Die Restaurierung historischer Gärten: die Fallstudie der Villa d’Este

Das kulturelle Erbe erlebt durch die digitale Transformation eine beispiellose Metamorphose. Traditionell war das Management komplexer Bauwerke und historische Gärten fragmentiert und stützte sich auf isolierte Papierdokumente sowie unverbundene zweidimensionale Vermessungsdaten. Heute besteht das Ziel von Hightech-Unternehmen und der Forschung darin, einen systemischen und zirkulären Ansatz zu verfolgen, der Nachhaltigkeit, Risikomanagement und technologische Innovation in einer einheitlichen Gesamtvision vereint, um die Komplexität der Bau- und Erhaltungskette zu überwinden.

In diesem Artikel wird analysiert, wie das Forschungs- und Innovationsprojekt CAMP (Cultural Heritage Management Platform) einen neuen operativen Standard für die Branche setzt. Entstanden aus der öffentlich-privaten Synergie des High-Tech-Distrikts Stress Scarl (der die Forschungswelt, wie das CNR und die Universität Napoli Federico II, mit High-Tech-Partnern wie ETT und ACCA software verbindet), demonstriert das Projekt die Wirksamkeit eines systemischen und zirkulären Ansatzes.

Anhand der außergewöhnlichen Fallstudie Villa d’Este in Tivoli, einem Meisterwerk des italienischen Gartens, das zum UNESCO-Weltkulturerbe gehört, wird gezeigt, wie die strategische Integration von Punktwolken, aerophotogrammetrischen Drohnen und gemeinsamen Datenumgebungen (Common Data Environment, CDE) die Richtlinien für die Restaurierung historischer Gärten und die Wiederherstellung historischer Gärten neu definiert und technische Erhaltungsdaten in interaktive Assets für die touristische Nutzung in Augmented Reality (AR) verwandelt.

Visualisierung von Villa d’Este in usBIM

Was ist HBIM?

HBIM, das Akronym für Historical Building Information Modeling oder Heritage BIM, stellt die Anwendung der BIM-Methodologie auf das bestehende architektonische, archäologische und landschaftliche Erbe dar, mit besonderem Augenmerk auf wertvolle historische und kulturelle Güter.

Im Gegensatz zum traditionellen BIM, das hauptsächlich für die Planung und das Management neuer Gebäude von Grund auf entwickelt wurde, verfolgt HBIM den umgekehrten Ansatz: Es wird von einem bereits bestehenden Bauwerk oder einem jahrhundertealten Park ausgegangen und durch digitale Technologien wird ein intelligentes „Digitales Zwilling“ (Digital Twin) erstellt. Die Umwandlung einer komplexen realen Umgebung in ein getreues digitales Modell erfordert ein koordiniertes Ökosystem aus fortschrittlichen geodätischen Techniken und optimierten Software-Workflows. Bei der Arbeit an monumentalem Kulturerbe verschmilzt die Architektur untrennbar mit der Natur: Aus diesem Grund stellt die Erstellung eines geomorphologisch präzisen Digital Twins den wissenschaftlichen Ausgangspunkt für jede moderne Strategie zur Restaurierung historischer Gärten dar.

Geomatik-Technologien für die integrierte Erfassung (Reverse Engineering)

Im Gegensatz zu modernen Gebäuden weisen historische Monumente keine regelmäßigen Geometrien oder standardisierten Elemente auf. Aus diesem Grund kann HBIM nicht auf eine hochpräzise geometrische und geomorphologische Erfassung (Reverse Engineering) verzichten.

Das tiefgehende Verständnis eines denkmalgeschützten Standorts kann sich nicht auf ein einziges Werkzeug stützen, sondern erfordert einen Ansatz, der in der Lage ist, jede einzelne Facette der Landschaft zu erfassen:

Mobiles Laserscanning (SLAM-Technologie) – Diese Technologie ermöglicht eine schnelle, zügige und gleichzeitig äußerst präzise Erfassung der gesamten Geometrie des Standorts. Sie ist entscheidend in historischen Parks, die durch starke Höhenunterschiede, Terrassierungen und unterschiedliche Höhenlagen gekennzeichnet sind, da sie eine organische Kartierung der Geomorphologie des Geländes ermöglicht;

Detailfotogrammetrische Erfassung – Verwendet, um auf monumentale Maßstäbe herunterzuscannen und die einzelnen Elemente von künstlerischem Wert zu scannen. Durch Fotogrammetrie werden hochauflösende, texturierte 3D-Objekte erzeugt, die für die materialanalytische Untersuchung von grundlegender Bedeutung sind;

Luftbildfotogrammetrische Drohnen – Unverzichtbar, um das Informationsbild zu vervollständigen und die physischen Grenzen der Bodenpositionierung zu überwinden. Drohnen ermöglichen eine millimetergenaue Kartierung aller in der Höhe befindlichen oder schwer zugänglichen Teile von Fassaden und großen monumentalen Komplexen zur Generierung der Punktwolke.

