Ein nützliches Modell beginnt bereits vor dem Scanvorgang
Bei der Sanierung von Büroflächen stimmen die Ausführungspläne mitunter nicht mehr mit den tatsächlich vorhandenen Trennwänden und Versorgungsschächten überein. „Scan to BIM“ schließt diese Lücke. Es liefert eine geprüfte Grundlage für die Modellierung anstelle veralteter Pläne. Eine dichte Punktwolke allein hätte ohne im Vorfeld festgelegte Verwendungszwecke nichts bewirkt.
Was „Scan to BIM“ umfasst
„Scan to BIM“ bezeichnet einen vierstufigen technischen Prozess: die Erfassung einer Punktwolke (eine Vielzahl von Millionen Koordinaten, die mit einem Laserscanner gemessen wurden), deren Aufbereitung, die eigentliche BIM-Modellierung sowie die Qualitätskontrolle des resultierenden Modells.
Jeder Schritt liefert ein Zwischenergebnis. Die Punktwolke dient als geometrische Rohdatenbasis. Die Modellierung wandelt diese Daten in nach Gewerken klassifizierte BIM-Objekte um (Wände, Leitungskanäle, Tragwerk). Der für jedes Objekt erwartete Detaillierungsgrad, zusammengefasst durch einen LOD-Index, bestimmt den Zeitaufwand für die Modellierung und die möglichen Verwendungszwecke des Modells.
Die Wahl des LOD, der Toleranz und des Koordinatensystems bestimmt die Kosten und Fristen des Projekts, lange bevor die Frage nach der vor Ort eingesetzten Vermessungsausrüstung überhaupt aufkommt.
In welchen Projekten macht die Bestandserfassung den Unterschied
„Scan-to-BIM“ bietet den größten Mehrwert in Projekten, bei denen die Bestandsgegebenheiten des Gebäudes in den Plänen nicht mehr zuverlässig wiedergegeben sind. Eine Bürorenovierung, eine Nutzungsänderung oder ein Anbau an einem Altbau bringen fast immer Abweichungen zwischen den ursprünglichen Plänen und dem tatsächlichen Zustand der Räumlichkeiten mit sich.
Denkmalgeschützte oder unter Denkmalschutz stehende Gebäude stellen ein weiteres natürliches Anwendungsgebiet für diese Methode dar. Ein Glockenturm, eine verzierte Fassade oder ein historisches Dachgebälk eignen sich nur schlecht für eine manuelle Vermessung. Ihre unregelmäßige Geometrie lässt sich anhand einer Punktwolke genauer dokumentieren als durch punktuelle Messungen mit einem Lasermesser.
Auch das technische Gebäudemanagement und die Instandhaltung stützen sich auf ein aus der Vermessung erstelltes Modell, insbesondere zur Lokalisierung von HLKS-Anlagen (Heizung, Lüftung, Sanitär, Elektrik) in einem bestehenden Gebäude, dessen ursprüngliche Dokumentation verloren gegangen ist oder nie digitalisiert wurde.
Schließlich stützt sich ein Anbau oder eine Aufstockung an einem bestehenden Gebäude auf ein Modell, das den tatsächlichen Zustand der Tragkonstruktion berücksichtigt – eine notwendige Voraussetzung, um die technische Machbarkeit des Projekts vor Beginn der Planungsarbeiten zu überprüfen.
Festlegung der zu liefernden Ergebnisse vor Beginn der Bestandsaufnahme
Ein Lastenheft geht der Digitalisierung voraus, nicht umgekehrt. Es legt die vorgesehenen Verwendungszwecke des Modells, die zu modellierenden Objekte, den angestrebten LOD sowie die zulässigen Toleranzabweichungen fest, bevor der Scanner vor Ort eingesetzt wird.
Ohne diesen Rahmen belastet die umfassende Digitalisierung eines Gebäudes das Projekt, ohne dessen Nutzen zu steigern. Eine vollständige Bestandsaufnahme – einschließlich Fassaden, Tragwerk, Versorgungsleitungen und Innenausbau – ist sinnlos, wenn lediglich eine punktuelle Renovierung der Heizungs-, Lüftungs-, Sanitär- und Elektrik-Anlagen (HLSE) geplant ist.
Zwei Szenarien veranschaulichen diesen Unterschied. Bei einer gezielten Sanierung der technischen Leitungskanäle und Zwischendecken einer Etage reicht eine auf die Innenflächen und die sichtbaren Versorgungsleitungen beschränkte Bestandsaufnahme aus, wobei ein Revit-Modell mit LOD 300 als Ergebnis geliefert wird. Für ein Bauantragsdossier, das sich auf das gesamte Gebäude bezieht, ist eine vollständige Vermessung der Außenfassaden erforderlich, mit DWG-Plänen der Fassaden als Referenz.
Der Zeitaufwand für diese anfängliche Eingrenzung mag bei einem begrenzten Eingriff unverhältnismäßig erscheinen. Er reduziert jedoch Nachbesserungen bei der Modellierung und Unklarheiten bei der Interpretation der Punktwolke.
