Wie man ein BIM-Modell eines historischen Gebäudes entwickelt

Wie man das 3D-Modell eines historischen Gebäudes erstellt und das Sanierungsprojekt mit Unterstützung der BIM-Technologie entwickelt

In diesem Fokus werden wir darstellen, wie mithilfe der BIM-Technologie die Wiederherstellung eines historischen Gebäudes entwickelt werden kann. Ausgehend von der 3D-Modellierung, Analyse der Bauschäden-Bereiche bis hin zur Identifizierung von Projekteingriffen und Integration mit dem Struktur- und Anlagenmodell.

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Worum handelt es sich bei HBIM

Die BIM-Methodik (Building Information Modeling), wie bereits bekannt, wird nicht nur für Neubauten eingesetzt, sondern auch im Bereich historischer Gebäude, die als Heritage definiert werden (Historical Building Information Modeling) in kürze HBIM.

Dank der Entwicklung von HBIM ist es möglich, detaillierte Modelle historischer Gebäude mit intelligenten Objekten zu erstellen, d.h. mit Informationen des Gebäudes anreichern wie Komponente und Eigenschaften, die im Laufe der Zeit aktualisiert, ersetzt und implementiert werden können. Zusätzlich zur Modellierung, ermöglicht HBIM, eine detaillierte Analyse des Zustands: Materialuntersuchung, Schadensaufnahme usw.

Ein BIM-Modell eines historischen Gebäudes entwickeln: Orthofoto mit Rissmuster

Das Potenzial von BIM für bestehende Gebäude

Bisher hat das HBIM im Fachbereich keine große Verbreitung gefunden, was auf mangelnde Normen, standardisierter Arbeitsabläufe und vor allem die auf die Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der Modellierungs- und Informationsbeschaffungs-Phase zurückzuführen ist. In der Tat beinhaltet die Modellierung historischer Gebäude die Berücksichtigung von Elementen die nicht standardisiert und nicht in vordefinierte Bibliotheken vorhanden sind und Verformungen bzw. Unregelmäßigkeiten, Unsicherheiten hinsichtlich Bautechniken und vorhandene Bauschäden, zu berücksichtigen.

Derzeit gibt es verschiedene Softwarelösungen, welche versuchen diesen Anforderungen, durch Digitalisierungsprozesse, den vorhandenen Gebäudebestand zu verwalten.

Edificius verfügt beispielsweise über eine neue spezifische Umgebung für HBIM, mit dedizierter Bibliothek, welche BIM-Objekte und spezifische Editoren enthält wie z.B:

• Gewölbe-Editor – Um verschiedene Gewölbeformen mit spezifischen Objekten zu modellieren (Tonnengewölbe, steigendes Tonnengewölbe, Korbbogengewölbe, Klostergewölbe, Klostergewölbe mit polygonaler Grundfläche, Kreuzrippengewölbe, Kreuzrippengewölbe mit polygonaler Grundfläche, Kuppel, Lünetten/Öffnungen, horizontale und vertikale Schnitte;
• Rippe – Um Rippen sowohl in der Laibung als auch auf der Außenseite manuell oder dank der Verwendung des Zauberstabs automatisch einfügen zu können;
• Holzbalkendecke – Um Holzbalkendecken zu erstellen und anzupassen, indem Deckenstärke, Querschnitt, Achsabstand und Richtung der Balken festgelegt werden;
• Bauschäden-Bereich – Ein dedizierter Editor ermöglicht, die beschädigte Fläche zu definieren, um sie einem bestimmten Material zuzuordnen;
• Risse – Ein dedizierter Editor zum Auffinden und Hervorheben von Rissen an einem bestimmten Bauelemente;
• Orthofoto – Um ein Orthofoto mit einem Gebäudeelement zu verknüpfen.

Parametrische Objekte in HBIM von Edificius

Auf diese Weise wird es einfach, alle mit der Modellierung verbundenen Schwierigkeiten zu überwinden (auch bei Unregelmäßigkeiten, aufwändigen Verzierungen, nicht mehr versendete Bauweisen) und die Vorteile von HBIM voll auszuschöpfen, wie z.B:

• Bearbeitung des 3D-Modells in kurzer Zeit;
• Verwendung intelligenter parametrischer Objekte;
• Dokumenten- und Datenverwaltung;
• bessere Kontrolle über das Projekt und Analyse des Gebäudes;
• Teilen von Informationen und des Modells;
• Planung von Wartungseingriffen;
• Förderung des historischen Gebäudes;
• Erstellung von Datenbanken, die im Laufe der Zeit aktualisiert werden können;
• Anwendung fortschrittlicher Technologien wie Virtual Reality oder Augmented Reality.

Wie man das BIM-Modell eines historischen Gebäudes entwickelt: HBIM-Projekt-Workflow

Sehen wir nun wie das 3D-Modell und das Sanierungsprojekt eines historischen und denkmalgeschütztes Gebäudes mit der HBIM-Methodik entwickelt wird.

