Von der Laserscanner-Vermessung bis zum BIM-Modell

Scan to BIM ist der Prozess zur Erstellung eines BIM-Modells bereits bestehender Gebäude, ausgehend von digitalen 3D-Vermessungen. Entdecken Sie jetzt die vielen Vorteile des Verfahrens

Wenn Sie sich bereits mit der BIM-Methode befasst haben oder diese schon seit einiger Zeit für Ihre Arbeit einsetzten, haben Sie sicherlich schon von „Scan to BIM“ gehört. Aber wissen Sie, woraus dieser Prozess besteht und welche Vorteile dieser hat?

In diesem Artikel befassen wir uns mit Vermessungen mittels Laserscanner, Punktwolken und BIM-Modell und der Vorteile die sich durch die Integration dieser neuen Technologien in die Sanierung von Gebäuden ergeben.

Um den Prozess „Scan to BIM“ vollständig zu verstehen, werden wir ein praktisches Beispiel der Vermessung, eines historischen Gebäudes analysieren.

Worum es sich bei Scan to BIM Prozess handelt

Scan to BIM bezeichnet den Prozess der Erstellung eines BIM-Modells eines Gebäudes oder von einem bestehenden Raums, ausgehend von den aus fortgeschrittenen Vermessungstechniken gewonnenen Daten, wie 3D-Laserscanning, Structure for Motion und hochauflösender Photogrammetrie.

Aus der digitalen Vermessung, die durch eine spezielle Software bearbeitet wird, entsteht eine Punktwolke (point cloud) oder eine Menge von Punkten, die im dreidimensionalen Raum verteilt sind. Die Punktwolke kann in eine BIM-Modellierungssoftware importiert und verwendet werden, um digitale Modelle des Bestands zu erhalten.

Die Phasen des „Scan to BIM“-Prozesses

Der „Scan to BIM“-Prozess kann in 3 grundlegende Phasen unterteilt werden:

1. 3D-Vermessung des Gebäudes mit Laserscanner;
2. Datenverarbeitung und -bearbeitung;
3. BIM-Modellierung;

3D-Vermessung des Gebäudes mit Laserscanner

Die 3D-Vermessung eines Gebäudes in einem „Scan to BIM“-Prozess, ist ein Vorgang, der vor Ort von Fachleuten durchgeführt werden muss, die mit 3D-Scannern ausgestattet sind, um das gesamte Gebäude zu erfassen. 3D-Scanner sind fortschrittliche Technologien, welche die Vermessungsphase vor Ort erleichtern, verbessern und beschleunigen.

Der 3D-Scanner erfasst Daten mit hoher Geschwindigkeit und Präzision durch einen in alle Richtungen projizierten Laserstrahl. Sobald der Laserstrahl auf eine feste Oberfläche trifft, wird seine Position durch eine Vielzahl von Punkten erfasst, die relativ zum Scanner in der X-, Y- und Z-Achse angeordnet sind.

Die Menge all dieser Punkte, aus der die 3D-Visualisierung des Gebäudes entsteht, wird als „Punktwolke“ bezeichnet.

Datenverarbeitung und -bearbeitung

Nachdem die Daten vor Ort mittels 3D-Scanner erfasst wurden, müssen sie in einer Software zur Bearbeitung von Punktwolken verarbeitet und kombiniert werden. Diese Softwares extrahieren die räumlichen und funktionalen Informationen des Gebäudes, aus dem Scannen der Punktwolke. Die verschiedenen Blickwinkel des Scans bieten eine vollständige Sicht auf die Struktur und gewährleisten eine absolut genaue Darstellung.

In dieser Phase sollte der endgültige Verwendungszweck der Punktwolke berücksichtigt werden, da dieser Dateityp sehr groß sein kann. Dazu werden die Punktwolken in der Regel bereinigt und modifiziert, die Dichte der Punkte je nach Verwendungszweck reduziert oder die Wolke in Sektoren oder Ebenen unterteilt, um mit der BIM-Modellierung zu starten, ohne das gesamte Projekt, in die BIM-Authoring-Software laden zu müssen.

