Bauaufnahme und Planung im Bestand 9783834803986, 3834803987 [PDF]

Zitiervorschau

Dirk Donath Bauaufnahme und Planung im Bestand

Aus dem Programm

Bauwesen

Bausanierung von Michael Stahr (Hrsg.) Bausanierung von Guido F. Moschig Hinzunehmende Unregelmäßigkeiten bei Gebäuden von Rainer Oswald und Ruth Abel Bauwerksabdichtung in der Altbausanierung von Jürgen Weber und Volker Hafkesbrink Bauaufnahme und Planung im Bestand von Dirk Donath Energieausweis – Das große Kompendium von Andreas Weglage (Hrsg.) Architektur der Bauschäden von Joachim Schulz Sichtbeton-Mängel von Joachim Schulz Frick/Knöll Baukonstruktionslehre 1 von Dietrich Neumann, Ulf Hestermann, Ludwig Rongen und Ulrich Weinbrenner Frick/Knöll Baukonstruktionslehre 2 von Dietrich Neumann, Ulf Hestermann, Ludwig Rongen und Ulrich Weinbrenner

www.viewegteubner.de

Dirk Donath

Bauaufnahme und Planung im Bestand Grundlagen – Verfahren – Darstellung – Beispiele Mit180 Abbildungen und 10 Tabellen unter Mitarbeit von Jörg Braunes und Michael Korte PRAXIS

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar.

Kontaktadresse des Autors: Bauhaus-Universität Weimar Fakultät Architektur Professur Informatik in der Architektur Belvederer Allee 1 99423 Weimar Fon: +49 (3643) 58 42 01 Fax: +49 (3643) 58 42 02 Email: [email protected] Internet: http://www.infar.uni-weimar.de

1. Auflage 2008 Alle Rechte vorbehalten © Vieweg +Teubner |GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2008 Lektorat: Karina Danulat | Sabine Koch Vieweg +Teubner ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media. www.viewegteubner.de Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Umschlaggestaltung: KünkelLopka Medienentwicklung, Heidelberg Umschlagmotiv: Jörg Braunes, Sebastian Neidhart Abbildungen ohne Quellenangabe: Sebastian Neidhart, Jörg Braunes Satz und Layout: Michael Kraus, Jörg Braunes Druck und buchbinderische Verarbeitung: Krips b.v., Meppel Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier. Printed in the Netherlands ISBN 978-3-8348-0398-6

Vorwort Architektur misst sich an der Angemessenheit und dem Einklang mit dem Ort. Darin besteht die wesentliche Herausforderung des Planens im Bestand: in dem sorgfältigen Abgleich der Entwurfsidee und der daraus resultierenden Bauaufgabe mit dem vorhandenen Umfeld und der vorhandenen Gebäudesubstanz. Zur Unterstützung dieser Herausforderung stehen sowohl klassische als auch computergestützte Systeme und Verfahren zur Verfügung. Sie unterstützen gleichermaßen die Dokumentation einer ersten Begehung eines Gebäudes als auch die umfangreiche, detaillierte Simulation und Bewertung geplanter Veränderungen. 1XUGLHJHQDXH.HQQWQLVGHU9HUIDKUHQHUP|JOLFKWGHP3ODQHUHLQHTXDOL¿]LHUWH Bauaufnahme.

Zum Aufbau des Buches: Das Buch erläutert die Grundlagen, Geräte und Einsatzmöglichkeiten der Bauaufnahme mit dem Augenmerk auf die Arbeitsabläufe und Anforderungen heutigen Planungsaufgaben. Es ist als Anleitung für den praktischen Architekten gedacht. Zugleich ist das Buch als ein Kompendium zum Stand der Technik in der Bauaufnahme zu sehen. Einige Abschnitte geben einen Ausblick in Systeme und Verfahren, die in nächster Zukunft zu erwarten sind. Deshalb enthalten die Kapitel auch zahlreiche Querverweise und ergänzende detaillierte technische Beschreibungen als vertiefende Erläuterung für den interessierten Fachmann. In den Kapiteln 1-5 sind die Grundlagen für eine digitale Unterstützung der Planung im Bestand beschrieben. Die Kapitel 6-13 enthalten eine Beschreibung der Verfahren des Bauaufmaßes mit dem Schwerpunkt der geometrischen Erfassung. In den Kapiteln 14-18 ist abschließend die konkrete Anwendung der Verfahren in Form von Planungsszenarien wie Sanierung, Facility Management, 'HQNPDOSÀHJHXQGEDXEHJOHLWHQGH(UIDVVXQJEHVFKULHEHQ

Weimar, im September 2008

Inhalt Vorwort

V

Inhalt

VI

1

Planen und Bauen im Bestand

1

2

Bauaufnahme als Modellierungsprozess

7

2.1

Informationen zum Bauwerk

8

2.2

Datenverwaltung im Raumbuch

8

3

Computergestützte Bauplanung

11



2I¿FH$QZHQGXQJHQ

1

3.2

AVA-Systeme

11

3.3

Bildverarbeitungs- und Desktop Publishing Systeme

12

3.4

CAD- und CAAD-Systeme

13

3.5

Modellier- und Visualisierungssoftware

13

4

Geometrisches Modellieren in CAD / CAAD

15

4.1

2D- und 3D-Linienmodell

15

4.2

3D-Modell

16

4.3

3D-Bauteilmodell

18

4.4

Bauwerksinformationsmodell (BIM)

20

4.5

Datenstrukturierung im CAAD

21

4.6

CAAD-Funktionalität für Umbauplanung

23

5

Rechtliche und wirtschaftliche Grundlagen

25

6

Grundlagen und Systematik der Geometrieerfassung

31

6.1

Abbildung und Modellierung

31

Inhalt 6.2

Genauigkeiten

33

6.3

Darstellungstiefe und Generalisierung

35

6.4

Herstellen geometrischer Bezüge

37

6.5

Vorüberlegungen bei der Gebäudeaufnahme

40

7

Verwendung zeichnerischer Bestandsvorlagen

43

7.1

Digitalisierung von Bestandsvorlagen

43

7.2

Vektorisierung von Bestandsvorlagen

44

7.3

Hybride Raster-Vektor-Bearbeitung

46

8

Handaufmaß

47

8.1

Einrichten eines Messnetzes

48

8.2

Nivellement

49

8.3

Distanzmessung

51

9

Computergestütztes Handaufmaß

53

9.1

Zeichnungsorientierte Systeme

54

9.2

Flächen oder Raum orientierte Systeme

55

10

Tachymetrie

61

10.1

Tachymetrie: Grundprinzip

62

10.2

Tachymetrie: Messwertverarbeitung

64

10.3

Tachymetrie: Technische Beschreibung

71

10.4

Stationierung: Bestimmung des Gerätestandortes

80

11

Photogrammetrie

85

11.1

Photogrammetrie: Grundprinzip

86

11.2

Photogrammetrie: Einbildauswertung

87

11.3

Photogrammetrie: Mehrbildauswertung

92

11.4

Photogrammetrie: Stereobildauswertung

95

11.5

Photogrammetrie: Technische Beschreibung

97

VII

VIII

Inhalt 12

Laserscanning

105

12.1

Laserscanning: Grundprinzip

106

12.2

Laserscanning: Messwertverarbeitung

108

12.3

Registrierung: Verknüpfung mehrerer Punktwolken

112

12.4

Laserscanning: Technische Beschreibung

113

13

Global Positioning System (GPS)

117

13.1

GPS: Grundprinzip

117

13.2

Differential-GPS

118

14

Konzept einer interpretierenden, planungsbegleitenden Erfassung

119

15

Erarbeitung von Raumbüchern und Facility Management

127

16

Umbauplanung (Sanierung / Modernisierung)

133



'HQNPDOSÀHJH

18

Baubegleitende Messungen

151

19

Nachwort

157

20

Anhang

159







1

Literatur

163

Glossar

167

Sachwortverzeichnis

181

1 Planen und Bauen im Bestand Wenn heute von Architektur die Rede ist, kann mit hoher Wahrscheinlichkeit davon ausgegangen werden, dass eine bereits vorhandene Bausubstanz berücksichtigt werden muss. Dies betrifft sowohl das bauliche Umfeld der ArchiWHNWHQDXIJDEHDOVDXFK±LPPHUKlX¿JHU±GLHXQPLWWHOEDUH(LQEH]LHKXQJHLQHV Bestandsobjektes in die Planung. Beide gehen in großem Maße in die EntscheiGXQJV¿QGXQJXQG/|VXQJVHUDUEHLWXQJZ|KUHQGGHU$UFKLWHNWXUSODQXQJHLQ

Abb.: 1.1 Lebenszyklus von Gebäuden, Prozess der Bauplanung und Bestandserfassung

Grundsätzlich ist das Bauen im Bestand geprägt durch folgende Szenarien, die einander durchdringen: A)

Umbauplanung (Sanierung, Modernisierung, Umnutzung)

B)

Erweiterung

C)

Abriss und Neubau

Die Entscheidung für eines dieser drei Szenarien ist hinsichtlich funktioneller, gestalterischer und konstruktiver Kriterien sorgfältig abzuwägen. Die beschreibenden Zustandsgrößen des zu bewertenden Gebäudes bilden die wesentlichen Randbedingungen für die Analyse und Konzeption der Planungsaufgabe. Hier liegt ein wesentlicher Unterschied zum Neubau. Die Bedeutung, die die vorhandene bauliche Situation auf die bauliche Lösung KDWZLUGRIWXQWHUVFKlW]WE]ZYLHO]XVSlWPLWLQGLH(QWVFKHLGXQJV¿QGXQJHLQEHzogen. Wie im architektonischen Entwerfen und Planen generell, sind auch beim Bauen im Bestand die Auswirkungen auf die Sinnfälligkeit (Nutzung, Aufwand, Akzeptanz) der Lösung in früheren Arbeitsphasen weitaus größer, als in späteren Prozessen.

