GEODESIGN: Die Interaktion von BIM und GIS anhand aktueller Projektbeispiele

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1 GEODESIGN: Die Interaktion von BIM und GIS anhand aktueller Projektbeispiele Prof. Dr. Jörg Schaller Esri Deutschland Group GmbH Prof. Schaller UmweltConsult GmbH (PSU) 161. DVW-Seminar Geodäsie und BIM , Hamburg

2 Inhalt + Das GeoDesign Konzept + Das GIS Konzept + Das BIM Konzept + Die technische GIS und BIM Integration + Praxisbeispiele > 3D Autobahnausbau A99 München Nord und Umweltplanung > Baustellenmonitoring mit Drohnen > Morgenstadt / Smart City Köln - 3D Gebäudemodellierung, Visualisierung, Gebäudeenergieszenarien und Ver- und Entsorgungsinfrastruktur 2

3 Das GeoDesign Konzept GeoDesign ist eine Entwurfs und Planungsmethode zur engen Verknüpfung von Designvorschlägen mit Auswirkungssimulationen und Bewertungen im geographisch räumlichen Kontext Michael Flaxman 3

4 Das GeoDesign Konzept GeoDesign Anforderungen + 2D / 3D / 4D Geo-Referenz System Kontext / Content + Attribut Management Kontext / Content / Relationen + Topologie 2D / 3D + Geo-räumlich- zeitliche Analyse 2D / 3D / 4D GIS Design Plan Evaluation 4

5 Das GIS Konzept 2D GIS 3D GIS Realisierung / Monitoring Entscheidungsunterstützung Bewertung / Alternativen Visualisierung / Modellierung Räumliche Analyse Datenmanagement Erhebung räumlicher Daten Planungsaufgabe 5

6 Das GIS Konzept für das Autobahnprojekt 6

7 Das BIM Konzept + BIM basiert auf der Idee einer durchgängigen Nutzung eines 3D digitalen CAD Gebäude oder Infrastrukturmodells über den gesamten Lebenszyklus eines Ingenieur oder Architekten- Bauwerkes vom Entwurf, über die Planung und Ausführung bis zum Betrieb und Rückbau des Ingenieurbauwerkes Modeling Quelle: Borrmann et. al,

8 Die BIM Projektphasen Quelle: Borrmann et. al, 2015, Darstellung geändert

14 GIS und BIM Standards BIM Standardisierung Deutschland GIS/BIM Standardisierung International Quelle: Hutsell & Bush, > DIN-Arbeitsausschuss > VDI-Richtlinien 3805 > ISO > BIM-Leitfaden Work in Progress > buildingsmart > IFC-Road & IFC-Rail > IFC-Bridge > CityGML > OGC

15 Das Geodesign Konzept GIS und BIM Synopse Kreativität ist die Synopse zwischen zwei normalerweise voneinander unabhängigen Denkweisen Arthur Koestler Geo Geoinformation GIS Umweltplanung Design BIM Design Architektur / Ingenieurplanung GeoDesign Konzept GIS Design Plan Evaluation 15 Beschreibung der Umwelt Historie und Ist-Zustand Gestaltung der Umwelt durch Planung Künftiger Zustand der Umwelt

16 Das integrierte BIM und GIS GeoDesign Konzept GeoDesign Daten BIM Daten GIS Daten Daten- Auswahl, Extraktion Esri Interoperability Tool ETL Daten- Transformation 2D / 3D BIM / GIS GeoDesign Datenbasen BIM GIS Bewertung und Planungsoptimierung Entwurfsund Projektbearbeitung durch Planer Ergebnisse Feedback, Optimierung und Update Projektplanungs- und Realisierungsphasen BIM Projektphasen 16

17 Die technische GIS und BIM Integration ETL FME Transformationen FME Server Quelle: esri 17

18 ESRI Interoperability Extension 1. Navigator: hierarchische Ansicht der Workspace-Objekte 2. Transformer Gallery: über 500 Transformatoren, um Funktionen zwischen den Quell- und Zieldaten umzustrukturieren 3. Canvas: grafische Workflow- Objekte und Verbindungen, die Daten und deren Transformationen repräsentieren 4. Translation Log: Details über die Workspace-Übersetzung 5. Hilfe: Hilfetext zum ausgewählten Objekt Die technische GIS und BIM Integration ETL FME Transformationen Quelle: ArcGIS Help 18

19 Die BIM-GIS Technologie für Lifecycle Management & Analyse alysis CityGML, DAE, 3DS, CAD ETLbasierter Workflow (FME) REVIT andere BIM FME Revit Plug-in IFC RVZ Data Interoperability Extension Prozessautom atisierungsdokumentation (optional) Schema Mapping und Daten- Auswahl per LOD! Data Interoperability Extension Model Builder BIM GIS Daten Web App ArcGIS Server ArcGIS Pro ArcGIS Collector Quelle: esri