BIM-Modellierung

Die BIM-Modellierung aus der Punktwolke ist kein automatischer Prozess. Die Punktwolke wird zur BIM-Modellierung und Erstellung eines 3D-BIM-Modells, in eine Software für die Gebäudeplanung geladen.

Das BIM-Modell wird aus den in der Cloud enthaltenen geometrischen und räumlichen Informationen erstellt, sowie mit allen anderen ergänzenden Informationen angereichert, wie Marken, Modellen von Ausrüstungen, Fotos und Videos, die uns visuelle Informationen über das Projekt liefern.

All diese Informationen müssen ordnungsgemäß in das Modell aufgenommen und korrekt strukturiert werden, damit das Endergebnis dieser BIM-Modellierungsphase, für die verschiedenen Anwendungsbereiche des „Scan to BIM“-Prozesses (wie z.B. Sanierung, Wiederherstellung, Facility Management durch einen digitalen Zwilling usw.) nützlich ist.

Anwendungsbereiche von „Scan to BIM“

Das Konzept der Scan to BIM-Anwendung, besteht in der Erfassung vom Ist-Zustandes des Gebäudes, wobei sich die Frage stellt, wofür “Scan to BIM” eigentlich verwendet wird? In welcher Phase des Projekts kann es angewendet werden?

Analysieren wir nun, in welchen Phasen „Scan to BIM“ angewendet werden kann, und wie es von nutzen sein kann:

• Planung: Das BIM-Modell ermöglicht es den Planern, die Bedingungen vor Ort besser zu verstehen, um fundierte Entscheidungen bei der Planung des Gebäudes zu treffen;
• Ausführung: Mit BIM ist es möglich, jede Art von Diskrepanz zwischen einem BIM-Modell in der Bestandssituation und des BIM-Modells in der Planungssituation zu identifizieren;
• Facility Management (FM): Dank der umfangreichen, gut organisierten 3D-Visualisierung und der Gebäudeinformationen in BIM, können weitere FM-Funktionen verbessert werden, wie z.B. Raummanagement, Renovierungsplanung und -ausführung, Notfallmanagement sowie Personalschulung und -entwicklung.

Die Vorteile des „Scan to BIM“-Verfahrens

Bis hier wurde geklärt, wie man mit dem „Scan to BIM“-Prozess in kürzester Zeit eine hochpräzise dreidimensionale digitale Darstellung des Gebäudes erstellen kann. Dies ist jedoch nur einer der offensichtlicheren Vorteile, die die Einführung eines Scan-to-BIM-Workflows mit sich bringen kann.

Unter den Hauptvorteilen sind:

• höhere Projektqualität: in kurzer Zeit werden äußerst detaillierte BIM-Modelle mit hoher Qualität und Genauigkeit der Vermögenswerte (Grundstücke, Infrastrukturen, Gebäude usw.) erhalten;
• deutliche Reduzierung von Fehlern bei der Modellierung und Planung des Projekts: dank einer optimalen und präzisen Erfassung von Informationen und Daten aus der Umgebung, steigt die Qualität der Modellierung;
• erhebliche Zeitersparnis: das Team muss den Standort nur einmal besuchen, um Daten zu sammeln, während nachfolgende Inspektionen häufiger außerhalb des Standorts als vor Ort stattfinden können, wodurch die Notwendigkeit sich zu bewegen reduziert wird;
• Senkung der Projektkosten: obwohl zusätzliche Kosten für die 3D-Vermessung anfallen, ist eine erhebliche Kostenreduzierung aufgrund der geringeren  Bearbeitungszeiten und des Mehrwerts des BIM-Modells unbestreitbar;
• mehr Transparenz und bessere Zusammenarbeit: dank der BIM-Methodik können Informationen schneller und effizienter ausgetauscht werden.