Punktwolke, die aus der Vermessung mit einem Laserscanner gewonnen wurde

Von Punktwolken zu texturierten Meshes: die Modellierung von Grünflächen

Nach Abschluss der Datenerfassung vor Ort müssen die Rohdaten, die aus Punktwolken bestehen, innerhalb von BIM-Authoring-Software (wie Revit oder Edificius von ACCA software) verarbeitet werden, um die eigentliche Informationsmodellierung zu starten.

Im Kontext der Restaurierung historischer Gärten stoßen jedoch traditionelle BIM-Modellierer an die Grenzen der standardmäßigen „parametrischen Familien“, die nicht in der Lage sind, die einzigartigen Formen der Natur oder jahrhundertealten Skulpturen zu replizieren. Um dieses Hindernis zu überwinden, sieht die Einführung fortschrittlicher Arbeitsabläufe die Nutzung spezifischer Softwaremodule für das Geländemanagement vor, die es ermöglichen, komplexe 3D-Objekte in Form von texturierten Meshes einzufügen, um den aktuellen Zustand des Objekts treu zu replizieren. Dieser Ansatz gewährleistet eine schnelle, reibungslose und visuell einwandfreie Verwaltung des Baumbestands und der dekorativen Elemente im Freien, während das geometrische Modell leicht und abfragbar bleibt.

Die multidisziplinäre Datenbank und die Zentralisierung in der Cloud

Die wahre Stärke des HBIM liegt nicht nur in der 3D-Grafikdarstellung, sondern in der „I“ für Information. Jedes einzelne modellierte Element (eine freskierte Wand, eine Statue, ein Brunnen oder eine Baumart) wird zu einem Datenträger, dem technische Datenblätter im PDF-Format, Informationen über Materialien, historische Epochen, den Zustand der Verwitterung und komplexe multimediale Daten zugeordnet werden können.

Das HBIM stützt sich auf eine zentralisierte Datenfreigabeumgebung, die als CDE (gemeinsame Datenumgebung, Common Data Environment) bezeichnet wird. In diesem Cloud-Raum konvergieren alle digitale Koordinationsmodelle, die Vermessungen und die GIS-Karten des Territoriums. Auf diese Weise können alle Fachleute, die an der Erhaltung des Objekts beteiligt sind (Restauratoren, Kunsthistoriker, Ingenieure, Architekten), das Modell abfragen und Messungen oder dynamische Schnitte direkt über einen Webbrowser durchführen.

Erhaltung und multikanalige Nutzung (AR, VR und Echtzeit-Rendering)

Der Wert eines präzisen HBIM-Modells liegt in seiner Vielseitigkeit: Es dient nicht nur den Technikern zur Planung der Restaurierung, sondern dieselbe geometrische und informative Datenbank kann in ein Instrument zur kulturellen und touristischen Wertschöpfung umgewandelt werden. Dank der hohen Rechenleistung moderner Cloud-Visualisierungsplattformen können Koordinationsmodelle und Punktwolken in Echtzeit-Rendering direkt über einen gängigen Webbrowser erkundet werden, wodurch immersive virtuelle Touren mit höchster Detailtreue ermöglicht werden.

Darüber hinaus werden durch Optimierungs- und Geometrie-Reduktionsprozesse die ursprünglichen, sehr schweren Polygonmodelle verschlankt und in agile Assets für mobile Endgeräte (wie Smartphones und Tablets) umgewandelt, die an touristische Nutzungsplattformen angebunden werden können. Dieser Workflow erschließt das Potenzial von Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) im praktischen Einsatz und bietet Besuchern interaktive multimediale Storytelling-Routen, angereichert mit Audiotracks und historischen Inhalten, die das Erleben des Kulturguts zusätzlich intensivieren.

Visualisierung des Modells von Villa d’Este in usBIM

Digitalisierung des Erbes: das Projekt CAMP und die technologische Wende von Villa d’Este

Das kulturelle Erbe wandelt sich von traditionellen Konservierungsmethoden hin zu interaktiven Informationsökosystemen, die den Schutz mit der Aufwertung verbinden.