2

1 Planen und Bauen im Bestand Die Erfassung und inhaltlichen Aufbereitung der beschreibenden Informationen zur bestehenden Bausubstanz wird als Bauaufnahme bezeichnet. Die Bauaufnahme besitzt für das Entwerfen, Planen und Bauen im Bestand eine sehr große Bedeutung. Bereits mit Projektbeginn müssen alle planerischen Intentionen unter Berücksichtigung des Gebäudebestandes erfolgen. Im Einzelnen umfaßt die Bauaufnahme u.a.: ƒ Die Klärung des Grundzustandes (globale Werte wie Gesamtfläche, Gesamtzustand, Konstruktionsart, Befunduntersuchungen) ƒ Die schrittweise Detaillierung und Fortschreibung der erfassten Daten (Skizze, Grobkontur der Geschosse, detaillierte Raummaße, detaillierte Konstruktion) ƒ Der Abgleich mit den planerischen Maßnahmen (Anzeigen von Veränderungen im Bestand, Datenformat, Zugriff auf die originär vor Ort aufgenommenen Werte) ƒ Ein einfaches und bauspezifisches Erfassen (einfache Geräte, selbsterklärende, multiple Nutzung) ƒ Ein porträtierendes Arbeiten (das Aufnehmen der Ist-Größen vor Ort und deren direkte Übertragung in digitale Zeichnungen bzw. Modelle) ƒ Eine Aufgaben bezogene Dokumentation und Aufbereitung der Bestands beschreibenden Werte

Abb.: 1.2 Integration der Informationen in den Planungsprozess

Die Forderungen und die Besonderheiten im Planen im Bestand sind dem Architekten nicht immer bekannt oder vertraut. Die besonderen Anforderungen ergeben sich aus den fachlichen und organisatorischen Aspekten und dem aktuellen Stand der Technik. In dem hier diskutierten Aufgabenfeld des Architekten sind dies: ƒ Die Architekturplanung erfolgt heute nahezu vollständig auf digitaler Basis. ƒ Neue Geräte und Systeme der geometrischen, gebäudetechnisch und bauwirtschaftlichen Datenerfassung sind verfügbar. ƒ Der Planungsprozess wird von einer Vielzahl von Fachleuten und Entscheidungsträgern geprägt.

1 Planen und Bauen im Bestand

3

ƒ Der Architekt übernimmt die Rolle des Generalisten. ƒ Die Nutzungsanforderungen an Gebäude bzgl. Flexibilität, technischer Gebäudeausrüstung, Ökonomie und Ökologie sind gestiegen. ƒ Es bestehen strikte zeitliche Vorgaben für Umbau, Planung und Realisierung. ƒ Gebäudebeschreibende und klassifizierende Informationen und entsprechende Berechnungen müssen vom realisierten Objekt vorliegen. Hier gehen die Originalsubstanz und die Umbaumaßnahmen gleichermaßen ein. Bauaufnahme als Erkenntnisprozess Ein digitales, fortschreibbares und parametrisiertes System der Bauwerkserfassung und seine vollständige Integration in den gesamten Planungsablauf kann dazu beitragen, die zuvor beschriebenen Randbedingungen und Forderungenangemessen zu berücksichtigen. Die parallele analytische und konzeptionelle Planungsarbeit und ein schrittweises Begreifen des Bestandsobjektes durch Anreicherung der Informationen sind damit gewährleistet. Neben der Erfassung der geometrischen Gebäude- und Raumgrößen muß parallel eine Informationsverdichtung hinsichtlich der konstruktiven und funktionellen Gebäudebeschreibung (energetisches Verhalten, Brandschutz, Nutzungsverwaltung, Bauregeln und -gesetze) erfolgen. Die Art des Vorgehens hängt von der Aufgabenstellung, der Projektart und -größe ab. Mögliche Aufgaben sind: ƒ Gebäudeverwaltung / Facility Management ƒ Umbauplanung / Sanierung / Modernisierung ƒ historische Dokumentation ƒ Bauschadensanalyse ƒ Bestimmung des statisch-konstruktiven Systems ƒ baubegleitende Einmessung und Fortschreibung der Planungsdaten zur jeweils errichteten Konstruktion (Neubau wie Altbau) ƒ Qualitätssicherung, Mengenermittlung, Abrechnung von Bauleistungen Die jeweils eingesetzten Verfahren und Systeme der Bauwerkserfassung sind entsprechend dieser Aufgaben zu wählen. Die Angemessenheit und die Kompetenz des Bearbeiters sind stets zu beachten. Die Auswahl ist heute sehr groß und reicht von kleinen Systemen zum händischen Erfassen bis zu aufwendigen Gerätschaften des laserbasierten Abtastens von Gebäuden Wo bei einigen Aufgaben eine augenscheinliche Einschätzung zur Qualität der Gebäudesubstanz ausreicht, sind an anderer Stelle exakte Geometrie- und Sachdaten mit genauer Kenntnis der Konstruktion und des Materialgefüges erforderlich.

Ź 15 Erarbeitung von Raumbüchern und Facility Management Ź 16 Umbauplanung (Sanierung / Modernisierung) Ź 'HQNPDOSÀHJH Ź 18 Baubegleitende Messungen

4

1 Planen und Bauen im Bestand Die Bauaufnahme ist ein Erkenntnisprozess, bei dem stufenweise Informationen gesammelt und weiter angereichert werden Durch die Bauaufnahme entsteht ein neues Wissen über die bauliche Situation. Fundierte Bewertungen zum weiteren Vorgehen lassen sich ableiten. Wichtig ist eine fachlich und planerisch orientierte Sicht auf die zu erfassende Bausubstanz. Doch erst ein „Begreifen des GebäuGHV³LPZDKUVWHQ6LQQHGHV:RUWHVHUODXEWHLQHTXDOL¿]LHUWH(LQVFKlW]XQJ

Das Bauaufmaß umfasst lediglich die Vermessung der Gebäudegeometrie und deren Darstellung in Form von zweidimensionalen Zeichnungen (Grundriss, Schnitte, Ansichten) oder dreidimensionalen digitalen Modellen.

"... keiner kann sachgerecht ein Gebäude aufnehmen und in Architekturpläne umsetzen, der nicht gelernt hat, diese zu planen" Michael Korte, aadiplan 2008

Nur ein geometrisches Aufmessen von Gebäuden bildet keine ausreichende Grundlage für planungsbezogene Entscheidungen. Die Erfassung weiteren Gebäude beschreibender Daten ist unabdingbar für des Verstehen der inneren und äußeren Zusammenhänge im bestehenden Gebäude Insbesonders sind dies: Angaben zu Bauformen, Raumgefüge, Konstruktionsarten, Material, Schädigungen, geschichtlichen Zusammenhängen, bautechnischen und bauphysikalischen Kenngrößen. In diesem Zusammenhang ist sehr deutlich zu unterstreichen, dass nur der entsprechend fachlich ausgebildete Planer, ob Architekt oder Ingenieur, in der Lage ist, ein Gebäude baufachlich relevant aufzunehmen. Dazu ist das Begreifen der inhaltlichen und verborgenen Zusammenhänge notwendig. Die Nichtfachleute des Bauens, zu denen auch und gerade die vermessenden Ingenieure zu zählen sind, können zwar ein Gebäude exakt messen, sind aber nicht in der Lage, wirklich verwertbare Aussagen zu einem Bestandsobjekt zu erbringen. Nur der mit der Praxis des Planens und Bauens vertraute Planer ist in der Lage, die richtigen Fragen vor Ort zu stellen und die entsprechenden Daten DXI]XQHKPHQVRZLH(UNHQQWQLVVHGDUDXV]XJHZLQQHQ=XRIW¿QGHWPDQLQGHU Praxis der Bauaufnahme sowohl baufachlich unsinnig oder falsch erfasste Daten. Ein Beispiel sind die Erfassung von Schäden am Gebäude wie Risse, Setzungen oder Schiefstellungen. Durch das geometrische Aufmessen der Schadenssituation ist eine realistische Einschätzung nicht zu leisten. Es gehören Angaben zu Materialübergängen, konstruktivem Versagen sowie fehlerhaften historischen Veränderungen dazu. Diese zu erkennen setzt immer einen großen Sachverstand und praktische Erfahrung voraus. 'LH 8QDEGLQJEDUNHLW GHU IDFKOLFKHQ 4XDOL¿]LHUXQJ LQ GHU %DXDXIQDKPH IKUW zu einem Widerspruch in der Praxis: Der planende und bauende Architekt oder ,QJHQLHXULVWKlX¿JQLFKWLQGHU/DJHHLQH%DXDXIQDKPHZLUNOLFKHI¿]LHQWXQG damit wirtschaftlich durchzuführen, sowie die aktuell zur Verfügung stehenden Verfahren und Systeme zu kennen bzw. zu bedienen. Genau an dieser Stelle soll das Buch ansetzen: Dem Architekten und Bauingenieur kann sich hier mit den Möglichkeiten vertraut machen, welche Systeme nutzbar sind und vor allem welche Ergebnisse zu erwarten sind. Die meisten der hier vorgestellten Verfahren und Erfassungssysteme sind Stand der Technik und haben sich in der Praxis bewährt. In dem Zusammenhang sei darauf verwiesen, dass eine Kenntnis der heute vorhandenen Möglichkeiten auch auf Grund der Rechtssicherheit geboten ist. Der Planer muss den Auftraggeber ausdrücklich auf die Verfügbarkeit und das

1 Planen und Bauen im Bestand

5

zu erwartende Ergebnis in Bezug auf die Bauaufnahme hinweisen. Der Spezialist in der Handhabung anspruchsvoller und moderner Systeme der Bauaufnahme (Tachymetrie, Photogrammetrie u.a.) ist, wie schon erwähnt, ]XQlFKVW NHLQ )DFKPDQQ GHV %DXHQV 'LHVHQ .RQÀLNW DXI]XO|VHQ EHGDUI HV zweier Strategien: Zum einen müssen praktische Architekten und Bauingenieure dieses Arbeitsgebiet als Spezialisierung begreifen und besetzen (einige wenige gibt es bereits). Zum anderen muss die Ausbildung von Studenten der Baudisziplinen dies angemessen berücksichtigen. Die analytische Betrachtung der Bauwerke, Kenntnisse über statisch-konstruktive Zusammenhänge, Handhabung moderner Erfassungs- und Diagnosesysteme sowie die Informationsverwaltung und -veranschaulichung, sind als notwendige Schwerpunkte für die Ausbildung zu nennen. An der Bauhaus-Universität Weimar besteht seit vielen Jahren ein umfassendes Lehrangebot für die diagnostische Bauwerkserfassung als Bestandteil der Revitalisierung von Bauwerken. Die Teilnehmer erfahren Theorie und Praxis der Verfahren zur Bauaufnahme, der Geometrieerfassung und der planerischen Weiterbearbeitung.