20 Die BIM-GIS Technologie für Lifecycle Management & Analyse Workflow- Dokumentation ETL-basierter Workflow (FME) Quelle: esri inc,

21 BIM Datenaustauschformate Schnittstellen: + RVT, IFC (Revit), DWG, DWF, OKSTRA (AutoCAD + ProVI) Eingesetzte CAD Software bei SSF: + CARD/1 Verkehrsplanung / Tiefbau + Autodesk Revit Gebäudeplanung + itwo Baumanagement inkl. 5D-Planung + Autodesk Naviworks Projekt- / Modellprüfung + MS-Project Projektportfoliomanagement PPM + Solibri Model Viewer Kollisionsprüfung + Solibri Model Checker Modellprüfung + ProVI / AutoCAD Civil 3D Verkehrs- und Infrastrukturplanungen + Esri ArcGIS Plattform GIS Datenmanagement, Analyse und Kommunikation Quelle: SSF und PSU 21

22 BIM - Prozess der digitalen Planung Leistungs phase 0 Leistungs phase 1 Leistungs phase 2 Leistungs phase n AIA Auftraggeber Informations- Anforderungen BAP BIM Ablauf-Plan M 1 M 2 M n Quelle: SSF und PSU 22

23 Die GIS und BIM Integrationsanforderungen + BIM- und GIS-Datenaustausch, Integration und Auswertung: > Einfache Übergabe von BIM-Daten in die GIS-Umweltdatenbank mit dem ETL Prozess, Georeferenzierung > Einrichtung einer Kommunikationsplattform für Planer und Stakeholder > Datenaustausch zwischen BIM- und GIS-Daten > Aufbau einer gemeinsam nutzbaren 2D- und 3D-Geodatenstruktur für die beteiligten Ingenieur- und Umweltplaner sowie mit den Stakeholdern > Integration der BIM Höhenmodelle und Ingenieur Vermessungsdaten > Integrierte Umweltanalysen, Modellkoppelung und Wirkungsbilanzierung des Bauwerkes in der Landschaft > Visualisierung des Bauwerks in der GIS-Umgebung 23

24 Integration von Ingenieur- und Umweltplanung im BIM/GIS Cycle 24 X Schaller et al., 2016, geändert nach Borrmann et al., 2015

25 BIM und GIS Integration am Beispiel eines BAB Ausbauprojektes PRAXISBEISPIEL 1 BIM Pilotprojekt BMVI + A99, achtstreifiger Ausbau AK München Nord bis AS Haar Ersatzneubau des Bauwerks 27/1 über die Bahnstrecke Projektpartner: > PSU > SSF Ingenieure AG + Auftraggeber: Autobahndirektion Südbayern 30

26 BIM und GIS Integration - BAB Ausbauprojekt Projektgebiet Quelle: ArcGIS Earth 31

27 BIM und GIS Integration - BAB Ausbauprojekt Datenkonvertierung Export des BIM-Modells aus Revit im IFC-Format Verlustfreier Import aus BIM in GIS Format Esri Data Interoperability Extension 32

28 Die technische BIM und GIS Integration ETL FME Transformationen von BIM zu GIS VIDEO 33

29 BIM und GIS Integration - BAB Ausbauprojekt + Die BIM und GIS Integration erlaubt: > Wirkungsanalysen, Eingriffsbilanzierung, Umweltverträglichkeitsprüfung > Landschaftspflegerische Begleitplanung und Ausführungsplanung > Natur- und Artenschutz-Erfordernisse > Landschaftspflegerische Ausgleichs- und Ersatzmaßnahmen > Ökologische Bauüberwachung und ökologisches Monitoring > 3D Visualisierungen, Simulation Integration des Bauwerkes in das 3D-GIS-Geo- und Umweltdatenmodell 34

30 BIM und GIS Integration - BAB Ausbauprojekt 3D Visualisierung des Brückenbauwerks in der Landschaft 35

31 BIM und GIS Integration - BAB Ausbauprojekt Eingriffsbilanzierung Brücke (LBP) Temporäre Eingriffe Kompensation 36

32 BIM und GIS Integration - BAB Ausbauprojekt Eingriffsbilanzierung Anschlussvarianten (LBP) Lage geplante Zufahrt Anschluss Nord Anschluss Süd 37

33 Bestand BIM und GIS Integration - BAB Ausbauprojekt Eingriffsbilanzierung Anschlussvarianten (LBP) Planung Eingriffe Variante Nord Variante Süd permanent temporär Ausgleich 38

34 BIM und GIS Integration - BAB Ausbauprojekt Prüfung des Rodungsplans an den ökologischen GIS-Daten Termine aus BIM-Bauablaufplan VIDEO 39