Ein vorbildliches Beispiel für diese Evolution ist die Digitalisierung von Villa d’Este in Tivoli, einem Meisterwerk des italienischen Gartens, das zum UNESCO-Weltkulturerbe gehört. Im Mittelpunkt dieser technologischen Wende steht das Projekt CAMP (Cultural Heritage Management Platform), eine Forschungs- und Innovationsinitiative, die darauf abzielt, die Prozesse der Verwaltung und des Wissens über wertvolle monumentale Güter neu zu definieren.

Dieses Projekt basiert auf den praktischen Erfahrungen von Stress Scarl, einem öffentlich-privaten Konsortium, das 2010 in Neapel gegründet wurde, um Innovationen innerhalb der komplexen Bauindustrie zu fördern. Seit 2012 vom Miur als Hochtechnologiedistrikt für nachhaltige Bauweisen ausgewiesen, vereint Stress Scarl die Welt der wissenschaftlichen Forschung, dank der direkten Einbindung der Università degli Studi di Napoli Federico II und des CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche), mit den wichtigsten Industrieakteuren, Materialherstellern, High-Tech-Unternehmen und Ingenieurdienstleistern. Um den intrinsischen Komplexitäten eines historischen Monumentstandorts gerecht zu werden, wurde die Entwicklung der CAMP-Plattform durch eine synergistische Kette hochspezialisierter Partner aktiviert:

• ETT Spa – Partner und Gesellschafter von Stress Scarl, spezialisiert auf die Aufwertung kultureller Güter, verantwortlich für die Entwicklung des proprietären CMS und der multifunktionalen mobilen Anwendungen.
• Stress Value – Spin-off des Stress-Distrikts, das durch ein fortschrittliches Labor für digitale Vermessung und Rekonstruktion gekennzeichnet ist.
• Stress Living – Ingenieur- und Architekturbüro, das die detaillierte Entwicklung der komplexen geometrischen Informationsmodelle betreut hat.
• ACCA software – grundlegender strategischer Partner, der seine Authoring-Tools und Cloud-Plattformen für die Integration der HBIM-Flüsse zur Verfügung gestellt hat.

Das primäre Ziel von CAMP besteht darin, die Fragmentierung der Daten zu überwinden, indem eine multikanalige digitale Plattform geschaffen wird, die die Gesamtheit der Informationen und der gesammelten Vermessungen für ein kulturelles Gut zusammenführt. Das wahre disruptive Element liegt in der Fähigkeit, die traditionellen touristischen Nutzungspfade (angereichert mit Inhalten in Augmented Reality – AR und Virtual Reality – VR) mit dem Management-Backend und den typischen Informationsmodellen des HBIM-Ansatzes zu verbinden. Auf diese Weise kann der Kurator oder die Museumseinrichtung direkt mit der Plattform interagieren, um die Besuchsrouten zu aktualisieren, während gleichzeitig auf einen sicheren Cloud-Speicher zugegriffen wird, der das technische, geometrische und strukturelle Gedächtnis des Werks bewahrt.

Geomatika und fortgeschrittene Vermessung: die Grundlage für die Restaurierung historischer Gärten

Eine fehlerfreie metrische und materielle Vermessung bildet das Rückgrat jedes modernen Erhaltungsprojekts. Bei Arbeiten an hochrangigen UNESCO-Welterbestätten stellt die Integration verschiedener geomatischer Technologien den einzigen Ansatz dar, der es ermöglicht, die Wechselwirkung zwischen monumentaler Architektur und der komplexen Geomorphologie des Territoriums zuverlässig zu erfassen.

Digitaler Zwilling der wertvollen Details: der Fall des Orgelfontäne und Pegasos

Während der Laserscanner die makroskopische Struktur des Parks erfasst, erfordern die Restaurierungsarbeiten an historischen Gärten eine nahezu millimetergenaue Präzision bei den skulpturalen, dekorativen und hydraulischen Elementen, die die Identität des Ortes definieren. Aus diesem Grund wird der Arbeitsablauf durch die Objektfotogrammetrie in eine kleinere Skala heruntergebrochen:

• Die Statue von Pegasos und die Detailfotogrammetrie – um die Komplexität einzelner Kunstwerke zu erfassen, sind die Fachleute zu einer hochauflösenden photogrammetrischen Vermessung übergegangen. Dieses Verfahren ermöglicht die Erstellung eines echten, dreidimensionalen und originalgetreu texturierten Digital Twins der Skulptur. Das heute mit modernen geomatischen Verfahren erreichbare äußerst hohe geometrische und farbliche Detailniveau bietet Restauratoren ein perfektes Modell zur Analyse des Erhaltungszustands der Oberflächen.
• Die Orgelfontäne und die Koordinierung der Vermessungen – für monumentale Elemente, die Architektur, Skulptur und Wasserströme (wie die Orgelfontäne) verbinden, wurde die Vermessung vor Ort direkt mit den von den aerophotogrammetrischen Drohnen erfassten Daten integriert. Dieser kombinierte Ansatz ermöglicht die Dokumentation jeder Nische, Statue und dekorativen Apparatur der Fontäne und erfasst die geometrischen Informationen, die später in das Informationsmodell des HBIM eingefügt und koordiniert werden.

Gemeinsame Datenumgebung (Common Data Environment, CDE) und GIS: Daten im Cloud-Umfeld verwalten

Die Sammlung massiver Mengen geometrischer und fotografischer Daten stellt nur die erste Hälfte der Arbeit dar. Die wahre Herausforderung bei der digitalen Transformation des kulturellen Erbes liegt in der Fähigkeit, diese Informationen zu zentralisieren, zu organisieren und allen Projektbeteiligten in der Kette zugänglich zu machen. Um ein Restaurierungsprojekt für historische Gärten mit wissenschaftlicher Strenge zu leiten, ist es unerlässlich, dass Restauratoren, Historiker, Ingenieure und Museumskuratoren innerhalb eines einzigen digitalen Ökosystems auf Cloud-Basis zusammenarbeiten, in dem geometrische Daten mit geografischen und dokumentarischen Informationen kombiniert werden.

Das CDE und die BIM-Koordinationsmodelle

Das operative Herzstück der Informationsverwaltung ist die gemeinsame Datenumgebung (CDE). In dieser gemeinsamen Cloud-Plattform konvergieren alle verschiedenen digitalen Deliverables, die während der Vermessungsphasen erzeugt werden: von den BIM-Modellen des Gebäudes und des Parks bis hin zu den hochauflösenden Punktwolken.

Die Benutzeroberfläche ermöglicht eine sofortige und produktive Abfrage des Modells direkt über einen gängigen Webbrowser und bietet den Planern fortschrittliche Werkzeuge, ohne dass schwere lokale Software installiert werden muss:

• Präzisionsmessungen – es ist möglich, lineare und winkelmäßige Messungen direkt an den BIM-Koordinationsmodellen und den Punktwolken des Gartens vorzunehmen.
• Dynamische Schnitte – die Benutzer können dynamische Schnitte des Komplexes gemäß orthogonalen Ebenen zu den Hauptachsen durchführen oder „Box-Schnitte“ verwenden, um spezifische Teile des Objekts zu isolieren und zu analysieren.
• Tiefe Informationslevels – durch die Auswahl eines beliebigen 3D-Objekts (wie einer Fontäne oder einem architektonischen Element) zeigt ein Seitenpanel alle seine strukturellen und historischen Eigenschaften an. Auf dieser Ebene ist es möglich, technische Datenblätter im PDF-Format, Rendering-Bilder und sogar komplexe multimediale Inhalte zu verknüpfen, wie die Audio-Clips, die im Fall von Villa d’Este verwendet wurden, um das Klangspektrum der von den Fontänen des Parks erzeugten Geräusche zu studieren.

Verknüpfung von Dokumenten mit den im Modell vorhandenen Elementen

Integration von GIS-Karten für eine territoriale Navigation

Eine weitere revolutionäre Komponente für die Strategien zur Restaurierung historischer Gärten ist die Erweiterung des Modells über die physischen Grenzen des einzelnen Denkmals hinaus, indem es mit der territorialen Ebene über die in die gemeinsame Datenumgebung (Common Data Environment, CDE) integrierten GIS-Kartierungsdienste verbunden wird.

Der Arbeitsablauf ermöglicht die präzise Lokalisierung des Interessengebiets und die grafische Darstellung in parametrischen Formen direkt in einem offenen Format (GeoJSON). Auf dieser geografischen Karte werden alle Informationsinhalte und geometrischen Koordinatinsmodelle dargestellt.