Wie man einen „Scan to BIM“-Prozess in die Praxis umsetzt: die GeoSLAM-Fallstudie

Nun stellt sich die Frage, wie man einen „Scan to BIM“-Prozess implementieren kann Welche Tools sind notwendig?

Nachdem klargestellt wurde, wie ein Scan to BIM-Prozess aufgebaut ist und welche zahlreichen Vorteile diese Erfassungsmethode bietet, können wir auf einen praktischen Fall eingehen. Insbesondere werden wir die 3 Phasen des „Scan to BIM“-Prozesses beschreiben, um ein BIM-Modell eines historischen Gebäudes zu erstellen.

Um den „Scan to BIM“-Prozess selbst in die Praxis umzusetzen, empfehlen wir Ihnen, die kostenlose Testversion der Point Cloud to BIM-Software jetzt herunterzuladen. Sie können Ihre Punktwolke oder eine Punktwolken-Beispieldatei, die auf usBIM, im Ordner „Examples“ zur Verfügung steht, importieren und die Leistungsfähigkeit dieser neuen Technologie für die Gebäudesanierung erleben.

Phase 1: Gebäudevermessung mit GeoSLAM

In der vorliegenden Fallstudie wurde eine Vermessung an einem historischen Gebäude mit GeoSLAM Horizon durchgeführt.

Dieses Gerät nutzt die SLAM-Technologie (Simultaneous Localization And Mapping), welche ermöglicht, sich in Abwesenheit eines GPS-Signals basierend auf den während des Scanvorgangs erfassten Daten zu orientieren. In der Tat, ist es ausreichend, dass sich der Bediener mit dem Gerät in einen bestimmten Raum (sowohl innen als auch außen) bewegt, um automatisch die Punktwolke zu erzeugen.

Wir starten indem wir den Innenbereich des Gebäudes vermessen.

Sobald das Gerät eingeschaltet ist, gehen wir ganz normal und in einem mäßigen Tempo, wobei wir plötzliche ruckartige Bewegungen, in jedem zu vermessendem Raum, vermeiden.

In nur wenigen Minuten, der Zeit, die man braucht, um durch das Gebäude zu gehen, haben wir den Vorgang bereits abgeschlossen und den vollständigen Scan der Innenräume erfasst.

Unter Anwendung der gleichen Technik, wie bei der Vermessung des Innenbereichs, können wir die Scanphase abschließen, indem wir an den Außenwänden entlanggehen.

Laserscanner-Vermessung für BIM-Modelle

Phase 2: Datenverarbeitung

Sobald der Vermessungsvorgang abgeschlossen ist, können wir die Scan-Ergebnisse in der Software von GeoSLAM herunterladen.

Wir visualisieren nun die aufgenommene Punktwolke und die Trajektorien des Pfades, dem wir während der Vermessung gefolgt sind.

Visualisierung der Punktwolke mit Laserscanner SLAM-Technologie realisiert

In kürzester Zeit und mit sehr geringem Aufwand haben wir eine sehr detaillierte und vollständige Punktwolke erhalten. Da wir sowohl die Innen- als auch Außenvermessung durchgeführt haben, verfügen wir bereits über die Wanddicke und alle Informationen, die zur Erstellung der Projektunterlagen notwendig sind. Wir könnten auch weitere Vermessungen vermeiden, da wir bereits über alle erforderlichen Informationen verfügen.

Nachdem wir die Punktwolke erhalten haben, können wir diese in die verschiedenen Standardformate exportieren (.LAS, .LAZ, .E57 usw.) und sie in unsere Point-Cloud BIM-Software importieren.