Festlegung des Erfassungsumfangs, des Koordinatensystems und der Toleranz
Die Wahl des Koordinatensystems hängt vom Verwendungszweck des Modells ab. Ein gebäudespezifisches lokales System reicht für eine isolierte Innenrenovierung aus, auch wenn mehrere Gewerke einen gemeinsamen, gut dokumentierten Baustellenbezugspunkt nutzen.
Eine Georeferenzierung im nationalen System MN95, das von swisstopo für die amtliche Vermessung der Schweiz verwendet wird, wird erforderlich, sobald das Gebäude mit einem Kataster überlagert, Daten mit externen topografischen Vermessungen ausgetauscht oder eine ausdrückliche Anforderung des Auftraggebers erfüllt werden muss.
Die Genauigkeitstoleranz der Vermessung bezeichnet die akzeptierte Abweichung zwischen der Punktwolke und der tatsächlichen Geometrie des Gebäudes. Sie hängt direkt vom verwendeten Scanner, der Messdistanz und der Komplexität der Oberflächen ab.
Der bei dieser Art von Aufträgen häufig eingesetzte Leica RTC360 weist eine vom Hersteller angegebene Genauigkeit von 2,9 mm bei 20 Metern (3D-Punktgenauigkeit) für eine typische Messreichweite in Innenräumen auf. Dieser Wert gibt die Zuverlässigkeit der Vermessung selbst an, nicht jedoch die des daraus resultierenden Modells.
Erfassung der Punktwolke vor Ort
Die Vermessung erfolgt mit einem statischen Laserscanner, der an mehreren, im Gebäude verteilten Stationen positioniert wird. Jede Station erfasst ihre Umgebung in einer 360°-Drehung. Die Stationen werden anschließend untereinander abgeglichen – entweder über Zielmarken oder durch Punktwolkenerkennung –, um eine einheitliche Punktwolke zu bilden.
Die Punktdichte und die Erfassungszeit variieren je nach Fläche, architektonischer Komplexität und gewählter Auflösung. Ein historisches Gebäude mit verzierten Fassaden erfordert mehr Stationen pro Quadratmeter als eine Büroetage mit regelmäßigen Raumformen.
Die Registrierung zwischen den Stationen birgt eine eigene Unsicherheit, die sich von der instrumentellen Genauigkeit jedes einzelnen Scans unterscheidet. Eine Netzanpassung, gestützt auf Zielpunkte oder Kontrollpunkte, ermöglicht es, diese Abweichungen zu verteilen, anstatt sie sich von Messpunkt zu Messpunkt ansammeln zu lassen. Diese Kontrolle gewährleistet die für die Punktwolke angegebene Endtoleranz.
Was der Laserscanner nicht korrekt erfasst
Der Laserscanner misst die Entfernung anhand der Laufzeit oder der Phase des reflektierten Signals. Oberflächen, die dieses Signal nicht korrekt reflektieren – wie Glas, Spiegel, poliertes Metall oder mattschwarze Oberflächen –, verursachen Lücken oder Rauschen in der Punktwolke.
Zurückgelassene Möbel, eine provisorische Bauwand oder jede während der Erfassung anwesende Person verdecken einen Bereich, der für den Scanner unsichtbar bleibt. Dieser muss durch eine zusätzliche Messstation abgedeckt oder in den Vermessungsunterlagen als toter Winkel gekennzeichnet werden.
Bewegliche Elemente während der Erfassung – wie sich öffnende Türen oder sich bewegende Personen – beeinträchtigen lokal die Qualität der Punktwolke. Ein bewohnter Standort erfordert entweder mehr Messstationen oder eine Planung der Vermessung außerhalb der Betriebszeiten, um diese Störungen zu begrenzen.
Genauigkeit der Vermessung und Genauigkeit der Modellierung – zwei unterschiedliche Begriffe
Diese beiden Begriffe werden oft fälschlicherweise miteinander verwechselt. Die Vermessungsgenauigkeit misst die Abweichung zwischen der Punktwolke und der physischen Realität des Gebäudes, ausgedrückt in Millimetern. Die Modelltreue misst eine andere Abweichung, nämlich die zwischen den gezeichneten BIM-Objekten und der Punktwolke, aus der sie stammen.
Eine mit einer Genauigkeit von ±3 mm vermessene Wand kann durchaus als perfekt gerade Ebene modelliert werden, ohne ihre Oberflächenunregelmäßigkeiten wiederzugeben, sofern der gewählte LOD dies nicht erfordert. Die Rohdaten entsprechen der Realität; das modellierte Objekt vereinfacht diese bewusst.