Diese Integration eröffnet eine unvergleichliche Benutzererfahrung mit selektivem Datenzugang: Der Benutzer kann geografisch durch das Gebiet navigieren und durch einfaches Klicken auf die Karte in die technischen Details des Gartens „eintauchen“. Darüber hinaus ermöglichen die integrierten GIS-Tools die Verwaltung der Standortorientierung und die Simulation des Verlaufs von Licht und Schatten zu verschiedenen Tageszeiten. Diese Funktionalität ist entscheidend, um den tatsächlichen Zustand des Kunstwerks umfassend zu verstehen, das Mikroklima zu analysieren und die Erhaltung sowohl der architektonischen Strukturen als auch des botanischen Erbes präzise zu planen.

Von der Erhaltung zur Nutzung: Augmented Reality in den Gärten von Tivoli

Der wahre Mehrwert des Projekts CAMP (Cultural Heritage Management Platform) liegt in seiner Fähigkeit, die Barriere zwischen dem ingenieurtechnischen Management des Objekts und der Erfahrung des Endbesuchers abzubauen. Durch die Integration eines proprietären CMS (entwickelt vom Partner ETT) mit dem Datenformat von ACCA software bleiben die für die Restaurierung historischer Gärten gesammelten Daten nicht in den Büros der Planer eingeschlossen. Vielmehr verwandeln sie sich in Rohmaterial, um multifunktionale mobile Anwendungen für die breite Öffentlichkeit zu speisen, und eröffnen neue und spektakuläre Nutzungsmöglichkeiten, die auf Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) basieren.

Optimierung von Meshes für mobile Geräte: Der Fall der Minerva-Statue

Die größte Herausforderung beim Transport von hochauflösenden HBIM-Modellen auf die Smartphones der Besucher (iOS- und Android-Geräte) ist computergestützt: Die Punktwolken und die ursprünglichen geometrischen Meshes sind zu schwer, um von mobiler Hardware flüssig verarbeitet zu werden. Um diese Grenze zu überwinden, sah der Workflow des Projekts CAMP einen strategischen Optimierungsprozess vor:

• Dezimierung von Meshes und Texturen – unter Bezugnahme auf die Statue der Minerva wurden die schweren polygonalen Dateien aus den Laser- und photogrammetrischen Vermessungen durch geometrische Dezimierungsalgorithmen erleichtert.
• Erhaltung der visuellen Qualität – dieser Prozess ermöglicht die Erstellung von extrem leichten und handhabbaren Dateien für mobile Geräte, ohne jedoch die ästhetische Darstellung und die Farbgenauigkeit des Objekts zu beeinträchtigen.
• Flüssige Nutzung in Augmented Reality – dank dieser Optimierung kann der Benutzer den umgebenden Raum mit seinem Smartphone erfassen und das skulpturale Element in AR mit einer hervorragenden Navigationsflüssigkeit erscheinen lassen.

Es handelt sich um einen Arbeitsablauf, der unendliche Anwendungen nicht nur im Bereich des Kulturerbes, sondern auch im Monitoring von Infrastrukturen eröffnet.

Visualisierung in Echtzeit des Modells von Villa d’Este

Die mobile App von Villa d’Este: das immersive Storytelling des „Mythos“ und der „Brunnen“

Der Endpunkt dieses digitalen Ökosystems ist die mobile Anwendung, die speziell entwickelt wurde, um die geführte Besichtigung des Parks von Tivoli zu unterstützen und zu bereichern.

Die Benutzeroberfläche der App, die direkt vom Kurator des Museums über das CMS verwaltet wird, organisiert die multimedialen Inhalte und die optimierten Modelle entlang zweier Hauptnarrative:

• Der Mythos-Pfad – ein strukturierter Rundgang durch 14 Sehenswürdigkeiten, die die Allegorien und mythologischen Geschichten enthüllen, die hinter den Werken des Parks verborgen sind.
• Der Brunnen-Pfad – ein Rundgang, der sich auf 12 Sehenswürdigkeiten konzentriert, die den hydraulischen und architektonischen Meisterwerken des Standorts gewidmet sind.