Ź www.uni-weimar.de

Ziel der Kapitel 2 bis 4 ist eine Einführung in die computergestützte Bauaufnahme und Bauplanung. Verschiedene Möglichkeiten der Modellierung von Bestandsdaten, insbesondere der Geometrie bilden den Hauptteil. Das Kapitel 5 gibt einen Einblick in die rechtlichen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen der Bauaufnahme.

2 Bauaufnahme als Modellierungsprozess Um Sicherheit in der Planung von Bestandsobjekten zu gewährleisten, ist es notwendig, so viele Informationen wie nötig – und nicht wie möglich – über das Gebäude zu erfassen, in einen entsprechenden Zusammenhang zu stellen und fachgerecht zu dokumentieren. Dabei ist es nicht möglich, alle relevanten Informationen zu Beginn einer Planung zu erfassen. Vielmehr ist es notwendig stets auch neue Erkenntnisse durch eine parallel zum Planungs- und Bauprozess VWDWW¿QGHQGH %DXDXIQDKPH ]X JHZLQQHQ ,P 9HUODXI GHU SODQHULVFKHQ 'XUFKarbeitung und der Bauausführung werden Fragestellungen auftreten, welche nur durch eine auf den Planungsprozess abgestimmte und in diesen integrierte Bestandsaufnahme geklärt werden können. Angefangen von einem skizzenhaften Überblick zur ersten Objektbegehung bis zur Befunduntersuchung eines Verbindungsdetails während der Entwurfsplanung, werden die Daten strukturiert abgebildet und fortlaufend ergänzt. Ein genaues Ordnungssystem und exakte Bezeichnungen bzw. Beschriftungen sind unabdinglich. Wichtig bei der Bauaufnahme ist der direkte Kontakt zum Objekt. Moderne Erfassungstechniken wie Tachymetrie, Laserscanning oder PhotogrammetULH HUODXEHQ HLQH VFKQHOOH XQG HI¿]LHQWH *HRPHWULHHUIDVVXQJ EHGLQJHQ DEHU einen Abstand zur Bausubstanz. Die Messung erfolgt nicht am Objekt, sondern von einem festgelegten Gerätestandort mehrere Meter entfernt. Doch gerade der Kontakt zur Bausubstanz und dessen Erfahrung mit allen Sinnen (Fühlen, Sehen, Hören, Schmecken und Riechen) ist es, welcher dem Planer das zu erfassende Gebäude in all seinen Aspekten begreifen lässt. Daraus folgt, dass stets eine geeignete Kombination der Verfahren und Werkzeuge den Bauaufnahmeprozess bestimmen muss. Die Bauaufnahme stellt sich als ein Prozess der Modellbildung dar: Das Original (das Gebäude) wird in eine modellhafte Abbildung überführt. Damit verbunden ist immer eine Differenzierung auf das Wesentliche. Nur diejenigen Eigenschaften des Originals werden in das Modell übernommen, die für den Zweck der Modellbildung wesentlich sind. Das heißt jede Bauaufnahme stellt eine Interpretation des Originals durch den Aufnehmenden dar. Die Qualität der Bauaufnahme ist YRQGHUIDFKOLFKHQ4XDOL¿]LHUXQJGHV$XIQHKPHQGHQDEKlQJLJ

Ź 10 Tachymetrie Ź 11 Photogrammetrie Ź 12 Laserscanning

8

2 Bauaufnahme als Modellierungsprozess

2.1

INFORMATIONEN ZUM BAUWERK

Im Zuge der Bauaufnahme sind unterschiedliche Inhalte zu erfassen und strukturiert abzulegen: ƒ Geometrische Informationen: Die Geometrie des Bestandsobjektes, welche unter Verwendung verschiedenster Verfahren erfasst und in Form von (digitalen) 2D- oder 3D-Modellen abgebildet wurde. ƒ Sachdaten ((Alphanumerische Informationen): Alle Merkmale des Objektes, die sich mit Hilfe von Buchstaben oder Zahlen beschreiben lassen und nicht direkt aus der Geometrie ablesbar sind (z.B. Materialien, Funktion von Bauteilen, die Jahreszahl der Erbauung oder die Bedeutung von Gebäudeteilen bezogen auf deren Substanzwert). ƒ Beziehungsinformationen (Relationale Informationen): Die Zusammenhänge zwischen einzelnen Objekten, beispielsweise die Zugehörigkeit eines Raumes zu einem Geschoss. ƒ Multimediale Informationen (ergänzende Informationen verschiedenartigen Charakters): Alle informalen Informationen, wie Bilder, Skizzen oder Videos, die einzelnen Objekten zugeordnet werden können. ƒ Baufachliche Einschätzungen Die Bewertung und Würdigung des Gesamtzustandes unter fachlichen Gesichtspunkten, bezogen auf die anstehende Bauaufgabe

Viele dieser Informationen sind während einer Bauaufnahme nicht immer gesichert festzustellen. Oftmals können lediglich Vermutungen und Hypothesen getroffen werden. Bei nicht gesicherten Informationen sind Befunde zu nehmen. Bei durch Ingenieurverstand begründeten Vermutungen, die nicht gesehen oder gemessen wurden, ist es wichtig, diese als solche zu kennzeichnen und gegebenenfalls gesondert abzulegen.

2.2

DATENVERWALTUNG IM RAUMBUCH

Ein geeignetes Ordnungssystem unterstützt die strukturierte Ablage der erfassten Daten. Als technisches Hilfsmittel dient hier das Raumbuch, welches als Kombination aus Text, Zeichnung, Skizze und Bild die verschiedenen Informationen dem Raum zuordnet, und diesen hierarchisch in die Struktur Gebäude, Geschoss, Raumgruppe und Raum einordnet.

2 Bauaufnahme als Modellierungsprozess

9

Abb.: 2.1 Auszug eines Raumbuchs als begleitende schriftliche Dokumentation: Marienstraße 10 Weimar, Fehlhaber, Braunes, 2004

In der klassischen Bauaufnahme entsteht das Raumbuch als schriftliche Dokumentation im Anschluß an die Geometrieerfassung. Im Zuge der digitalen Erfassung ist anzustreben, dass sämtliche Bestandsinformationen – sowohl geometrische als auch nicht-geometrische – gemeinsam verwaltet werden. Verschiedene Aufmaß-Systeme, insbesondere im computergestützten Handaufmaß, unterstützen dieses Anliegen in dem Sinne, dass sowohl die aufgenommene GeometULHDOVDXFK1XW]HUGH¿QLHUWHDOSKDQXPHULVFKHDaten und Multimedia-Daten in einer Raumbuchstruktur verwaltet werden. Bei der Überführung der aufgenommenen Daten in den Planungsprozess erfolgt allerdings wieder eine Trennung: Die Geometrie wird ins CAAD exportiert und die alphanumerischen und multimedialen Daten, werden als schriftliche Dokumentation ausgegeben. +LHULVWHLQ.RQÀLNW]ZLVFKHQGHU:DKOGHV$XIPD‰V\VWHPVXQGGDPLW G verbunden die Wahl der Aufmaßtechnik) und dem erforderlichen Format der abzugebenden bzw. weiterzuverwendenden Daten zu vermeiden. Ziel sollte es immer sein, dass der Auftraggeber mit den aufgenommenen Daten sofort weiterarbeiten kann. Darüber ist der Auftraggeber zu informieren

3 Computergestützte Bauplanung Der Computer als Arbeitsmittel im Architektur- oder Ingenieurbüro ist alltäglicher Standard. Nicht nur die Architekturplanung erfolgt heute digital, ebenso die komplette Büroorganisation, Adress- und Terminverwaltung sowie Recherche und Kommunikation. Für die Planung im Bestand gilt dies ebenso: Die komplette Datenerfassung, angefangen von der Bestandsgeometrie über die Fotodokumentation bis zur Zustands- und Mangelerfassung, erfolgt digital. Der Planer wird dabei von einer Vielzahl unterschiedlicher Applikationen unterstützt, die hier nur im Überblick genannt werden sollen.

3.1

OFFICE-ANWENDUNGEN

Wie die Bezeichnung schon verrät, unterstützen 2I¿FH$QZHQGXQJHQ GHQ Planer bei den alltäglichen Organisations- und Verwaltungsaufgaben im Büro. Die verschiedenen Software-Pakete bieten meist auf die unterschiedlichen Aufgaben zugeschnittene Einzelprogramme zur Textverarbeitung, Tabellenkalkulation, Bildschirmpräsentation, Termin- und Adressverwaltung und einfacher Datenbankbearbeitung. ,P=XJHGHU%HVWDQGVHUIDVVXQJ¿QGHQLQVEHVRQGHUHTabellenkalkulationen und Datenbanken zur Aufnahme von Sachdaten – gerade im Facility Management – ihre Anwendung.

3.2

AVA-SYSTEME

Ausschreibung von Bauleistungen und Kostenschätzungen, Vergabe von Bauleistungen und Kostenanschlag sowie Abrechnung von Bauleistungen und Kostenfeststellung: Dies sind die Aufgaben, die mit Unterstützung von AVASystemen im Planungsbüro bearbeitet werden. Programmtechnisch handel es sich um ein Textsystem mit Rechenfunktionen und Verknüpfung mit multi-medialen Daten. Je nach System werden vielfältige Anwendungen unterstützt, z.B.: ƒ Verwaltung von Raumbüchern ƒ Wohn- und Nutzflächenberechnung

12

3 Computergestützte Bauplanung ƒ Erstellen von Leistungsverzeichnissen ƒ Ausschreibung ƒ Angebotsprüfung ƒ Abrechnung ƒ Kostenschätzung und -kontrolle ƒ Baukoordination ƒ Mengen- und Massenberechnung In der Praxis werden AVA-Systeme oftmals losgelöst von der Planung im CAAD verwendet, dabei können vielfältige Eingangsdaten, wie Raum- und Flächenzuordnungen, Mengen, Massen und Materialien, direkt aus dem CAAD übernommen werden. Dies geschieht entweder durch Datenexport in Tabellen oder über Direktschnittstellen. Voraussetzung für eine durchgängige und fehlerfreie Nutzung ist ein präzise modelliertes Gebäudemodell.