35 BIM und GIS Integration - BAB Ausbauprojekt Integration von Lärmausbreitungsmodellen Filtering the necessary CAD data / parameters for emission and immission calculation Geodatabase creation Data processing Assigning attributes Emissionand immission calculation Traffic noise processing using 3D-GIS Extract Transform Load Automated 3D Import Re-Import 40 Quelle: Sebastian Freller

36 Integration von Lärmausbreitungsmodellen - Übersichtsworkflow CAD Data Provision Data Provision PDF Documents CAD Data Sets Explanatory Reports Plan Amendments Building Directories Traffic Forecast Report Sonic Study (Möhler+Partner) Validation Buildings DTM Extract, Transform, Load Geodata- Automated Attribute Import A99 base 3D Import Filtering the data necessary for emission and immission calculation Geodatabase Creation Processing, Assigning Attributes, Informationsanreicherung Emission and Imission Calculation of Traffic Noise (and Air Pollution) 41 Quelle: Sebastian Freller Advanced Processing Public Participation Augmented/Virtual Reality Online Webscene Comparison of Scenarios Presentation video 3D GIS

37 BIM und GIS Integration - BAB Ausbauprojekt Integration von Lärmausbreitungsmodellen Quelle: Sebastian Freller 42

38 BIM und GIS Integration - BAB Ausbauprojekt Quelle: Sebastian Freller 43

39 BIM und GIS Integration - BAB Ausbauprojekt PRAXISBEISPIEL 2 Baustellenmonitoring mit UAV Brückenbau Autobahn Anschlussbau 44

40 BIM und GIS Integration - BAB Ausbauprojekt Baustellenmonitoring mit Quantum TRON & Esri Software Drone2Map

41 BIM und GIS Integration - BAB Ausbauprojekt Baustellenmonitoring mit Quantum TRON VIDEO 46

42 BIM und GIS Integration - BAB Ausbauprojekt Auswertung mit Esri Drone2Map + Orthophotos + Oberflächenmodelle + Point Clouds + 3D-Meshes + Anwendungsszenarien > Baufortschritt, Abrechnung > Profilanalyse > Einzelbaumextraktion > Messungen von Einzelobjekten, Belagstärke, etc. > Volumenberechnung > Monitoring von Massenabtrag und -auftrag VIDEO 47

43 BIM und GIS Integration - BAB Ausbauprojekt Auswertung mit Esri Drone2Map Software: Esri Drone2Map for ArcGIS VIDEO 48

44 BIM und GIS Integration - BAB Ausbauprojekt Projektbearbeitungsteam + Projektbearbeitung: Jörg Schaller PSU j.schaller@psu-schaller.de Johannes Gnädinger PSU j.gnaedinger@psu-schaller.de Sebastian Freller PSU s.freller@psu-schaller.de Leon Reith PSU l.reith@psu-schaller.de Amelie Zehndbauer PSU Amelie.Zehndbauer@web.de Michael Weizenegger SSF mweizenegger@ssf-ing.de Dietrich Sundmacher SSF dsundmacher@ssf-ing.de Cristina Mattos Esri Deutschland c.mattos@esri.de Florian Seibel Quantum-Systems fseibel@quantum-systems.com 49

45 3D-Modellierung mit Esri CityEngine für Smart City Morgenstadt / Smart City Köln PRAXISBEISPIEL 3 - Morgenstadt Projektpartner: + Stadt Köln + Fraunhofer Institut IAO Stuttgart + Esri Deutschland Group + Prof. Schaller UmweltConsult (PSU) + Obermeyer Planen + Beraten + 52 o North und andere Esri Partner 50

46 3D Ver- und Entsorgungsinfrastruktur Morgenstadt / Smart City Köln + 3D-GIS-Analysen und Darstellung von Entwicklungsszenarien im Kölner Stadtteil Mülheim Süd + Ziele: > Implementierung eines ganzheitlichen Ansatzes für eine nachhaltige Stadtentwicklung > Modernisierung des Stadtteils, inklusive Wohn-und Bürogebäude: Wie lassen sich nachhaltige und smarte Technologien (Gebäude, Energie, Mobilität) in ein bestimmtes soziales Umfeld integrieren? > Darstellung des Ist-Zustandes sowie Modellierung der Entwicklungsszenarien + Web-Applikationen für die Smart City Köln: > Zukünftige Nutzung des 3D-Modells für vielfältige Aufgabenstellungen (z.b. Städteplanung, Öffentlichkeitsbeteiligung, Energie-und Umweltbilanzen). 51

47 Projektgebiet Köln Mülheim Süd VIDEO 52

48 Morgenstadt / Smart City Köln Arbeitsablauf Design Entwürfe 3D GIS Geodesign Datenbasis Visualisierung CityEngine 2D / 3D CAD BIM BIM Integration 3D Rendering Visualisierung von Planungsalternativen Extension: Data Interoperability