Die Anwendung beschränkt sich nicht darauf, digitale Modelle anzuzeigen, sondern verstärkt das sensorische Erlebnis vor Ort durch fortschrittliche Storytelling-Techniken. Der Besucher wird von immersiven Erzählungen begleitet, wie den Geschichten über die Venus, die den Eingangsbereich schützt, oder der Erzählstimme des Kardinals Ippolito d’Este selbst, der den ehrgeizigen Traum erklärt, die Pracht Roms in seiner Villa in Tivoli nachzubilden. Darüber hinaus ermöglicht die Integration von Audio-Clips, die dem Studium des Klangspektrums der Brunnen gewidmet sind, den Genuss der ursprünglichen akustischen Landschaft des Standorts. Diese Verbindung zwischen der HBIM-Informationsmodellierung und interaktivem Storytelling zeigt, wie die digitale Transformation der Schlüssel zur Umsetzung einer tiefgreifenden und effektiven Restaurierung historischer Gärten ist, indem das kulturelle Erbe in eine dynamische, zugängliche und wirtschaftlich nachhaltige Ressource für die Nation verwandelt wird.

Der neue Standard für den Schutz des italienischen Landschaftserbes

Der Erfolg der in Villa d’Este durchgeführten Erprobung zeigt unmissverständlich, dass die Zukunft des Denkmalschutzes in der Synergie zwischen multidisziplinären Kompetenzen und fortschrittlicher Digitalisierung liegt. Die Verbindung zwischen der Welt der wissenschaftlichen Forschung (vertreten durch Institutionen wie das CNR und die Universität Federico II) und den High-Tech-Unternehmen der Bauwirtschaft hat es ermöglicht, die traditionelle Fragmentierung der Daten zu überwinden und einen systemischen und zirkulären Ansatz für die Erhaltung zu definieren.

Kulturelle Güter und monumentale Komplexe stellen heute eine der größten Ressourcen unseres Gebiets und unserer Nation dar: Sie mit den Mitteln der digitalen Transformation zu schützen, ist keine Option mehr, sondern eine strategische Notwendigkeit.

Das Modell Villa d’Este als skalierbare und replizierbare Best Practice

Der im Park von Tivoli angewandte Arbeitsablauf zeichnet eine klare Linie für alle zukünftigen Restaurierungsmaßnahmen historischer Gärten auf nationaler und internationaler Ebene. Die praktische Erfahrung hat gezeigt, dass die HBIM-Methodologie, unterstützt von fortschrittlichen Cloud-Plattformen (CDE) und integrierten geomatischen Erhebungen, kein theoretisches Konzept, sondern ein konkretes operatives Werkzeug ist:

• Zentralisierung des Wissens – ermöglicht die Zusammenführung von Jahrhunderten an Geschichte, strukturellen Daten, Schadensberichten und komplexen Geometrien in einem einzigen, dauerhaften und abfragbaren digitalen Archiv.
• Effizientes Management – optimiert die prädiktive Wartung von Grünflächen und historischen hydraulischen Infrastrukturen, wodurch Kosten und Zeitaufwand für die Restaurierung historischer Gärten reduziert werden.
• Demokratisierung der Kultur – senkt die Zugangsschwellen zum kulturellen Erbe und ermöglicht es jedem (auch aus der Ferne), die Pracht eines UNESCO-Weltkulturerbes durch virtuelle Touren, Augmented Reality und moderne multimediale Erzählungen zu verstehen und zu schätzen.

Die Plattform CAMP und das implementierte Software-Ökosystem stellen den neuen Referenzstandard dar. Dieses integrierte Managementmodell zeigt, dass, wenn Technologie auf wissenschaftliche Kompetenz trifft, das historische Erbe nicht nur erhalten, sondern in die Zukunft projiziert wird, um seine unversehrte Weitergabe an zukünftige Generationen zu gewährleisten.

FAQ zur Restaurierung historischer Gärten

Was ist HBIM?

HBIM, die Abkürzung für Historical Building Information Modeling oder Heritage BIM, stellt die Anwendung der BIM-Methodologie auf das bestehende architektonische, archäologische und landschaftliche Erbe dar, mit besonderem Augenmerk auf wertvolle historische und kulturelle Güter. Im Gegensatz zum traditionellen BIM geht es den umgekehrten Weg: Es beginnt mit einem bereits bestehenden Bauwerk oder einem jahrhundertealten Park, um durch digitale Technologien einen intelligenten ‚Digitalen Zwilling‘ (Digital Twin) zu erstellen, der die wissenschaftliche Grundlage für moderne Restaurierungsstrategien bildet.

Welche Geomatik-Technologien werden für die integrierte Erfassung (Reverse Engineering) historischer Monumente verwendet?