Abb.: 3.1 Überführung der Daten vom Modell zur AVA

3.3

BILDVERARBEITUNGS- UND DESKTOP PUBLISHING SYSTEME

Mit Bildverarbeitungssystemen lassen sich digitale Bilder – beispielsweise gescannte Fotos oder Pläne, digitale Fotos oder Renderings einer Visualisierungssoftware – Aufbereiten, Manipulieren und Montieren. Die digitalen Bilder liegen dabei als Raster- bzw. 3L[HOJUD¿N YRU EHL GHU VLFK GLH %LOGLQIRUPDWLRQ aus einzelnen Bildpunkten zusammensetzt. Jeder Bildpunkt (Pixel) kann separat abgerufen und entsprechend manipuliert werden. Mit Desktop Publishing Systemen (DTP) lassen sich digitale Vorlagen für PrintPublikationen erstellen. Aufgabe dieser Systeme ist weniger die Unterstützung

3 Computergestützte Bauplanung

13

bei der Erstellung von Inhalten, als vielmehr das Zusammenfügen verschiedenartiger Daten aus unterschiedlichen Quellen. DTP-Software verarbeitet sowohl 7H[WDOVDXFK3L[HOXQG9HNWRUJUD¿NHQ Im Gegensatz zum pixelcodiertem Resultat setzt sich eine 9HNWRUJUD¿NDXV mathematisch beschreibbaren Kurven und Linien zusammen. So werden GLH*UD¿NGDWHQGXUFKPDWKHPDWLVFKH)XQNWLRQHQYHUZDOWHW±EHLVSLHOVZHLse wird eine Linie durch zwei Punkte beschrieben und ein Kreis durch die Koordinaten des Mittelpunktes und dessen Radius. Die Funktionalitäten von Bildverarbeitungs- und DTP-Systemen verschwimmen zunehmend miteinander, so lassen sich beispielsweise in %LOGYHUDUEHLWXQJVV\VWHPHQDXFK9HNWRUJUD¿NHQYHUDUEHLWHQXQG%LOGPDQL L pulation in DTP-Systemen vornehmen. Beide Programmgruppen haben mittlerweile einen nicht unerheblichen Stellenwert im Büroalltag erlangt, beispielsweise bei der Gestaltung von Planlayouts oder Fotodokumentationen.

3.4

CAD- UND CAAD-SYSTEME

Im Allgemeinen versteht man unter CAAD-Systemen Werkzeuge, die das Umsetzen und Durcharbeiten verschiedenster Projekte unterstützten. CAD – computer aided design – bezeichnet dabei Systeme, die in der Regel komfortable Zeichen- und Modellierwerkzeuge darstellen, während CAAD – computer DLGHGDUFKLWHFWXUDOGHVLJQ±]XVlW]OLFKDQZHQGHUVSH]L¿VFKH)XQNWLRQHQIUGLH architektonische Planung bereitstellen.

3.5

Ź 4 Geometrisches Modellieren in CAD / CAAD

MODELLIER- UND VISUALISIERUNGSSOFTWARE

Abb.: 3.2 Beispiel für eine Visualisierung: Rekonstruktion der Schloßkapelle Weimar, Florian Scharfe, 2005

Die Präsentation architektonischer Entwürfe in Form von perspektivischen Darstellungen und zum Teil fotorealistischen „Vorwegnahmen“ des Geplanten, gehört mittlerweile zum Standardrepertoire eines Architekturbüros. Modellierund Visualisierungssoftware bieten hierfür weitaus umfangreichere Möglichkeiten, als dies bei CAAD-Software der Fall ist, wobei auch hier die Grenzen verschwimmen und aktuelle CAAD-Systeme umfangreiche Visualisierungswerkzeuge bereitstellen.

4 Geometrisches Modellieren in CAD / CAAD CAD- und CAAD-Systeme bieten vielfältige Möglichkeiten, die Bestandsgeometrie eines Gebäudes abzubilden, angefangen von der einfachen zweidimensionalen Zeichnung bis zum komplexen 3D-Modell. Welche dieser Varianten genutzt werden, hängt letztendlich von verschiedenen Faktoren ab: ƒ der Komplexität des Gebäudes ƒ der Zielstellung der Bauaufnahme bzw. Bestandsplanung ƒ der Leistungsfähigkeit des verwendeten CAAD-Systems ƒ den Verfahren der Geometrieerfassung und damit der Erfassungssoftware An dieser Stelle soll ein kurzer Überblick über die verschiedenen Modellierungsmöglichkeiten innerhalb des CAD bzw. CAAD geschaffen werden. Inwieweit die Erfassungssysteme die Art der Geometrieabbildung unterstützten, wird im Zuge der Verfahrensbeschreibung in den Kapiteln 7 bis 13 erläutert.

4.1

2D- UND 3D-LINIENMODELL

Die wohl einfachste Art der Modellierung ist die Abbildung der Bestandsgeometrie in Form zweidimensionaler Schnittdarstellung: Grundrisse, Schnitte, Ansichten. Die Zeichnungen setzen sich dabei aus einzelnen elementaren CAD-Objekten zusammen, die als Vektordaten in nur zwei Dimensionen – der x- und y-Richtung – beschrieben werden. Die Sichten auf das Bestandsobjekt sind völlig unabhängig voneinander. Sollen verschiedene Ansichten eines Objektes dargestellt werden, ist eine separate 2D-Zeichnung anzufertigen. Werden die elementaren CAD-Objekte im dreidimensionalen Raum durch Beschreibung ihrer Koordinaten in x, y und z angeordnet, erhält man als einfachste Form der 3D-Modellierung ein 3D-Linienmodell.

16

4 Geometrisches Modellieren in CAD / CAAD

Abb.: 4.1 Übersicht der elementaren CAD-Objekte, die auf der Ebene (2D-CAD) oder im Raum (3D-CAD) angeordnet sein können

4.2

3D-MODELL

Weitere Formen der 3D-Modellierung sind Flächen- und Volumenmodelle. Bei Flächenmodellen werden zur Darstellung eines Objektes ebene oder räumliFKH)OlFKHQ5HJHOÀlFKHQRGHU)UHLIRUPÀlFKHQ YHUZHQGHW9ROXPHQPRGHOOH hingegen beschreiben die Geometrie in ihrer Körperlichkeit. Gegenüber dem 3D-Linienmodell ermöglichen Flächen- und Volumenmodelle die Berechnung von verdeckten Linien und Schattierungen sowie die Schnittbildung. Beim Flächenmodell ergeben sich im Schnitt ausschließlich Schnittkanten, während im 9ROXPHQPRGHOODXIJUXQGGHU.|USHUOLFKNHLW6FKQLWWÀlFKHQEHUHFKQHWZHUGHQ können.

Abb.: 4.2 3D-Grundprimitive zur Generierung von Volumenmodellen

=XU *HQHULHUXQJ YRQ 9ROXPHQPRGHOOHQ ZLUG KlX¿J DXI '*UXQGSULPLWLYH zurückgegriffen oder das Modell entsteht durch so genannte Sweep-Operationen, bei denen der Körper anhand einer geschlossenen Kontur und einer Kurve gebildet wird.

4 Geometrisches Modellieren in CAD / CAAD

17

Abb.: 4.3 Verschiedene Formen der Sweep-Modellierung: Translation, Rotation, Verjüngung und Verbindung zweier Konturen (von links nach rechts)

Anhand eines 3D-Modells lassen sich zweidimensionale Projektionen – Schnitte und Ansichten – ableiten. Je nach verwendetem System können diese auch assoziativ sein, d.h. Änderungen am Modell werden in der zweidimensionalen Projektion mitgeführt. Während in der Neubauplanung 3D-Linienmodelle kaum eine Rolle spielen, ¿QGHQ VLH EHL GHU %HVWDQGVHUIDVVXQJ ± LQVEHVRQGHUH LQ GHUTachymetrie, der Mehrbildphotogrammetrie und im /DVHUVFDQQLQJ ± KlX¿JHU 9HUZHQGXQJ 'DV 3D-Liniengerüst dient dabei meist als Grundlage zur Ableitung von 2D-Zeichnungen, oder zur Modellierung eines 3D-Flächen- oder Volumenmodells.

Ź 10 Tachymetrie Ź 11.3 Photogrammetrie: Mehrbildauswertung Ź 12 Laserscanning

6HKU KlX¿J HUIROJW DXFK HLQH ]ZHLGLPHQVLRQDOH Modellierung im dreidimensionalen Raum. Dabei werden 2D-Schnittdarstellungen auf einer Bezugsebene erzeugt, welche im dreidimensionalen Raum angeordnet ist.

Abb.: 4.4 zweidimensionale Schnittdarstellungen, angeordnet im 3D-Raum

18

4 Geometrisches Modellieren in CAD / CAAD

4.3

3D-BAUTEILMODELL

Während die vorangehend beschriebenen 2D- und 3D-Modelle den allgemeinen Funktionsumfang von CAD-Systemen darstellen, gehen CAAD-Systeme noch einen Schritt weiter. Sie bieten spezielle, für die architektonische Planung konzipierte Objekte zur dreidimensionalen Modellierung von Bauteilen: Wände, Stützen, Decken, Träger, Fenster etc.

