Digitales 3D-Aufmaß in der Sanierung
Bei der Sanierung stellt das detaillierte Vermessen des Gebäudes Planer und Handwerker vor Herausforderungen. Oft müssen aufgrund des Denkmalschutzes weite Teile der Bausubstanz erhalten werden. Damit das langfristig gelingt, ist es nötig, bauliche Veränderungen zu dokumentieren. Digitale 3D-Aufmaße vereinfachen das Vermessen und die Dokumentation und bilden die Basis, auf der Building Information Modeling (BIM) auch im Bestand verwendet werden kann.
Nicht jeder potenzielle Bauherr hat die Fantasie, sich allein anhand von zweidimensionalen Entwürfen ein Gebäude vorzustellen, wie es nach der Sanierung aussehen wird. Das spielt vor allem dann eine Rolle, wenn sich um Bauruinen oder besonders unattraktiv verbaute Objekte handelt.
Seit rund drei Jahren arbeitet die in der Denkmalpflege tätige „Fachwerkstatt Drücker & Schnitger“, mit Sitz im ostwestfälischen Rietberg und im baden-württembergischen Maulbronn sowie im sächsischen Leipzig, mit der Technik des digitalen 3D-Aufmaßes. „Wir können die Objekte für unsere Bauherren optimal visualisieren und sogar virtuelle Begehungen im fertigen Gebäude durchführen“, sagt Geschäftsführer Erasmus Drücker. „Durch die detaillierte Bestandsaufnahme werden die ermittelten Plandaten zudem exakt weiterverarbeitet und können immer wieder aufgerufen werden“. Das hilft, Fehler in der Planung und Ausführung zu verhindern und vereinfacht die Kommunikation zwischen den beteiligten Gewerken.
Zudem kommt es beim Planen mit von Hand genommenen Maßen immer wieder zu Zahlendrehern beim Übertragen. Ständiges Nachmessen zur Überprüfung ist obligatorisch und bei komplexen Gebäudegeografien stoßen Planer darstellerisch an ihre Grenzen.
Auch die Ortsferne ist nicht wirtschaftlich: Das was auf der Baustelle aufgemessen wird, muss im Büro am Schreibtisch übertragen werden. Kommt es zu Änderungen in der Planung, müssen Planer und Handwerker erneut auf die Baustelle fahren und nachmessen.
Building Information Modeling eignet sich für Sanierungen
Das Ziel des Sanierungsfachbetriebs ist es, zukünftig flächendeckend mit Building Information Modeling (BIM) zu arbeiten. Open-BIM ermöglicht, dass Fachplaner aller Gewerke an nur einem digitalen Modell arbeiten und dort ihre Daten stets aktuell einspeisen. Der jeweils aktuelle Planungsstand ist dann für alle sichtbar und wird bei den eigenen weiteren Planungen berücksichtigt. Die Daten für das Modell liefert heute schon das digitale 3D-Aufmaß.
Das rund 40-köpfige Mitarbeiterteam um den Geschäftsführer Erasmus Drücker deckt alle für die Bausanierung nötigen Gewerke ab und hat sich in den letzten 25 Jahren vor allem in der Fachwerksanierung einen Namen gemacht. Zudem haben die Mitarbeiter eine hohe Expertise in 3D-Aufmaßen erworben. Für die korrekte Erstellung der Maße und die Visualisierung ist im Unternehmen die gelernte Holzbildhauermeisterin und Multimediadesignerin Birgit Kostner zuständig.
Verschiedene Geräte kommen je nach Größe zum Einsatz
Die Baudenkmalpfleger arbeiten mit verschiedenen 3D-Geräten: Mit dem „Flexijet“ des Herstellers Flexijet, der es ermöglicht, in einem Arbeitsschritt zu Messen und zu Zeichnen und mit einem „360-Grad-Laserscanner“ von Faro, mit dem Orthofotos beziehungsweise Fotopanoramen erstellt werden können. Neu ist nun auch der Einsatz von Drohnen mit denen die Außenhülle der Gebäude beflogen und hochauflösend abfotografiert werden kann.
Der „Flexijet“ besteht aus einem Laserdistanzmessgerät an einer Dreh-Schwenk-Einheit und einer professionellen 3-D-Aufmaß-Software. Das Gerät steht auf einem Stativ und ist durch seine geringe Größe und sein geringes Gewicht mobil und flexibel einsetzbar. Es eignet sich für insbesondere für das digitale Aufmaß von Bauteilen. Das Gerät richtet sich automatisch aus und wählt die zu referenzierenden Messpunkte selbst. Die zu vermessenden Punkte werden dann per Hand oder mit einer Fernbedienung angefahren. Auf Basis der gemessenen Punkte entsteht eine dreidimensionale CAD-Zeichnung, die bei Bedarf auch auf die Baustelle rückprojiziert werden kann. Die Genauigkeit der Messung liegt bei bis zu 0,5 Millimetern.
Beim Messen werden keine Leitern oder Gerüste benötigt. Rundungen, Bögen und komplexe Winkel können gemessen werden – wenn nötig auch in möblierten Räumen. Indem man einzelne Bauteile ins Gebäude projiziert, kann der Laserscanner auch als Montagehilfe genutzt werden.