Da historische Monumente keine regelmäßigen Geometrien aufweisen, wird ein integrierter Ansatz mit drei Haupttechnologien verfolgt: 1) Mobiles Laserscanning (SLAM-Technologie) für eine schnelle und präzise Erfassung der Geomorphologie des Geländes und der Höhenunterschiede; 2) Detaillierte photogrammetrische Erfassung zur Erstellung von hochauflösenden, texturierten 3D-Modellen einzelner kunstvoller Elemente; 3) Aerophotogrammetrische Drohnen, die unerlässlich sind, um schwer zugängliche oder hochgelegene Teile von Fassaden und großen Komplexen millimetergenau zu kartieren und die Punktwolke zu generieren.

Wie erfolgt die Informationsmodellierung von Grünflächen und natürlichen Elementen im HBIM?

Die Daten der Punktwolken werden in BIM-Authoring-Software (wie Revit oder Edificius von ACCA software) verarbeitet. Um die Grenzen der standardmäßigen ‚parametrischen Familien‘ traditioneller Software zu überwinden, die nicht in der Lage sind, die einzigartigen Formen der Natur oder von Skulpturen zu replizieren, werden spezifische Softwaremodule für das Management des Geländes eingesetzt. Diese ermöglichen die Eingabe komplexer 3D-Objekte in Form von texturierten Meshes, was eine reibungslose Verwaltung des Baumbestands gewährleistet und das geometrische Modell leicht und abfragbar hält.

Welche Rolle spielt die multidisziplinäre Datenbank und die Cloud-Umgebung im HBIM?

Die wahre Stärke des HBIM liegt im ‚I‘ für Information: Jedes modellierte Element wird zu einem Datenträger, dem technische Datenblätter im PDF-Format, Materialinformationen, historische Epochen, den Zustand der Verwitterung und multimediale Daten zugeordnet werden können. Das HBIM stützt sich auf eine zentralisierte Datenfreigabeumgebung in der Cloud, genannt CDE (gemeinsame Datenumgebung), in der digitale Koordinationsmodelle, die Erfassungen und GIS-Karten zusammenlaufen. Dies ermöglicht allen beteiligten Fachleuten (Restauratoren, Historikern, Ingenieuren, Architekten) eine Zusammenarbeit und Abfrage des Modells direkt über den Webbrowser.

Wie werden die HBIM-Modelle für die kulturelle Nutzung in Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) eingesetzt?

Die geometrische und informative Datenbank des HBIM kann in Werkzeuge zur touristischen Wertschöpfung umgewandelt werden. Dank der Cloud-Plattformen können die Modelle und Punktwolken in Echtzeit-Rendering über den Browser für immersive virtuelle Touren erkundet werden. Darüber hinaus werden durch die Anwendung von Optimierungs- und geometrischen Dekimierungsprozessen die schweren ursprünglichen Polygon-Dateien erleichtert und in agile Assets für Smartphones und Tablets umgewandelt, wodurch die Potenziale von Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) vor Ort freigesetzt werden, um multimediale und interaktive Storytelling-Pfade zu schaffen.

Was ist das CAMP-Projekt und welche Verbindung hat es mit der Villa d’Este in Tivoli?

Das CAMP-Projekt (Cultural Heritage Management Platform) ist eine Forschungs- und Innovationsinitiative, die darauf abzielt, die Prozesse des Managements und des Wissens über wertvolle monumentale Güter neu zu definieren, angewandt als Best Practice für die Digitalisierung der Villa d’Este in Tivoli (UNESCO-Weltkulturerbe). Das Projekt basiert auf der Erfahrung von Stress Scarl (einem Hochtechnologiedistrikt für nachhaltige Bauweisen, gefördert von der Universität Federico II und dem CNR) und vereint eine synergistische Wertschöpfungskette, bestehend aus ETT Spa, Stress Value, Stress Living und ACCA software. Ziel ist es, die Fragmentierung der Daten zu überwinden, indem eine digitale Multikanal-Plattform geschaffen wird, die die touristischen Nutzungspfade (AR und VR) mit dem Management-Backend und den informativen HBIM-Modellen verbindet.

Wie wurden die Digital Twins für die Statue von Pegasus und den Orgelfontäne in der Villa d’Este erstellt?

Für die Statue von Pegasus wurde eine detaillierte photogrammetrische Erfassung durchgeführt, um einen dreidimensionalen und treu texturierten Digitalen Zwilling zu generieren, der den Restauratoren ein perfektes Modell zur Analyse des Erhaltungszustands der Oberflächen bietet. Für die Orgelfontäne, die Architektur, Skulptur und Wasserströme vereint, wurde die terrestrische Erfassung direkt mit den von den aerophotogrammetrischen Drohnen erfassten Daten integriert, wobei jede Nische und jedes dekorative Element dokumentiert wurde, um die Informationen im informativen HBIM-Modell zu koordinieren.

