; eine fehlerhafte Ausrichtung wirkt sich auf jedes anschließend modellierte Objekt aus. Die Abtastdichte, die Georeferenzierung und die durchgeführten Prüfungen variieren hingegen je nachdem, ob eine Archivpunktwolke, 2D-Pläne oder ein detailliertes BIM-Modell erstellt werden soll.
Die Modellierung als BIM-Objekte erfolgt erst danach, je nach dem erwarteten Ergebnis und den Gepflogenheiten des empfangenden Planungsbüros in Revit oder Archicad. Die daraus resultierende Modellierungstoleranz – also die Abweichung zwischen der modellierten Geometrie und der Quellpunktwolke – hängt von der Dichte der Hindernisse und der geometrischen Komplexität des gescannten Raums ab.
Ein mit Leitungskanälen überfüllter Technikflur erfordert mehr Aufstellungen als eine freie Fassade, was sich direkt auf die Dauer und die Kosten der Vermessung auswirkt.
Die Ergebnisse, die einen digitalen Zwilling nutzbar machen
Die Wahl des Formats ist keine willkürliche technische Präferenz. Sie ergibt sich aus dem Endzweck, sei es die Instandhaltung von CVSE, das Raummanagement oder die Bauplanung. Drei Ergebnisse ermöglichen es, diesen Anforderungen in einem Lastenheft für das Facility-Management gerecht zu werden.
- Punktwolke im E57-Format zur Archivierung oder späteren Überprüfung ohne Abhängigkeit von proprietärer Software.
- IFC-Modell mit einem je nach angestrebtem Verwendungszweck elementweise definierten LOD, häufig LOD 200 für ein lediglich lokalisiertes Objekt und LOD 300 für eine Anlage, deren Geometrie im Modell messbar sein muss.
- DWG-Pläne (proprietäres natives Format der Software AutoCAD, herausgegeben von Autodesk) des Bestandszustands, nützlich für die schnelle Koordination mit einem Ingenieurbüro oder einem Generalunternehmer.
Eine Verwaltungsgesellschaft, die einen Gebäudebestand verwaltet, benötigt nicht dieselben Unterlagen wie ein Architekt, der an einem punktuellen Umbauprojekt arbeitet. Das Format richtet sich nach der zu treffenden Entscheidung, nicht umgekehrt.
Der Umfang und der LOD, nicht die Komplexität des Modells
Der abgedeckte Umfang, der gewählte LOD und die Aktualisierungshäufigkeit bestimmen den Wert eines digitalen Zwillings; alle drei richten sich nach konkreten Entscheidungen hinsichtlich Instandhaltung, Sanierung oder Immobilienverwaltung.
Der häufigste Einwand betrifft die Kosten. Die Modellierung eines gesamten Gebäudes mit hohem LOD und die anschließende langfristige Pflege dieses Modells stellen eine Investition dar, deren Kosten den tatsächlichen Nutzen schnell übersteigen.
Die Modellierung von sekundären Technikräumen mit einem LOD von 350 ohne geplante Instandhaltungsmaßnahmen veranschaulicht dieses Risiko der Überdimensionierung. Die Details sind zwar vorhanden, werden aber niemals von jemandem eingesehen. Ein auf die Bereiche beschränkter Umfang, die tatsächlich von einer Verwaltungsentscheidung gesteuert werden, ist kostengünstiger in der Erstellung und vor allem kostengünstiger in der Pflege.
Was eine Aktualisierung des Modells auslöst
Drei Ereignisse rechtfertigen eine Aktualisierung des Modells. Bauarbeiten, die die Geometrie des Gebäudes verändern, sind der offensichtlichste Grund dafür.
Auch eine Änderung der HLK-Anlagen wirkt sich auf das Modell aus – zwar weniger sichtbar, aber für ein Betriebsmanagement-Tool ebenso grundlegend. Eine festgestellte Abweichung zwischen dem Modell und dem tatsächlichen Zustand, die häufig bei Wartungsarbeiten entdeckt wird, signalisiert ihrerseits, dass das Modell den Anschluss an das Gebäude verloren hat – in der Regel nach nicht dokumentierten Bauarbeiten.
Die punktuelle Aktualisierung, die nach Bauarbeiten ausgelöst wird, unterscheidet sich von einem wiederkehrenden Prozess. Ein „lebender“ digitaler Zwilling folgt einer Frequenz, die sich nach den Anforderungen des Gebäudemanagements richtet, nicht nach einer standardmäßig festgelegten Periodizität.
Qualitätskontrolle und Abnahmekriterien vor der Übergabe
Eine 3D-Vermessung wird wie jede andere technische Dienstleistung auf der Grundlage überprüfbarer Kriterien und nicht aufgrund eines visuellen Eindrucks abgenommen. Die Prüfung bezieht sich zunächst auf die Zusammenstellung der Punktwolke; die verbleibende Abweichung zwischen den Setups nach der Neukalibrierung muss mit der vorgesehenen Verwendung des Modells vereinbar bleiben.
Anschließend wird das Modell selbst geprüft; jedes Objekt muss hinsichtlich seiner Geometrie dem vertraglich vereinbarten LOD entsprechen und hinsichtlich der zugehörigen Daten dem vertraglich vereinbarten Informationsgrad (Level of Information Need, im Sinne der Normenreihe EN ISO 19650, der sich in IFC-Eigenschaftssätze übersetzen lässt). Ein Qualitätsprüfbericht, der bei der Lieferung übergeben wird, dokumentiert diese Überprüfungen und kann als Grundlage für das vertraglich vorgesehene Abnahmeprotokoll dienen, das von den Parteien unterzeichnet wird.
Dieses Dokument ist für beide Parteien verbindlich. Es legt den Referenzwert fest, mit dem das Gebäude verglichen werden muss, falls später vor Ort Abweichungen festgestellt werden.
Datenverwaltung, Zugriffsrechte und Integration in Betriebswerkzeuge
Ein digitaler Zwilling eines Gebäudes, für den kein Verantwortlicher benannt ist, verfällt schnell. Die Datenverwaltung beginnt mit einer einfachen Frage: Wer ist berechtigt, das Modell zu ändern, und wer darf es lediglich einsehen?
In einer Bauleitung verfügt das technische Team in der Regel über Schreibzugriff, um Änderungen nach Abschluss der Arbeiten zu integrieren, während externe Dienstleister (Ingenieurbüros, Generalunternehmer) einen Lesezugriff erhalten, der auf den Umfang ihres Einsatzes beschränkt ist. Diese Aufteilung verhindert parallele Versionen desselben Modells.
Die Anbindung des digitalen Zwillings an Betriebswerkzeuge wie CMMS, technische Überwachungssysteme oder Raumbewirtschaftungssoftware lässt sich nicht einfach zum Zeitpunkt der Übergabe festlegen. Sie wird im Vorfeld vorbereitet, indem ein Austauschformat (meistens IFC) und eine mit der Zielsoftware kompatible Kennzeichnungsstruktur ausgewählt werden.
Wo sollten Sie ansetzen, bevor Sie mit einer Bestandserfassung beginnen?
Ein digitaler Zwilling eines Gebäudes wird vor der ersten Einrichtung vor Ort vorbereitet, nicht erst nach der Übergabe des Modells.
Wenn im Vorfeld festgelegt wird, wer das Modell entgegennimmt, nach welchen Prüfkriterien dies geschieht und wer für dessen langfristige Aktualisierung sorgt, lässt sich eine 3D-Bestandserfassung genau auf ihren künftigen Verwendungszweck abstimmen.