Abb.: 4.5 Prinzip der Vorgehensweise bei Zeichnungsorientiertem CAD (oben) und bauteilorientiertem CAAD (unten)

Die Bauteile werden zwar mit Hilfe von Flächen- oder Volumenmodellen dargestellt, ihre Erzeugung erfolgt allerdings automatisiert durch Eingabe verschiedener Parameter Für eine Wand werden beispielsweise Anfangs- und Endpunkt

4 Geometrisches Modellieren in CAD / CAAD sowie Höhe und Breite, für ein Fenster Höhe, Breite, Brüstungshöhe sowie Anzahl und Ausprägung der Flügel angegeben. Neben diesen geometrischen Parametern verfügen die Bauteile auch über nicht-geometrische Eigenschaften, wie z.B. Schichtenaufbau und Materialität sowie die Möglichkeit der Auswertung von Mengen und Massen. Es gibt auch 2D-CAD-Systeme die spezielle Funktionen zur Darstellung von Wänden, Türen, Fenster etc. bereitstellen und damit als CAAD bezeichnet werden können. Dabei handelt es sich aber um komfortable architektonische Zeichenbefehle und nicht um modellierte Bauteile. Anhand eines komplett dreidimensional modellierten Gebäudes lassen sich assoziativ Schnitte und Ansichten generieren, Raum- und Bauteillisten erzeugen sowie Mengen- und Massen auswerten. Damit verbunden sind jedoch erhöhte Aufwendungen in der Erstbeschreibung und in der Komplexität der Daten gegenüber einer reinen 2D-Zeichnungserstellung. Die einfache Weitergabe der Daten und Benutzung der Informationen in anderen Systemen ist derzeit ebenso nicht garantiert. Auch wenn die Praxis oftmals anders aussieht, in der Neubauplanung sollte diese Vorgehensweise mittlerweile Standard sein. Die gängigen bauteilorientierten CAAD-Systeme bieten alle nötigen Funktionen, um ein dreidimensionales Gebäudemodell mit angemessenem Aufwand zu erstellen. Gerade diese Ausrichtung auf die Planung und Modellierung von Neubauten steht der direkten Bestandserfassung in einem CAAD-System oftmals im Weg. %HLGHU(UIDVVXQJYRU2UWN|QQHQQXUGLHVLFKWEDUHQ%DXWHLOREHUÀlFKHQ5DXP U EHJUHQ]HQGH2EHUÀlFKHQ DXIJHQRPPHQZHUGHQ 'LHGDKLQWHUOLHJHQGH.RQVWruktion, so wie auch deren maßliche Ausprägung (beispielsweise die Dicke einer Wand) bleiben zunächst verborgen. Das exakte Maß ergibt sich durch ErfasVXQJGHUJHJHQEHUOLHJHQGHQ%DXWHLOREHUÀlFKHDOVRHUVWLPVSlWHUHQ9HUODXI der Bauaufnahme. Verborgene Bauteilbegrenzungen wie beispielsweise nichtsichtbare Materialwechsel in der Konstruktion, können ohne zerstörungsbehaftete Verfahren nicht aufgenommen werden. Bei der Konstruktion eines Neubaus im &$$' ZHUGHQ GDJHJHQ GLH HLQ]HOQHQ %DXWHLOH PLW YRUGH¿QLHUWHQ 0D‰HQ erzeugt. Die Struktur des Bauwerksmodells entspricht in erster Linie einer Konstruktionsgliederung in Bauteile und Baugruppen. Diese Vorgehensweise spiegelt sich in der Funktionsweise entsprechender Bauaufmaß-Software, insbesondere im computergestützten Handaufmaß, wieder: Die Strukturierung des Gebäudemodells erfolgt nicht konstruktionsbezogen nach Bauteilen und Baugruppen, sondern raumorientiert. Zwar existieren diverse Softwarelösungen mit Direktschnittstellen zu CAAD-Systemen, allerdings ist in den meisten Fällen ein manuelles oder zumindest halbautomatisches Nachmodellieren von Wänden anhand der gemessenen Raumumgrenzung notwendig. Soll ein 3D-Bauteilmodell des Bestandes erstellt werden, ist in den meisten Fällen zunächst der Umweg über eine linienhafte Erfassung (2D oder 3D)

19

4 Geometrisches Modellieren in CAD / CAAD

20

Ź 7.2 Vektorisierung von Bestandsvorlagen

Abb.: 4.6 Halbautomatisch erstelltes 3D-Bauteilmodell aus einer 2D-CAD-Zeichnnung, System hylasFM, Kubit

notwendig, um anschließend das Bauteilmodell zu erstellen. Für einige CAADSysteme existieren Erweiterungen, welche die halbautomatische Erstellung eines 3D-Bauteilmodells aus einer 2D-CAD-Zeichnung erlauben, zum Teil auch durch Vektorisierung aus gescannten Plänen Diese Vorgehensweise ist aber in den meisten Fällen mit einem nicht unerheblichen Nachbereitungsaufwand verbunden. Problematisch ist weiterhin die Frage der inhaltlichen Korrektheit derartiger Bestandszeichnungen in Bezug auf die tatsächliche Situation. Im Rahmen einer Forschungsarbeit an der Bauhaus-Universität Weimar [2] wurde ein Prototyp zur Erweiterung eines bauteilorientierten CAAD-Systems entwickelt (CiBA - CAAD integrierte BestandsAufnahme), die es erlaubt, mit Verfahren des computergestützten Handaufmaßes und der Tachymetrie direkt ein 3D-Bauteilmodell zu erstellen. Die Vorgehensweise stellt dabei eine Kombination aus raumorientierter Erfassung und Bauteilmodellierung wie im Neubau dar.

Abb.: 4.7 Prototyp CiBA: Bestandsaufnahme als Integration in ein handelsübliches CAAD-System

'LH$EELOGXQJGHV%HVWDQGHVPLW+LOIHYRQ'%DXWHLOHQZLUGLPPHUKlX¿JHUYRQ Auftraggebern gefordert. Gerade zur Modellierung technischer Anlagen erscheint dies sinnvoll. Entsprechende &$$'(UZHLWHUXQJHQ ELHWHQ KLHUIU VSH]L¿VFKH 3D-Bauteile für Gebäudetechnik und Leitungssysteme.

4.4

BAUWERKSINFORMATIONSMODELL (BIM)

Building Information Modelling – kurz BIM – ist in den letzten Jahren zu dem Schlagwort der CAAD-Industrie zur Vermarktung ihrer Softwarelösungen geworden. BIM steht für das Konzept der ganzheitlichen Gebäudedatenmodellierung, d.h. sämtliche relevanten Gebäudedaten werden in einem Modell oder Modellverbund verwaltet, welches allen beteiligten Fachgebieten zur Verfügung steht. Anhand dieses Gebäudemodells lassen sich alle notwendigen Sichten – Grundrisse, Schnitte, Ansichten, Details, Raum- und Bauteillisten, statische Systeme etc. – ableiten. Änderungen im Projekt werden aufgrund der gemeinsamen Datenbasis automatisch in allen Sichten abgeglichen. Um das Gebäudemodell allen am Bau Beteiligten zur Verfügung stellen zu können, ist ein verlustfreier Datenaustausch zwischen den verschiedenen Fachapplikationen notwendig. Zu diesem Zweck wird von der IAI – der Industrie

4 Geometrisches Modellieren in CAD / CAAD Allianz für Interoperabilität, einem Zusammenschluss von mehr als 650 internationalen Firmen aus 22 Länder der Baubranche (www.buildingsmart.de) – das standardisierte Datenformat IFC (Industry Foundation Classes) entwickelt. Die IFC beschreibt die einzelnen Bauteile in ihrer Geometrie, ihren nicht-geometrischen Eigenschaften und ihren Beziehungen untereinander. Des Weiteren kodiert sie die Projektstruktur gegliedert nach Grundstück, Gebäude, Gebäudeabschnitt, Geschoss und Raum.

21

Ź www.buildingsmart.de

Während die IFC für den Neubaubereich bereits umfassend beschrieben sind, ist dies für die Planung im Bestand nicht so. Insbesondere Zustandsbeschreibungen von Bauteilen sowie konkrete Schäden und Mängel, wie sie beispielsweise die DIN 1356 – 6 vorsieht, können nicht ohne Weiteres abgebildet werden. Die Forschung verfolgt für die Gebäudedatenmodellierung im Bestand das Konzept des dynamischen Bauwerksmodells. Während marktübliche CAAD-Systeme eine feste Strukturierung in Raum- und Bauteilobjekte sowie deren geometrische Ausprägung vorsehen, ermöglicht ein dynamisches Modell jederzeit die nutzer- und projektorientierte Anpassung an die Erfordernisse des Bestandsgebäudes. Dies ist aufgrund des unikaten Charakters und der zum Teil sehr komplexen Geometrie sowie Gebäudetopologie unabdingbar. Die aktuelle Entwicklung zielt auf die Integration von IFC-Daten in das G\QDPLVFKH0RGHOOXQGGHUHQ$QSDVVXQJDQGLHVSH]L¿VFKHQ(UIRUGHUU nisse der Bestandsplanung. Im Rahmen einer Forschungsarbeit an der Bauhaus-Universität Weimar wurde das Konzept einer Bestands integrierenden Planung auf Basis des BIM-Systems entwickelt und in Teilen prototypisch umgesetzt. Die KonzepWLRQVLHKWGLHIQIVWX¿JH*OLHGHUXQJGHU%HVWDQGVHUIDVVXQJXQGSODQXQJ vor. Die Inhalte der Projektstufen sind abhängig von den erforderlichen planerischen Aussagen in der jeweiligen Bearbeitungsphase: Gebäudeskizze, Geschossstruktur, Raumgefüge, Bauteilgerüst und Bauteildetails [1]. Hierfür wurde das BIM-System um Raumbuchfunktionen ergänzt, die speziell für die Bestandsplanung optimiert sind.

4.5

DATENSTRUKTURIERUNG IM CAAD

Neben der Modellierung von Bestandsdaten kommt der Strukturierung der Daten in einer Bestandsaufnahme eine wesentliche Bedeutung zu. Die zugrunde liegende Modellierung in CAAD erlaubt zunächst das Strukturieren der Elemente HQWVSUHFKHQGLKUHU,GHQWL¿]LHUEDUNHLWXQGORJLVFKHQ=XJHK|ULJNHLW]% ƒ Grafische Differenzierung durch Farbe, Linienstärke und –art ƒ Zusammenfassung in Layern (auch Ebenen oder Teilbilder) ƒ Zusammenfassen von Elementen in benannten Gruppen (mit der Möglichkeit der Mehrfachzuordnung)

Ź 14 Konzept einer interpretierenden, planungsbegleitenden Erfassung

22

4 Geometrisches Modellieren in CAD / CAAD ƒ Vordefinition von wiederkehrenden Modellteilen in Blöcken oder Makros ƒ Identifizierbare Bauteile in CAAD-Systemen Begründete Vermutungen sollten auf einem separater Layer abgelegt werden, um diese als solche kenntlich zu machen. Verschiedene CAAD/BIMSysteme bieten auch Funktionen für Freihandanmerkungen bzw. Hinweisfelder. Wichtig ist vor allem, dass Vermutungen eindeutig von gesicherten Informationen zu unterscheiden sind. Zur Verwaltung mehrerer Zeichnungen eines Projektes ist es zweckmäßig diese in verschiedenen Dateien zu organisieren. Viele CAAD-Systeme unterstützten dies durch eine integrierte Projektverwaltung, welche verschiedene Dateien über eine zentrale Projektverwaltungsdatei gemeinsam organisiert. Die Form der Organisation der Bestandsdaten in einzelnen Dateien, sowie die 6WUXNWXULHUXQJLQQHUKDOEGHU'DWHLHQLQ/D\HUQXQGGLHJUD¿VFKH 'LIIHUHQ]LHUXQJLVWYRUDELQHLQHP3ÀLFKWHQKHIWIHVW]XOHJHQ2IWPDOVHUIROJW I dies auch durch den Auftraggeber. Unabhängig davon ist stets vor Beginn der %DXDXIQDKPHGLHVHV3ÀLFKWHQKHIWVRUJIlOWLJPLWGHP$XIWUDJJHEHU abzustimmen.