Welche technischen Operationen ermöglicht die Cloud-Plattform (CDE) des CAMP-Projekts?

Die Benutzeroberfläche vom CDE ermöglicht es den Planern BIM-Koordinationsmodelle und Punktwolken direkt über einen gängigen Webbrowser abzufragen und bietet Funktionen wie:

1. Präzise lineare und winkelmäßige Messungen;
2. Dynamische Schnitte und Schnittboxen zur Isolierung und Analyse spezifischer Teile des Objekts;
3. Tiefe Informationsschichten, die in einem Seitenpanel die strukturellen und historischen Eigenschaften des ausgewählten Objekts visualisieren, denen technische Datenblätter, Renderings und multimediale Inhalte (wie Audio-Clips zur Untersuchung des Klangspektrums der von den Fontänen erzeugten Geräusche) zugeordnet werden können.

Wie funktioniert die Integration von GIS-Karten in das CDE für die Restaurierung historischer Gärten?

Der Arbeitsablauf verbindet das Modell mit der territorialen Ebene durch die im CDE integrierten GIS-Kartierungsdienste. Das Interessengebiet wird lokalisiert und grafisch in parametrischen Formen im offenen GeoJSON-Format dargestellt, auf dem alle geometrischen Koordinationsmodelle bezogen werden. Dies ermöglicht es den Nutzern, das Gebiet geografisch zu navigieren und technische Details des Gartens durch Klicken auf die Karte zu erkunden, sowie die Ausrichtung des Standorts zu verwalten und Licht- und Schattensimulationen durchzuführen, um das Mikroklima zu analysieren und die Erhaltung der Strukturen und des botanischen Erbes zu planen.

In was besteht der Optimierungsprozess der Meshes, der auf die Statue von Minerva für mobile Geräte angewendet wird?

Um die rechnerischen Grenzen von Smartphones (iOS und Android) zu überwinden, wurden die schweren ursprünglichen Polygon-Dateien, die aus den Laser- und photogrammetrischen Erfassungen der Statue von Minerva stammen, durch Mesh- und Textur-Dezimierungsalgorithmen erleichtert. Dieser Prozess ermöglicht die Erstellung extrem leichter und handlicher Dateien für mobile Geräte, ohne die ästhetische Darstellung und die Farbgenauigkeit des Objekts zu beeinträchtigen, wodurch eine flüssige Nutzung in Augmented Reality (AR) direkt vor Ort ermöglicht wird.

Was sind die Merkmale und Routen der mobilen Anwendung, die für die Villa d’Este entwickelt wurde?

Die Anwendung organisiert die multimedialen Inhalte und die optimierten Modelle entlang von zwei Routen, die vom Kurator über ein CMS verwaltet werden: dem ‚Mythos-Pfad‘ (14 Interessenspunkte, die den mythologischen Allegorien gewidmet sind) und dem ‚Fontänen-Pfad‘ (12 Interessenspunkte, die den hydraulischen Meisterwerken gewidmet sind). Die App verstärkt das Erlebnis vor Ort durch ein immersives Storytelling, das auf interaktiven Erzählungen basiert (wie den Geschichten von Venus oder der Stimme von Kardinal Ippolito d’Este) und die Integration von Audio-Clips zur Untersuchung des Klangspektrums der Fontänen, um die ursprüngliche akustische Landschaft zu erleben.

Warum stellt das Modell der Villa d’Este eine skalierbare Best Practice für den Schutz des italienischen Landschaftserbes dar?

Der angewandte Arbeitsablauf zeigt, dass die HBIM-Methodologie, unterstützt von Cloud-Plattformen (CDE) und geomatischen Erfassungen, drei konkrete Vorteile bietet:

1. Zentralisierung des Wissens, indem Jahrhunderte von Geschichte, strukturellen Daten, Verwitterungsblättern und komplexen Geometrien in einem einzigen digitalen Archiv vereint werden;
2. Effizienz im Management, indem die prädiktive Wartung von Grünflächen und historischen Wasserinfrastrukturen optimiert wird, was zu Kostensenkungen und Zeitersparnissen führt;
3. Demokratisierung der Kultur, indem die Zugangsbarrieren zum kulturellen Erbe durch virtuelle Touren, Augmented Reality und innovative multimediale Erzählungen gesenkt werden.