49 3D Modell Entwicklungsszenario mit CityEngine VIDEO: Übersicht 54

50 Morgenstadt / Smart City Köln Visualisierung mit CityEngine und Lumenrt

51 3D Gebäudeenergieszenarien Arbeitsablauf Prozedurale Modellierung der Gebäude in CityEngine Zuweisung von Werten aus externen Quellen mittels Skript Klassifizierung gemäß Energieeffizienz- Schlüssel 3D Darstellung von Alternativen mittels Regel- Switch 56

52 Datenquelle Energiedaten am Beispiel Stegerwald Siedlung BEST ( Building Energy Specification Table ) Für Gebäude in der Stegerwald Siedlung Beinhaltet: + Gebäudekategorie, Gebäudespezifikationen + Informationen über das Lokalklima + Energieeffizienz des Gebäudes > Heizkosten > Beleuchtung > Warmwasser + Anteil von erneuerbaren Energiequellen (bspw. Photovoltaik) 57

53 3D Gebäudeenergieszenarien auf Basis der Building Energy Specification Tables (BEST) 58 VIDEO

54 3D Ver- und Entsorgungsinfrastruktur Arbeitsablauf Ausgangsdaten: 2D / 3D CAD Konvertierung von BIM / IFC ins 3D-GIS Format mit Esri Data Interoperability Extension Import in CityEngine Klassifizierung nach Objektart 59

55 3D Ver- und Entsorgungsinfrastruktur BIM-Daten importiert in CityEngine Planung einer neuen Fernwärmeleitung BIM Daten in AutoCAD Importiert in 3D GIS mit Attributen 60

56 3D Ver- und Entsorgungsinfrastruktur Planung einer neuen Fernwärmeleitung VIDEO: Bestand + Planung (Nord) 61

57 Morgenstadt Köln Projektpartner und Projektbearbeitung (Auswahl) Barbara Möhlendick Cologne - Department of Social Health and Environment barbara.moehlendick@stadt-koeln.de Till Scheu Cologne - City Planning Department till.scheu@stadt-koeln.de Heinrich Panner Cologne - City Planning Department heinrich.panner@stadt-koeln.de Stephan Monreal Cologne - Drainage Services, AöR stephan.monreal@steb-koeln.de lngo Schwerdorf Cologne - Drainage Services, AöR ingo.schwerdorf@steb-koeln.de Jörg Schaller Esri Deutschland Group j.schaller@esri.de Cristina Mattos Esri Deutschland Group c.mattos@esri.de Özgür Ertac Esri Deutschland o.ertac@esri.de Sebastian Freller PSU s.freller@psu-schaller.de Leon Reith PSU l.reith@psu-schaller.de Holm Seifert PSU h.seifert@psu-schaller.de Arne de Wall 52 o North a.dewall@52north.org Christoph Stasch 52 o North c.stasch@52north.org Wolf Engelbach Fraunhofer IAO wolf.engelbach@iao.fraunhofer.de Willi Wendt Fraunhofer IAO willi.wendt@iao.fraunhofer.de Marta Bescansa Fraunhofer IAO / Univ. Stuttgart Micha Köpfli n-sphere micha.koepfli@n-sphere.ch Manuel Habermacher n-sphere manuel.habermacher@n-sphere.ch Jan van Vliet n-sphere jan.van.vliet@n-sphere.ch Wolfhard Franken Obermeyer Planen + Beraten wolfhard.franken@opb.de 62

58 Die GIS und BIM Integration Zusammenfassung + BIM- und GIS-Datenaustausch, Integration und Informationsbereitstellung: > Integration der BIM Daten in die 2D/3D-GIS Umgebungsdatenbank > Einfache Übergabe der BIM-Daten in die 3D-GIS Umwelt- und Planungsdatenbank > Bidirektionaler Datenaustausch zwischen BIM- und GIS-Daten > Integration der BIM Höhenmodelle und Vermessungsdaten > Integration der vorhandenen Geobasisdaten > Integration der BIM Bauwerksdaten im BIM-Cycle > Aufbau einer gemeinsam nutzbaren 2D- und 3D-Geodatenstruktur und Plattform für die Kommunikation der Ingenieur- und Fachplaner und sonstigen Stakeholdern > Integrierte Analysen und Visualisierung des Bauwerkes und der jeweiligen Zustände in den Projektphasen in der 3D-GIS Umgebung > Modellkopplung (z.b. Lärm, Überschwemmung, Energie, Leitungsnetze etc.) für Bürgerbeteiligung > Interaktive WEB-basierte Bürgerbeteiligung 63

59 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Prof. Dr. Jörg Schaller Esri Deutschland Group GmbH Prof. Schaller UmweltConsult GmbH (PSU)