Ź www.bfr-gbestand.de

*UXQGVlW]HIU$XIEDXXQG,QKDOWHLQHVVROFKHQ3ÀLFKWHQKHIWHVELHWHQEHLspielsweise die „Baufachlichen Richtlinien Gebäudebestand“, herausgegeben durch das Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen. In &$'6\VWHPHQ N|QQHQ PLW GHU 'H¿QLWLRQ YRQ %O|FNHQ RGHU 0DNURV DXFK Attribute und Abfragemechanismen vereinbart werden. Dies ist der neutralste und einfachste Weg der Verbindung von Geometrie und Sachdaten. So lassen VLFK EHLVSLHOVZHLVH %HVFKULIWXQJVEO|FNH IU 5DXPVWHPSHO YRUGH¿QLHUHQ ZHOFKH1XW]HUGH¿QLHUWH Attribute für Nutzungsart oder Bodenbelag enthalten. Zur Weiterverarbeitung dieser Sachdaten können die Attributwerte in Tabellen verschiedener Formate exportiert werden. 0LWGHU%DXWHLOGH¿QLWLRQVLQGLQCAAD neben ergänzenden Attributen auch die Relationen zueinander („schließt an Wand an“, „bildet Öffnung in Wand“) und die Verhaltensweisen („stellt sich im Abbildungsmaßstab von 1:1oo als einfacher 6WULFKGDU³ EHVFKUHLEEDU(LQH$XVZHUWXQJNDQQLQIUHLNRQ¿JXULHUEDUHQ%DXWHLOtabellen erfolgen. Externe Dateien – beispielsweise Multimedia-Daten – lassen sich bereits bei CAD-Systemen über externe Verknüpfungen (sogenannte Hyperlinks) einem oder mehreren Objekten zuordnen. Die Verknüpfung speichert den Pfad zu einer externen Datei welche sich aus dem CAD-System heraus öffnen und bearbeiten lässt. Für eine Datenstrukturierung, deren Anforderungen über die Möglichkeiten des &$$'KLQDXVJHKHQ±EHLVSLHOVZHLVHIUGLH'DWHQHUIDVVXQJLP )DFLOLW\0DQDJHPHQW±JLEWHVPLWWOHUZHLOH(UZHLWHUXQJHQIUCAAD/BIMSysteme, die die Strukturierung mit Hilfe relationaler Datenbanken ermög-

4 Geometrisches Modellieren in CAD / CAAD

23

lichen. Beliebig komplexe Datenstrukturen und insbesondere relationale Beziehungen können abgebildet und mit der Geometrie verknüpft werden.

4.6

CAAD-FUNKTIONALITÄT FÜR UMBAUPLANUNG

Zunehmend bieten CAAD-Systeme spezielle für die Umbauplanung zugeschnittene Funktionen – selten als integrierter Bestandteil, meist als ergänzendes Modul. Diese Umbaufunktion zielt auf die gemeinsame Verwaltung von Bestandsgeometrie und Neuplanung in einem CAAD-Projekt. Auf Basis eines 3D-Bauteilmodells ist es möglich, einzelne Bauteile verschiedenen Phasen (unterschieden nach Bestand, Abbruch oder Neubau) zu zuordnen. Anhand dieser Zuordnung können automatisch verschiedene Sichten auf das Modell generiert werden: ƒ Bestandsmodell: Lediglich die Bestandselemente werden dargestellt ƒ Umbaumodell: Bestand und Neubauplanung werden in einem Modell dargestellt. Zur Unterscheidung werden meist die gängigen grafischen Differenzierungen – grau für Bestand, gelb für Abbruch und rot für Neubau – verwendet. Es können aber auch Nutzer definierte Darstellungen verwendet werden. ƒ Revisionsmodell: Lediglich das Ergebnis der Umbauplanung wird dargestellt. Die abgebrochenen Bauteile sind nicht sichtbar. Während der Planung bleibt somit die Bestandsgeometrie unverändert im Gebäudemodell erhalten, lediglich die Sicht auf das Modell wird in Abhängigkeit von der betrachteten Phase angepasst.

Abb.: 4.8 CAAD-Umbauplanung: Bestandsplan (links) und Umbaumodell (rechts), System PALLADIO X, acadGraph

5 Rechtliche und wirtschaftliche Grundlagen Die Bauaufnahme als maßliche und inhaltliche Erfassung der Bausubstanz war schon immer eine Leistung von Baumeistern und Architekten. Einen guten geschichtlichen Überblick gibt dazu Petzold [26]. Ein vorhandenes Gebäude in Rissen zu dokumentieren, spiegelt sich in zahllosen historischen und neuzeitlichen Darstellungen wieder.

Abb.: 5.1 Grundriss Johanneskirche Gera (links) und Kooperative Gesamtschule Jena (rechts), nitschke-donath architekten weimar

Die Planungsleistung des Architekten ist rechtlich als „eine dem Gesamtergebnis geschuldete Leistung bzw. Tätigkeit“ (siehe Literatur zum Architektenrecht, unter anderem Neuenfeld [24]) zu sehen. Welche Leistungen dazu im Einzelnen zu erbringen sind, ist in der HOAI [17] nicht festgelegt. Dennoch ist der Architekt verantwortlich „alle notwendigen Leistungen“ für eine gesicherte Planung zu erbringen. Am Ende steht das zum bestimmungsgemäßen Gebrauch geeignete Bauwerk, bzw. im Falle des Planens im Bestand und in der 'HQNPDOSÀHJHGDVXPJHEDXWHPRGHUQLVLHUWH oder restaurierte Gebäude. Inwiefern die Erfassung des Bestandsgebäudes dort mit eingeschlossen ist, bleibt offen. In Deutschland besteht lediglich die HOAI als rechtsverbindliche Vorschrift für die Vergütung von (Teil-) Leistungen des Planens, die zum oben genannten Ergebnis führen. Im Grunde genommen ist sie die einzige Beschreibung, wo ein „Leistungskatalog“ für typische und QRWZHQGLJH7HLO /HLVWXQJHQGHV3ODQHUVJHVFKLOGHUWXQGPLWHLQHP¿QDQ]LHOlen Gegenwert versehen ist. Die Leistungen, die alle Tätigkeiten zum maßlich wie inhaltlich-fachlichen Erfassen einschließen, sind dabei aber als so genannte „Besondere Leistungen“ aufgeführt und nicht weiter aufgeschlüsselt.

26

5 Rechtliche und wirtschaftliche Grundlagen Leistungsphasen HOAI

Tab.: 5.1 Bestandserfassung als Besondere Leistung (HOAI)

LP

Grundleistungen

1

Grundlagenermittlung

besondere Leistungen

u.a. Klären Beraten Formulieren Zusammenfassen.

u.a. Bestandsaufnahme

2 ... 8

...

...

9

Objektbetreuung und Dokumentation u.a. Objektbegehung Überwachen der Mängelbeseitigung Freigabe von Sicherheitsleistungen Zusammenstellung Dokumentation

u.a. Erstellen von Bestandsplänen

Im vorangehenden Kapitel zum Planen im Bestand wurde inhaltlich begründet, dass die Bestandsaufnahme (Geometrie + Sachdaten) zu den unabdingbaren und unmittelbar in die Planung zu integrierenden Leistungen gehört. Die Praxis sieht anders aus und ist von Projekt zu Projekt verschieden (Szenarien der Bestandsaufnahme Kapitel 15 - 18). Oft existieren zeichnerische Dokumentationen, von denen der Auftraggeber gern voraussetzt, dass diese als Ausgangslage für die Planung genügen, so dass der Architekt also keine „Besonderen Leistungen“ gelten machen kann. Hier ist Vorsicht geboten: Bei der Übernahme vorhandener Pläne sollte die Gewährleistung für diese vertraglich ausgeschlossen werden. Ansonsten haftet der Planer bei fehlenden oder falschen Informationen gegenüber dem Auftraggeber. Den Auftraggeber frühzeitig über mögliche Konsequenzen falscher Ausgangsinformationen zu informieren, obliegt der %HUDWXQJVSÀLFKWGHV$UFKLWHNWHQ In anderen Fällen wird ein externes Büro, welches Erfassungsleistungen anbietet, beauftragt, derartige Pläne zuzuarbeiten. Hier besteht die Gefahr, dass die vorhandenen Unterlagen unkritisch übernommen bzw. nicht mit baufachlichem Sachverstand überprüft werden. Des Weiteren besteht das Problem, dass die komplexen Gebäudeinformationen sich nur ungenügend in der Semantik von Zeichnungen und textlichen Beschreibungen wiedergeben lassen. Hinzu kommt, dass unterschiedliche Projekte verschiedene Ausgangsdaten verlangen: Während teilweise einfache Raumübersichten ausreichend sind, bedarf es an anderer Stelle komplexer detaillierter 3D-Bauteilmodelle für eine CAAD-Bearbeitung. Ź 4.4 Bauwerksinformationsmodell

Im Fortgang des Buches wird deshalb eine schrittweise Anreicherung des digitalen Modells mit Gebäudeformationen parallel zur Planung begründet und die Werkzeuge dazu beschrieben.

