BIM im Bestand 3D-Aufmaß und Modellierung für die as-built Dokumentation

Transkript

1 BIM im Bestand 3D-Aufmaß und Modellierung für die as-built Dokumentation

2 Überblick Anforderungen an die Bestandsdokumentation für BIM Messtechnologien Auswertesoftware PHIDIAS mit Bentley Building Designer Geometriehomogenisierung und parametrische Modellierung Vergleich Bestand Planung, Scan vs. BIM BIM im Bauwerkslebenszyklus Fazit

3 Anforderungen an die Bestandsdokumentation für BIM Digitales objektbasiertes Modell (Bauteile) Geeigneter Katalog für gemeinsames Modell der Objekte, z.b. aus den Kategorien Bestand, Abbruch, Neu Festlegung des Detaillierungs- und Genauigkeitsgrads Angemessene Detaillierung und Genauigkeit (so genau und detailliert wie möglich ist unwirtschaftlich) Erfassung der Semantik Topologie, Homogenisierung und Generalisierung (verformungsgerechtes Aufmaß vs. BIM) Vollständigkeit (nur eingeschränkt möglich)

4 Messtechnologien I Einzelpunkt-basierende Verfahren Elektronisches Handaufmaß Messen von Rechtwinkelmaßen mit Hand(laser)distanzmessern einfaches und kostengünstiges Verfahren kein übergeordnetes Referenzsystem ungeeignet für komplexere Objekte Tachymetrie Bestimmung von Einzelpunkten in 3D (Polarkoordinaten) Standardverfahren des klassischen geodätischen Aufmaßes hohe Genauigkeit, Einbindung in übergeordnetes Koordinatensystem Expertenwissen

5 Tachymetrisches Aufmaß Diskretisierung und Messung von Einzelpunkten Ausnutzung geometrischer Bedingungen Bei orthogonalen Räumen nur wenige Punkte erforderlich Erfassung der Semantik möglich

6 Messtechnologien II Flächenhafte Verfahren Photogrammetrie (klassisch) Objektrekonstruktion aus Bildaufnahmen berührungsloses Messverfahren Detailierung und Genauigkeit Grad an manueller Auswertung Beleuchtungsabhängigkeit, hoher Aufwand (Passpunkte, Aufnahmekonfiguration) Laserscanning (TLS) / Bildmatching Abtastung der Oberfläche mit 3D-Punkten / Fotos Automatische Erzeugung von Punktwolken Instrumentelle Kosten (Laserscanner) TLS meist diskutiertes Aufmaßverfahren für BIM

7 TLS Terrestrisches Laserscanning Direkte Erfassung von 3D-Koordinaten Große Reichweite Genauigkeit weitgehend unabhängig von der Entfernung 3D-Punktwolke hohe räumliche Auflösung Hohe Messgeschwindigkeit

8 Riegl LMS VZ-400i Technische Daten Long Range Mode High Speed Mode Laser Pulse Repetition Rate 100 khz khz Effective Measurement Rate (meas./sec.) Max. Range 800 m 250 m Min. Range 1,5 m 0,5 m Max. Number of Targets per Pulse Laser Wavelength Laser Beam Divergence Accuracy Scan Angle Range 15 4 Near infrared 0,35 mrad Std.dev m 100 vertical, 360 horizontal Min. Angular Step Width 0,0015

9 Multizielfähigkeit 4 m 0.6 m First Target Single Target First Target Last Target Other Targets Last Target

10 Probleme in Scandaten Streuung Abschattung schwarze Löcher Fliegende Punkte Spiegelung Glättung

11 Auflösung: Vergleich Foto Laserscan Kamera Nikon D700, 12 Megapixel, 14 mm Weitwinkelobjektiv Scanner Riegl VZ-400, Punktwolke, Darstellung der Intensitätswerte

12 Laserstrahldivergenz Beispiel: RIEGL VZ-400 Laser Strahldivergenz Strahldurchmesser bei Austritt 7 mm Strahldurchmesser in 50 m Entfernung 17 mm Kleinste Schrittweite: 0,0024 Für die Aufnahme von Objekten in 3 m Entfernung wäre eine Schrittweite von 0,15 optimal. Entspricht einem Punktabstand von 7,8 mm in 3 m Entfernung.