Den „360 Grad-Laserscanner“ des Herstellers Faro verwendet der Fachbetrieb speziell für große Gebäude und Einheiten. Er erstellt mit einer zweimaligen Drehung eine Messpunktwolke, bei der pro Sekunde eine Million detaillierte Messpunkte erfasst und verarbeitet werden. Diese werden in ein CAD-Programm übertragen, das eine 3D-Visualisierung und je nach Bedarf unterschiedliche Schnitte und Ansichten erzeugt. Die 3-D-Modelle lassen sich am Computer virtuell begehen. Zeitgleich wird ein 360-Grad-Panoramafoto des Objekts angefertigt. Die Distanzerfassung beträgt bis zu 330 Meter – die gesamte Umgebung wird berücksichtigt. Rückwärtige Daten, etwa vor einem Gebäude parkende Autos oder das Gebäude verdeckende Bäume, können aussortiert werden. Später können aus der Bauaufnahme zum Beispiel Rundum-Panoramen, Videos oder Animationen erstellt werden. Die maximale Abweichung beträgt nach den Erfahrungen von Drücker & Schnitger einen Millimeter bei einer Entfernung von 20 Metern. Auf Basis der gemessenen Daten kann ein vollständiges Archiv angelegt werden. Bauhistorische Informationen lassen sich so für die Zukunft speichern. Auch für eventuelle Umbaumaßnahmen in späteren Jahren können zu jeder beliebigen Zeit wieder Pläne der Gebäude erstellt werden.
Weil im interaktiven Fotopanorama beliebige Distanzmessungen möglich sind, können dazu immer wieder die Daten aus der ersten Messung verwendet werden.
Das befliegen der Gebäude mit einer Drohne ermittelt hochauflösende Bilddaten, die anschließend entzerrt und mit einem Maßstab versehen, für die Architekten zur Verfügung gestellt werden können. Anhand dieser Daten werden zum Beispiel Ausschreibungen bezogen auf Sanierungsarbeiten für Fassaden und Dächer erstellt. Ebenso ist es möglich Geländedaten zu ermitteln.
Schäden mit dem 3-D-Aufmaß kartieren
Nach den 3D-Messungen kann der Planer am Computer ein exaktes 3D-Modell vom Objekt erstellen, wie es nach der Sanierung aussieht. Anhand der Darstellung der architektonischen Veränderungen und der Auf- beziehungsweise Umbauten werden dann die verschiedenen Gewerke eingeplant. Auch eine Schadenskartierung kann in jedem Modell festgehalten werden und erscheint in jedem möglichen Schnitt. „Wir visualisieren das Gebäudemodell schon im Vorfeld einer Restaurierung und geben potenziellen Auftraggebern ein Bild ihres fertigen Gebäudes“, erklärt Birgit Kostner. Der Vorteil dabei sei nicht nur, dass sich auch Laien das Ganze besser vorstellen können, die Methode ermögliche auch Planungs- und Kostensicherheit.
Die Arbeitsweise mit den 3D-Technikgeräten schildert Birgit Kostner beispielhaft: Beim ersten Ortstermin überprüft sie die Gegebenheiten auf der Baustelle oder beziehungsweise am Objekt. Anschließend ermittelt sie, welche Daten genau benötigt werden. Manchmal reicht die Punktwolke, um alle Maße zu ermitteln, manchmal wird ein 3D-Modell benötigt. Wie detailliert es sein muss, hängt vom Auftrag ab: Gebäude lassen sich verformungsgerecht mit allen Details, oder nur als Rohbau mit Fenster- und Türöffnungen darstellen. Auf Grundlage dieser Überlegungen wird ein Angebot erstellt. Danach erfolgt der eigentliche Scan. Anschließend werden die Daten nach Bedarf im Büro weiterverarbeitet.
BIM kommt in der Sanierung nur langsam an
Mittlerweile bietet der Fachbetrieb die Technik auch für andere Bereiche an. Zum Beispiel, wenn in einer Industriehalle eine neue Maschine positioniert werden soll. Es passiert immer wieder, dass beim Vermessen Lüftungsschächte oder andere Installationen übersehen werden. Programme wie „Navisworks“ von Autodesk ermöglichen es, auch alte Pläne, die als PDF vorliegen, in eine Punktwolke zu laden und zum Beispiel mit dem Modell der geplanten Maschine zu kombinieren. So kann verhindert werden, dass Bauteile mit den neuen Installationen kollidieren.
Inzwischen verwendet das Baudenkmalpflegeunternehmen das 3D-Aufmaß ausnahmslos bei allen Bauprojekten und Bauaufträgen. Die Vision, das alle Fachplaner am gleichen digitalen Modell arbeiten und dort ihre relevanten Daten einspeichern, wird bereits mit einer Handvoll anderer Betriebe und Planungsbüros realisiert. „Unsere Kunden geben uns ein ausnahmslos positives Feedback“, resümiert Erasmus Drücker. Derzeit ist der Rietberger Fachbetrieb der einzige Anbieter des digitalen 3D-Aufmaßes in der gewerkeübergreifenden Fachwerksanierung. Er plädiert dafür, sich dem 3D-Aufmaß aktiv zu öffnen und die Technik in den täglichen Arbeitsablauf zu integrieren.