Phase 3: 3D-Modellierung aus Punktwolken mit Edificius

Der letzte Schritt für die Digitalisierung des Modells ist die Rekonstruktion des BIM-Modells, anhand der Vermessungsdaten. Diese kann als komplexeste Phase definiert werden. In der Tat ist es notwendig, von der dreidimensionalen Oberfläche, die das vermessene Bauwerk darstellt, zu einem parametrischen 3D-Modell zu gelangen, das aus Objekten wie Wänden, Fenstern, Türen usw. besteht.

Für die 3D-Modellierung haben wir die BIM-Software Edificius verwendet. Eine der großen Vorteile der Software ist die Integration mit der Cloud-Plattform usBIM. Diese Integration ermöglicht:

• selbst große Punktwolken zu verwalten und dabei den Cloud-Speicherplatz zu nutzen;
• alle Dateien immer verfügbar zu haben, um diese auch mit anderen Mitarbeitern zu teilen.

Punktwolke auf usBIM angezeigt

Zunächst haben wir die Punktwolke in usBIM.pointcloud hochgeladen und dann nur den Teil der Wolke in Edificius importiert, an dem wir arbeiten wollten.

Import der Punktwolke in Edificius

In der „Point-Cloud to BIM Software“, haben wir zunächst die Ebenen und Höhen der verschiedenen Stockwerke des Gebäudes definiert. Auf diese Weise konnten wir die Punktwolke auf einfache Weise positionieren, um sie an unserem Referenzsystem auszurichten.

Verwaltung der Ebenen der Punktwolke in Edificius

Durch die automatische Objekterkennungsfunktion, konnten die verschiedenen architektonischen Elemente direkt in der Punktwolke identifiziert werden:

• Gebäudehüllen: die Gebäudehüllen wurden modelliert, indem wir einfach die Wolkenpunkte als Richtlinie verwendet haben, um die Länge der Wand zu zeichnen. Mit Hilfe des Editors konnten dann Ausrichtung, Dicke, Schnitt (konstant oder variabel), den Winkel usw. angegeben und eine Reihe von Automatismen genutzt werden, welche der Software ermöglichen alle Wände des Gebäudes in sehr kurzer Zeit nachzuzeichnen. Aus den Eigenschaften wurden auch der Wandaufbau und die Materialien bestimmt, indem wir die Objekte aus dem Katalog gewählt haben;

Modellierung der Gebäudehüllen aus der Punktwolke

• Fenster: Wir haben die Breite des Fensters nachgezeichnet, indem die Punktwolke als Orientierungshilfe verwendet wurde. Aus dem Editor, auf sehr einfache Weise, konnte die Kote des Fensters sowie dessen Höhe korrekt anzugeben und die ungefähre Werte nach unseren Bedürfnissen definiert werden. Über die Eigenschaften können wir auch den Glastyp, den Rahmen und den Wärmedurchgangskoeffizienten jedes einzelnen Fensters angeben, um ein vollständiges Modell voller nützlicher Informationen zu erhalten.

Modellierung der Fenster aus Punktwolken mit Edificius

Auf die gleiche Weise können wir die Innentüren und andere Gebäudeobjekte modellieren und in wenigen Schritten ein 3D-Modell erhalten, das dem tatsächlichen Zustand des erkannten Gebäudes sehr nahe kommt.

Scan to BIM: von der Punktwolke zum 3D-BIM-Modell mit Edificius

Mit diesem Modell ist es sehr einfach, alle Ausführungspläne mit Ansichten, Schnitte und 3D-Ansichten zu erhalten sowie statische Renderings, Real-Time Renderings und Videopräsentationen zu erstellen.

Nach der BIM-Modellierungsphase sind wir bereit, das Modell im IFC-Format zu exportieren.

Wenn Sie ein IFC-Modell aus einer Punktwolke direkt online und ohne Verwendung einer BIM-Authoring-Software erhalten möchten, können Sie stattdessen die Scan-to-BIM-Software verwenden. Auf diese Weise erstellen Sie BIM-Modelle im openBIM-IFC-Format und schaffen 100 % openBIM-Workflows