5 Rechtliche und wirtschaftliche Grundlagen

27

In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage nach Verantwortung und Haftung. 8QWHUOlVVW GHU 3ODQHU HLQH GHWDLOOLHUWH PD‰OLFKH ZLH IDFKVSH]L¿VFKH 8QWHUVXchung, wozu auch Holzschutzgutachten, statische Gutachten, Bodengutachten, Materialgutachten oder Brandschutzgutachten zählen, so trägt er die VerantZRUWXQJXQGVLHKWVLFK±ZLHGLH3UD[LV]HLJW±RIWUHFKWOLFKHQXQG¿QDQ]LHOOHQ Klärungen ausgesetzt. Mittlerweile gelebte Praxis bei kleineren und mittleren Projekten ist der Umstand, dass „sich der Architekt selbst kümmern muss“, womit er auch gut beraten ist. Mit den Experten der einzelnen Ingenieur- und Fachdisziplinen zu einer detaillierten Einschätzung zu kommen, muss das Ziel einer jeden Planung sein, die sich im einfachsten Fall in einer Baudokumentation niederschlägt. Im wünschenswerteren Fall in einer projektbegleitenden, laufend aktualisierten Fortschreibung der Gesamtsituation, also des Bestandes, sowie der planerisch erarbeiteten Informationen bzw. Änderungen des Objektes. Dies schließt keinesfalls aus, dass der Architekt Experten für die maßlich-geometrische Erfassung sowie die konstruktions- bzw. materialbezogene Zustandsbeschreibung hinzuzieht. Dem Architekten obliegt es, dazu einen integrierenden, realistischen Gesamteindruck zu erarbeiten. An dieser Stelle schließt sich die Frage nach der Vergütung dieser Leistungen an. Hierfür existieren zahlreiche Empfehlungen und Richtlinien, die alle unverbindlich, da als „Besondere Leistungen“ frei auszuhandeln sind. Wie für planerische Leistungen des Architekten, bildet auch für die Bestandserfassung der § 15 – Leistungsbild Objektplanung für Gebäude, Freianlagen und raumbildende Ausbauten – der Honorarordnung für Architekten und Ingenieure, die Grundlage für die Leitungsvergütung, in dem die Bestandsaufnahme als „Besondere Leistung“ zu honorieren ist [17]: Die Architektenkammer Berlin hat für die Vergütung der Erstellung von Bestandsplänen und der Bestandserfassung auf Basis der HOAI ein )DOWEODWW±+LQZHLVH]X+RQRUDUHQIU%HVRQGHUH/HLVWXQJHQEHL8PEDX 0RGHUQLVLHUXQJXQG,QVWDQGVHW]XQJLP:RKQXQJVEDX±KHUDXVJHJHEHQ welches auch online verfügbar ist (www.ak-berlin.de). Das Internet-Portal baunetz.de bietet als Service einen Online-Kostenrechner für die Bestandsdatenerfassung. Dieser ermittelt anhand der %UXWWRJHVFKRVVÀlFKHGHP*HElXGHW\SXQGGHP6FKZLHULJNHLWVJUDGGHU *UXQGULVVVWUXNWXUGHP$FKVV\VWHPXQGGHU2EHUÀlFKHQVWUXNWXUHWFGHQ entsprechenden Honoraransatz (www.baunetz.de/fachplaner/kostenrechner_bestandsdatenerfassung). Zusätzlich zu diesen in den Leistungsphasen verankerten „Besonderen Leistungen“ können u.a. folgende weitere (Bauaufnahme-) Leistungen für Umbauten und Modernisierungen vereinbart werden:

Ź www.ak-berlin.de

Ź www.baunetz.de

28

5 Rechtliche und wirtschaftliche Grundlagen ƒ maßliches, technisches und verformungsgerechtes Aufmaß ƒ Schadenskartierung, Befunduntersuchungen ƒ Ermitteln von Schadensursachen Fachlich sollten sie ohnehin Bestandteil einer planungsbegleitenden Bauaufnahme sein. Die Honorarordnung besagt nur, dass für diese Arbeiten auch eine gesonderte Vergütung erwirkt werden kann.

Ź 6.3 Darstellungstiefe und Generalisierung

Über den Umfang des Honorars bei Planungen im Bestand gibt der § 24 – Umbauten und Modernisierungen von Gebäuden – insofern Auskunft, als eine Erhöhung des Honorars laut Honorartafel je nach Schwierigkeitsgrad zwischen 20% und 33 % zu vereinbaren oder die Honorierung für die Grundlagenermittlung (LP 1) zu erhöhen ist. Eine normierte Grundlage für den Inhalt der zeichnerischen Dokumentation der Bauaufnahme bietet die DIN 1356 Teil 6 (Technische Produktdokumentation Bauzeichnungen - Bauaufnahmezeichnungen). Neben den notwendigen zeichnerischen Inhalten werden auch erforderliche textliche Inhalte, sowie eine Systematik zur Dokumentation von Bauschäden aufgeführt. Die notwendigen Inhalte der Bestandsdokumentation leiten sich aus dem voraussichtlichen Verwendungszweck ab und werden in zwei Informationsdichten unterschieden: Informationsdichte I Zeichnerische Darstellungen

Textliche Inhalte

ƒ/DJHSODQ0  ƒ]XP9HUVWlQGQLVGHUBauaufnahme notwendige Grundrisse, $QVLFKWHQ6FKQLWWHQ0 1:100) ƒ«

ƒ5DXPEH]HLFKQXQJPLW*UXQGULVVÀlFKH ƒ1XW]HU1XW]XQJVDUW ƒ%DXZHUNVW\S ƒ«

Informationsdichte II

Tab.: 5.2 Informationsdichten nach DIN 1356-6

Zeichnerische Darstellungen

Textliche Inhalte

ƒ/DJHSODQPLQGHVWHQV0  ƒ]XP9HUVWlQGQLVGHUBauaufnahme notwendige Grundrisse, Ansichten, Schnitten PLQGHVWHQV0  ƒ«

ƒPLQGHVWHQV,QKDOWHGHU6WXIH, ƒ.RQVWUXNWLRQXQG6WUXNWXUGHU:lQGH Böden, Decken ƒ%H]HLFKQXQJYRQ%DXPDWHULDOXQG)DUEHQ ƒ «

1HEHQHLQHU$XÀLVWXQJQRWZHQGLJHU]HLFKQHULVFKHUXQGWH[WOLFKHUU ,QKDOWHIKUW die Norm eine große Anzahl von Zusatzleistungen auf, die in Abhängigkeit von der Aufgabenstellung beauftragt werden können. Beispiele hierfür sind u.a.: ƒ Graphische Darstellungen vom Bestand wie Computerbilder und Computeranimationen

5 Rechtliche und wirtschaftliche Grundlagen

29

ƒ Erfassung und Darstellung von Bauschäden ƒ Angaben zur Baugeschichte, Hinweise auf frühere Bauzustände und Nutzungen, Aswerten von Archivunterlagen ƒ nachvollziehbare fotografische Dokumentation mit genauen Angaben zum Zeitpunkt und den Umständen der Aufnahme (Nummer, Ort, Kamera) ƒ Baurecht (öffentlich-rechtlichen Belange) ƒ Vertragsrecht (privatrechtliche Belange wie Miet- und Wohnrechte) Für die Angabe von Flächen und Rauminhalten bei der Bauaufnahme – insbesondere bei deren Erfassung für das Facility Management – sind folgende Richtlinien und Normen relevant: ƒ DIN 277 – Grundflächen und Rauminhalte im Hochbau: Grundlage für alle Flächenermittlungen im Hochbau, die allerdings einen gewissen Handlungsspielraum lässt, da nicht alle Situationen vollständig berücksichtigt werden

Ź DIN 277

ƒ Richtlinien zur Berechnung der Mietfläche der Gesellschaft für Immobilienwirtschaftliche Forschung (GiF): Festlegung der Zugehörigkeit der Flächen nach DIN 277 zur tatsächlichen Mietfläche und Regelungen zu deren Berechnung und Darstellung

Ź GiF

ƒ Verordnung zur Berechnung der Wohnfläche (WoFlV): Flächenberechnung von Wohnflächen im öffentlich geförderten Wohnungsbau (verbindlich seit 2004, löst damit die zweite Berechnungsverordnung (II.BV) für Wohnfläche ab)

Ź WoFlV

Diese Normen und Richtlinien können allerdings nur eine Handlungshilfe darstellen. Ihre Anwendung ist von Fall zu Fall mit dem Auftraggeber bzw. Bauherrn abzuwägen. Neben den vereinbarten Zusatzleistungen, sind insbesondere auch die Leistungen in den Vertrag aufzunehmen, die nicht auszuführen sind (beispielsweise die Durchführung von Befunduntersuchungen), um sich gegenüber dem AuftraggeEHUUHFKWOLFKDE]XVLFKHUQ'HU%HUDWXQJVSÀLFKWGHV$UFKLWHNWHQ REOLHJWHVDOOHUdings, den Auftraggeber zu informieren, welche Informationen tatsächlich benötigt werden. Hierzu sind umfangreiche Begehungen zu Beginn geboten. Diese können an sich schon zeit- und arbeitsaufwendig sein und sind zumeist nicht Bestandteil der vereinbarten Leistung. Ebenso Teil dieser Beratung bzw. Vertragsregelung ist es zu klären, wer die aufgenommenen Daten sowohl während der Planung und Ausführung, als auch nach Abschluß der Baumaßnahmen zum Zwecke der Dokumentation fortschreibt.

Ź 18 Baubegleitende Messungen

Die Kapitel 6 bis 13 beschreiben praxisnah die Verfahren der geometrischen Bauaufnahme. Zu Beginn erfolgt ein Einblick in die Methoden übergreifende Systematik. Das Kapitel 14 gibt einen Überblick über aktuelle Forschungsentwicklungen bezüglich einer interpretierenden planungsbegleitenden Erfassung.

6 Grundlagen und Systematik der Geometrieerfassung Die Entwicklungen der letzten Jahre im Bereich der Hard- und Software, sowie im Bereich der geodätischen Vermessungsinstrumente haben die Gewichtung der Erfassungsverfahren von rein händischen Techniken zum digital gestützten Aufmaß verschoben – Tendenz steigend. Trotz dieser Verschiebung behalten die Grundprinzipien und Systematiken ihre Relevanz – angepasst an neue Techniken.