Die notwendigen Schritte:

• Strukturierung des CDE (Common Data Environment);
• Ausarbeitung und Datenerfassung, historischer Dokumentation;
• Verwaltung und Teilen der auf kollaborativen Plattformen gesammelten Dokumentation;
• fotografische Vermessung und Begradigen der Bilder;
• geometrische Vermessung mit Unterstützung verschiedener Technologien (ausgehend von den traditionelleren Methoden wie Bandmaß, Nivelliergerät, Wasserwaagen bis hin zu fortschrittlicheren wie Laserscanner, Totalstationen, photogrammetrische Vermessung usw.);
• Materialübersicht;
• 3D-Modellierung der Bestands-Situation mittels BIM Authoring;
• gemeinsame Nutzung des Modells auf kollaborativen Plattformen;
• Untersuchung des funktionalen Layouts der Bestands-Situation;
• Analyse der Bauschäden, direkt in der HBIM-Umgebung;
• Analyse zum Wandaufbau und zu den Bauphasen des Gebäudes in der HBIM-Umgebung;
• Analyse des Rissmusters und der vorhandenen kinematischen Mechanismen;
• Analyse der Risse und Kinematik;
• Planung der durchzuführenden Untersuchungen und Tests;
• Identifizierung der Projekteingriffe;
• Integration mit BIM-Softwares für Struktur- und Anlagenplanung;
• 3D-Modellierung des Projekts;
• Projektüberprüfung in Real-Time oder Virtual Reality (VRi);
• automatische Mengenermittlung aus 3D-Modell;
• Bearbeitung von Zeichnungen und Ausführungsplänen.

Folgend finden Sie ein mit Edificius entwickeltes Projekt.

Mit Edificus erstelltes Projektbeispiel

Das praktische Beispiel mit dem wir uns befassen werden, betrifft ein Digitalisierungsprojekt von einem Wohngebäude den frühen 1900er Jahren.

Der erste Vorgang der vor Ort durchgeführt wird, ist die Vermessung und Erfassung geometrischer Daten, mittels 3D-Laserscanner. Das Ergebnis ist die Punktwolke, welche sowohl geometrische (Koordinaten in einem bekannten Referenzsystem) als auch farbmetrische Informationen enthält, da jeder Punkt einer relativen Farbe zugeordnet ist, die durch Scannen aufgenommenen Foto erhalten wurden.

Die Vermessungsdaten wurden in Edificius zur BIM-Modellierung und Erstellung des geometrischen Gebäudes importiert.

Vor Beginn der Modellierung wurden die Ebenen (Zwischengeschoss, erster Stock, bis zum Dach) und die Unterebenen mit relativen Höhen festgelegt und das Gelände mit Höhenlinien mittels entsprechender Funktionen direkt aus Google Maps® importiert.

Ebenen-Verwaltung historischer Gebäude HBIM

Die Gebäude-Modellierung wurde dank parametrischer Objekte der Edificius HBIM-Umgebung erleichtert, welche ermöglicht die historische Architektur (Gewölbe, Holzböden, Rippen usw.) reproduzieren zu können.

Nach Fertigstellung des 3D-Modells wurde das gesamte für das Projekt nützliche Material über die kollaborative Plattform usBIM freigegeben, damit alle Gebäudedaten vom gesamten Projektteam eingesehen werden können. Das IFC-Modell des Gebäudes wurde exportiert und die Integration mit der Software EdiLus für die Tragwerksplanung gestartet:

Der strukturelle Workflow sieht folgendes vor:

• Automatische Erkennung von Architekturobjekten in Objekten von EdiLus;
• Strukturmodellierung;
• FEM-Modell (Finite-Elemente-Methode);
• Zuweisung von Einschränkungen;
• Definition von Lasten;
• Strukturanalyse.

Parallel zur Strukturanalyse wurde die Materialcharakterisierung und Bewertung des Erhaltungszustandes der dekorativen Elemente erarbeitet. All dies wurde durch den Import des aus der Vermessung erhaltenen texturierten Meshes und der Nutzung des Orthofoto-Befehls erleichtert. Es wurden auf dem Orthofoto die verschiedenen Bereiche mit Bauschäden identifiziert wobei Edificius automatisch die Legende generiert.

Analyse der Bauschäden mit Edificius

Im Gegensatz zu einem mit herkömmlicher Methode durchgeführten Prozess, bietet die HBIM-Technologie den Vorteil, die Datenbank mit Informationen zum Erhaltungszustand des Vermögenswerts regelmäßig zu aktualisieren und ein gemeinsames und ständig weiterentwickelndes Archiv zu erstellen. Durch die Verwaltung des Projekts mit usBIM können folgende Vorteile erzielt werden:

• einfache Konsultation, Übermittlung und Verwaltung des Erhaltungszustands im Laufe der Zeit;
• Erstellung von Bauschäden-Dokumentation, nützlich für die Identifizierung von Ursachen und diagnostischen Analysen;
• Definition eines Protokolls, für jeden durchzuführenden Sanierungseingriff, integriert auf der Plattform usBIM.