Werden diese beiden Begriffe verwechselt, entstehen Modelle, die auf dem Papier – gestützt auf die Qualität der Vermessung – präzise erscheinen, jedoch nicht den tatsächlichen Anforderungen des Projekts entsprechen, wenn der Modellierungsgrad nicht entsprechend angepasst wurde.
| Begriff | Was damit gemessen wird | Beispiel |
|---|---|---|
| Genauigkeit der Vermessung | Abweichung zwischen der Punktwolke und der physischen Realität | Punktwolke mit einer Genauigkeit von ±3 mm an einer Fassade |
| Genauigkeit der Modellierung | Abweichung zwischen dem BIM-Objekt und der Punktwolke | In der Grundrissansicht modellierte Wand, ohne die erfassten Unregelmäßigkeiten |
Auswahl des LOD entsprechend dem Verwendungszweck des Projekts
Der LOD (Level of Development) vereint gemäß der vom BIMForum veröffentlichten Referenzspezifikation zwei Dimensionen. Er beschreibt sowohl den geometrischen Detaillierungsgrad eines BIM-Objekts als auch die Zuverlässigkeit der damit verbundenen Informationen, d. h. inwieweit sich ein Beteiligter bei einer baulichen Entscheidung darauf stützen kann.
Bei LOD 200 wird ein Objekt als generisches System mit ungefähren Abmessungen und einer ungefähren Position dargestellt, was für einen Vorentwurf ausreicht. Bei LOD 300 wird das Objekt spezifisch, mit präziser Geometrie, Größe und Lage, geeignet für die Ausführungsunterlagen. Bei LOD 350 erstreckt sich der Detaillierungsgrad auf die Verbindungspunkte zwischen den Fachbereichen, was die Darstellung der Schnittstellen zwischen den Installationsnetzen verbessert.
Die Kollisionserkennung selbst setzt zudem voraus, dass die Modelle der verschiedenen Fachbereiche vorliegen, in einem gemeinsamen Koordinatensystem koordiniert sind und anhand spezieller Regeln zur Kollisionserkennung überprüft werden.
In LOD 350 modellierte Installationsschächte ermöglichen es, Kollisionen mit einem bestehenden Tragwerk oder einem bestehenden HLK-Netzwerk zu antizipieren, sobald die fachspezifischen Modelle aufeinander abgestimmt sind. In LOD 200 modellierte Trennwände reichen aus, wenn für einen Vorentwurf lediglich deren Verlauf von Bedeutung ist.
Modellierung und Lieferformate
Die Modellierung erfolgt beispielsweise in Revit oder Archicad sowie in anderen BIM-Lösungen, die eine Punktwolke als Referenz importieren können. Diese Punktwolke dient dann als Vorlage für die Positionierung jedes einzelnen BIM-Objekts.
Die Punktwolke im RCP- oder E57-Format, das Modell im nativen RVT-Format, der fachübergreifende Datenaustausch im IFC-Format und die Pläne im DWG-Format decken gemeinsam die gesamte Lieferkette eines Projekts von der Digitalisierung bis hin zum BIM ab.
IFC (Industry Foundation Classes), ein offener Standard, der von buildingSMART entwickelt und gepflegt und anschließend als Norm ISO 16739 standardisiert wurde, ist unverzichtbar, wenn mehrere Gewerke das Modell in unterschiedliche Softwareprogramme importieren müssen.
Das native RVT-Format ist weiterhin vorzuziehen, wenn die Modellierung intern in Revit fortgesetzt wird. Die aus dem Modell extrahierten DWG-Pläne dienen dem Austausch mit Generalunternehmern oder Bauleitern, die noch in 2D arbeiten.
Überprüfung des Modells vor der Übergabe
Bei der Qualitätskontrolle wird das fertiggestellte BIM-Modell Objekt für Objekt mit der ursprünglichen Punktwolke verglichen. Die gemessenen Abweichungen werden mit den im ursprünglichen Lastenheft festgelegten zulässigen Toleranzen abgeglichen und nicht mit einem nachträglich festgelegten generischen Schwellenwert.
Die Verantwortung für diese Validierung richtet sich nach dem BIM-Ausführungsplan oder dem Lastenheft des Projekts. Sie kann je nach vereinbarter Regelung beim Vermessungsingenieur, beim Modellierer, beim BIM-Koordinator oder beim Beauftragten liegen. Das Ergebnis bestimmt die Weitergabe des Modells an die anderen Gewerke und dessen Integration in die Ausführungsunterlagen.
Die geometrische Prüfung anhand der Punktwolke erkennt keine Kollisionen zwischen den Gewerken. Diese gesonderte Überprüfung erfordert die Überlagerung mehrerer Gewerkmodelle und die Anwendung spezieller Erkennungsregeln. Ein Abweichungsbericht, ein Dokument, das die gemessenen Abstände zwischen Modell und Punktwolke pro Element zusammenfasst, liegt der Lieferung bei.
Was Sie vor dem Start eines „Scan-to-BIM“-Projekts beachten sollten
Die Festlegung der Verwendungszwecke, der zu liefernden Ergebnisse und des LOD muss jeder Vermessungskampagne vorausgehen. Sie darf nicht nachträglich erfolgen. Koordinatensystem, Toleranz, Detaillierungsgrad und Lieferformat bilden ein Geflecht miteinander verknüpfter Entscheidungen, die vor dem Einsatz des Scanners vor Ort getroffen werden müssen.
AB 3D Scanning legt diesen Rahmen – einschließlich der zu liefernden Ergebnisse und des LOD – gemeinsam mit dem Auftraggeber fest.