13 Durchmesser des Laserstrahls bestimmt die optimale Abtastrate Optimaler Abstand Zu geringer Abstand

14 Auswerteverfahren im Vergleich Schnelle 3D-Messung ohne Bildzuordnung Tiefengenauigkeit weitgehend unabhängig von Entfernung bzw. Schnittwinkel Automatische Registrierung der Orientierungsparameter Kurze Aufnahmezeit trotz hoher Auflösung Laserscanning Photogrammetrie Kombinierte Auswertung Hohe Detailgenauigkeit (z.b. Kanten) Gute Interpretationsmöglichkeit durch natürliche Darstellung (z.b. Semantik) Entfernungsbereich nahezu unbegrenzt - + +

15 PHIDIAS Eine Softwareanwendung für Bentley AECOsim Building Designer

16 PHIDIAS Allgemeine Messfunktionen Mehrbildmessung Einzelbildmessung Zylinder- und Kantenmessung 3D- Monoplotting

17 Überlagerung von photogrammetrischer Aufnahme Modell zur Kontrolle der Präzision und Vollständigkeit

18 Innovationsforum Bauen 4.0 BIM im Bestand 3D-Aufmaß und Modellierung für die as-built Dokumentation INTERGEO Berlin, Darstellung Punktwolken Intensität RGB Tiefencodierung

19 Innovationsforum Bauen 4.0 BIM im Bestand 3D-Aufmaß und Modellierung für die as-built Dokumentation INTERGEO Berlin, Visual Feedback Kontrolle der 3. Dimension in 2D-Abbildungen bei Messungen in der Punktwolke durch Visualisierung der räumlichen Abstände Fehlerhafte Interpolation der Tiefe ist direkt erkennbar

20 Beispiel: Marriott Hotel Wien Terrestrisches Laserscanning Riegl VZ-400 außen 37 Scanpositionen, 185 Fotos

21 Raffinerie Schwedt Dimension 63 m x 57 m x 32 m 483 Scanpositionen 3381 Fotos

22 Ableitung von Modellobjekten aus Punktwolken Die unkorrigierte Übernahme der originären Messwerte oder Ausgleichungsergebnisse führt zu schiefen Wänden, nicht-orthogonalen oder nicht-parallelen Elementen, unterschiedlich großen Serienbauteilen usw. Inhomogenitäten, die im Rahmen der Messwertstreuung liegen oder zu vernachlässigen sind, sollten generalisiert werden Nutzung des Bauteilkatalogs Abweichungen unter einem definierten Grenzwert sollten homogenisiert werden, um das Modell möglichst einfach zu halten (kein verformungsgerechtes Aufmaß)

23 Geometrische Homogenisierung Methode 1: Exakt messen, anschließend in einem Ausgleichungsverfahren Geometrie zusammen mit Bedingungen homogenisieren Methode 2: Achsen, Ebenen, Winkel oder Abstände direkt bei der Modellierung manuell vorgeben / sperren

24 Geometrische Homogenisierung Wände senkrecht stellen Wände orthogonal zueinander ausrichten Stützen vertikal ausrichten Böden, Decken horizontal ausrichten Fenster- und Türöffnungen orthogonal ausrichten...

25 Ausrichtung linearer Elemente Beispiel: Senkrechte zylindrische Stütze

26 Ausrichtung geradliniger Elemente Beispiel: Wände einzelner Räume auf gemeinsame Achse ausrichten

27 Ausrichtung linearer Elemente Beispiel: 4 Einzelelemente (hier Wände) zu geschlossenem Rechteck verbinden

28 Ausrichtung linearer Elemente Beispiel: Rohrleitungsverlauf aus automatisch eingepassten zylindrischen Segmenten konstruieren

29 Geometrische Homogenisierung Methode 1: Exakt messen, anschließend in einem Ausgleichungsverfahren Geometrie zusammen mit Bedingungen homogenisieren Methode 2: Achsen, Ebenen, Winkel oder Abstände direkt bei der Modellierung manuell vorgeben / sperren

30 Parametrisches Modellieren

31 Verformungsgerechtes Aufmaß Visuelle Überprüfung der Abweichungen zwischen homogenisiertem bzw. as-planned Modell und tatsächlichem Aufmaß (Scan vs. BIM)

32 BIM im Bauwerkslebenszyklus Beispiel Parkhaus 3D-Modell als Basis

33 BIM im Bauwerkslebenszyklus Beispiel Parkhaus Objektorientierte Modellierung und Bauteileigenschaften

34 BIM im Bauwerkslebenszyklus Beispiel Parkhaus Visualisierung von Schäden / Deformationen Betonunebenheiten einer Rampe

35 BIM im Bauwerkslebenszyklus Beispiel Parkhaus Georeferenzierung von Potentialfeldmessungen zur Korrosionsanalyse

36 Fazit Für die geometrische as-built-dokumentation grundsätzlich bewährte geodätische Messverfahren vorhanden Verbesserung der Effizienz / Automatisierung bei der Datenerfassung und Objektbildung/Modellierung (insbesondere bei Punktwolken-basierten Messverfahren) Herausforderungen (für BIM): Verschattung / Sichthindernisse Bauteilableitung (volumetrische Modellierung, Semantik) Geometrische Homogenisierung vs. verformungsgerechtes Aufmaß Erfassung weiterer Bauteileigenschaften halbautomatische Modellierung

37 Vielen Dank!