6.1

ABBILDUNG UND MODELLIERUNG

Ziel eines jeden Bauaufmaßes ist die modellhafte Abbildung der gebauten Struktur. Dies erfolgt „klassisch“ durch Darstellung in verschiedenen zweidimensionalen, maßstäblichen Zeichnungen: Immer seltener analog als handgezeichneter Plan oder zunehmend, und heute als Standard anzusehen, abgeleitet aus einem digitalen Gebäudemodell (CAD-Zeichnnung oder CAAD-Modell).

Ź 4.1 2D-und 3DLinienmodell

Abb.: 6.1 Prinzip der Abbildung eines dreidimensionalen Gebäudes in Form von horizontalen und vertikalen Schnittebenen

32

6 Grundlagen und Systematik der Geometrieerfassung Die Zeichnungen selbst bilden horizontale (Grundrisse) und vertikale Schnitte und Ansichten (Schnitt- bzw. Abbildungsebenen) durch das dreidimensionale Gebäude. Dabei sind Anzahl und Lage der Schnitte so zu wählen, dass das Gebäude in seiner baulichen Struktur, Konstruktion und Gestalt ausreichend genau verstanden werden kann.

Abb.: 6.2 Schnittbildung bei geneigten Wänden und entsprechende Darstellung im Grundriss

Abb.: 6.3 Schnittebene bei Gewölben in Kämpferhöhe

Abb.: 6.4 Schnittbildung bei Dachstühlen in Höhe GHU6SDUUHQDXÀDJHU

Sämtliche relevante Bauteile sind zu schneiden. Dabei ist es durchaus üblich und meist unproblematisch, wenn es Sprünge in der Schnittebene gibt. Objektkanten über der Schnittebene werden auf diese abgelotet und als Punktlinie dargestellt, verdeckte Kanten als Strichlinie ((',1± Bauzeichnungen: Arten, Inhalte und Grundregeln der Darstellung ). Bei Gewölben sollte die Schnittebene immer in Kämpferhöhe liegen und nicht durch den Bogen gehen. Die Gewölbekappen sind im Grundriss umgeklappt als Punkt- oder Strichlinie darzustellen.

'DFKVWKOHVROOWHQDP$XÀDJHUSXQNW der Sparren geschnitten werden. Sichtbare Elemente des Dachstuhles werden wiederum auf die Schnittebene DEJHORWHWXQGDOV3XQNWOLQLH±QDFK ',1±RGHU6WULFKOLQLHGDUJHVWHOOW

Die Abbildungsebenen sind vor dem eigentlichen Messvorgang in ihrer Lage festzulegen (möglichst parallel zu den Gebäudeachsen und orthogonal zueinander) und in allen Zeichnungen zu dokumentieren. Die gemessenen Objektpunkte werden in ihrer senkrechten Projektion zur Abbildungsebene angetragen. Abhängig von der Gebäudeform ist dies nicht immer möglich bzw. sinnvoll. Teilweise können auch Schrägansichten angefertigt werden, sofern diese zum besseren Verständnis des Gebäudes beitragen. Ź 4 Geometrisches Modellieren in CAD / CAAD

Neben der zweidimensionalen Abbildung des Bestandes ergeben sich durch Verwendung moderner CAAD-Systeme verschiedene Möglichkeiten der dreidimensionalen Modellierung. Die Art der Modellierung kann dabei von der einfachen Abbildung mit Hilfe von 3D-Konturen (Linienmodell) über die Darstellung LQ)RUPHLQHV2EHUÀlFKHQXQG9ROXPHQPRGHOOVELV]XUNRPSOH[HQModellierung von 3D-Bauteilen innerhalb eines BIM-Systems erfolgen. Welche Form der Modellierung gewählt wird, ist abhängig von der Aufgabenstellung und dem

6 Grundlagen und Systematik der Geometrieerfassung

33

Zweck der Bauaufnahme. Oftmals dient ein gemessenes, zum Teil rudimentäres 3D-Modell lediglich als Zwischenschritt zur Ableitung von zweidimensionalen Darstellungen oder eines anschaulichen Visualisierungsmodells.

6.2

GENAUIGKEITEN

Eine Bestandsaufnahme hat immer mit größtmöglicher Sorgfalt und damit auch immer genau zu erfolgen. Dennoch ist das Messen auch eine Näherung der vorhandenen Situation. Entscheidend ist die Interpretation der Situation, die der Aufnehmende vorzunehemn hat. Ist diese Wand gerade? Reichen zwei Punkte zur Abbildung aus? Dies sind Fragen, die der Aufzunehmende an jeder Stelle zu beantworten hat. Bei der Dokumentation der Bestandsgeometrie ist immer mit maßlichen Abweichungen zum Original zu rechnen. Der Grad der Abweichung – die Genauigkeit – ist maßgeblich durch folgende Faktoren bestimmt: ƒ verwendete Messgeräte bzw. Verfahren ƒ Bezug der Einzelmessungen zueinander ƒ Objektbeschaffenheit ƒ Sorgfalt des Aufnehmenden Messgenauigkeit Es ist nahe liegend, dass die unterschiedlichen Messgeräte auch unterschiedliche Messgenauigkeiten (auch als Gerätegenauigkeit bezeichnet) aufweisen. Heutige elektronisch arbeitende Messgeräte sind sehr genau und haben in der Gebäudeaufnahme, wo vornehmlich geringe Distanzen zu messen sind, keinen (LQÀX‰DXIGLH4XDOLWlWGHU(JHEQLVVH:LHVFKRQEHWRQWNRPPWHVYLHOPHKUDXI die richtige Interpretation an.

Messgenauigkeit

Laserdistanzmesser

Tachymeter

Laserscanner

± 0,15 cm

< 0,2 cm

< 0,5 cm

Tab.: 6.1 Messgenauigkeiten verschiedener Erfassungsgeräte

Diese Werte sind ein Maß für die Nachbarschaftsgenauigkeit (relative Genauigkeit) zwischen zwei benachbarten Punkten. Viel entscheidender für die Gesamtgenauigkeit ist aber die Art und Weise, wie der Bezug der Einzelmessungen zueinander hergestellt wird. Dies trifft für die direkt aufeinander folgende Messungen zu, wie z.B. die Verwendung von additiven Maßen oder Kettenmaßen im Handaufmaß. Auch für alle Messungen über Räume und (Geschoß-) Ebenen ist dies durch die Einrichtung eines örtlichen Bezugssystems zu berücksichtigen. Aus aller Messungen ergibt sich die Gesamtgenauigkeit (absolute Genauigkeit), also die Maßgenauigkeit beliebiger Punkte im Gebäude zueinander.

Ź 8 Handaufmaß Ź 6.4 Herstellen geometrischer Bezüge

34

6 Grundlagen und Systematik der Geometrieerfassung Eine Angabe über Nachbarschaftsgenauigkeit und Gesamtgenauigkeit der Vermessung sollte immer Vertragsbestandteil sein. Bei Industriebauten ist durchaus eine Gesamtgenauigkeit (von Werksecke zu Werksecke) von 15 mm und eine Nachbarschaftsgenauigkeit von 5 mm erreichbar.

Abb.: 6.5 Unterscheidung zwischen Nachbarschaftsgenauigkeit (links) und Gesamtgenauigkeit (rechts), Bildungszentrum der Thüringer Steuerverwaltung Gotha, nitschke-donatharchitekten weimar, 2000

Erfassungsgenauigkeit Unabhängig von der Art des verwendeten Messgerätes oder der Messmethodik erfolgt zunächst immer eine Auswahl der einzumessenden Objektpunkte durch den Aufnehmenden. Eine Messung stellt dabei immer eine Näherung an das Original dar. Der Grad der Näherung wird durch Anzahl und Lage der gemessenen Punkte bestimmt. Wie genau diese Punkte ausgewählt werden können ZLUG PD‰JHEOLFK GXUFK GLH %HVFKDIIHQKHLW GHU 2EMHNWREHUÀlFKH E]Z NDQWHQ bestimmt. Ist eine Objektkante präzise geschnitten kann der Messpunkt genauer LGHQWL¿]LHUWZHUGHQDOVZHQQGLHVHYHUZLWWHUWYRU]X¿QGHQLVW %HLGHU(UIDVVXQJ wird somit eine erste Generalisierung der Geometrie vorgenommen.

Abb.: 6.6 Erfassungsgenauigkeit: Bei präzisen Objektkanten (links) können Messpunkte JHQDXHULGHQWL¿]LHUWZHUU den, als bei verwitterter Objektgeometrie (rechts)

6 Grundlagen und Systematik der Geometrieerfassung

6.3

35

DARSTELLUNGSTIEFE UND GENERALISIERUNG

Neben der Genauigkeit ist der Informationsgehalt einer Bestandsdokumentation abhängig von der Darstellungstiefe. Im „klassischen“ Aufmaß ist die erreichbare Darstellungstiefe maßgeblich durch den Maßstab der (Hand-)Zeichnung bestimmt und begründet sich in den unweigerlich vorhandenen zeichnerischen Einschränkungen. So lassen sich in einer Zeichnung gerade noch 0,5 mm genau darstellen, was in einem 1:100 Plan immerhin eine Genauigkeit von (nur) ± 5cm bedeutet. Im Zeitalter der digitalen CAAD-Zeichnung ist diese Einschränkung der Darstellungsgenauigkeitt nicht mehr vorhanden. Die Abbildung der Geometrie erfolgt in den tatsächlich aufgenommen Maßen (digitales Modell), während die Darstellung davon losgelöst ist und in beliebigen Maßstäben erfolgen kann. Innerhalb eines CAAD-Systems erfolgt in der Regel eine Unterscheidung zwischen dem JUD¿VFKHQ=RRPGKGHUHLQIDFKHQ*U|‰HQänderung der dargestellten CAAD-Elemente, und dem logischen Zoom, bei dem stufenweiVH±PHLVWEH]RJHQDXIHLQHQ$XVJDEHPD‰VWDE±GLH'HWDLOOLHUXQJXQGGDPLWGHU,QIRUPDtionsgehalt der dargestellten CAAD-Bauteile erhöht wird.

Ź 4 Geometrisches Modellieren in CAD / CAAD

Abb.: 6.7 Logischer Zoom in einem CAAD-System: Detaillierungsstufe Entwurf 1:200, Entwurf 1:100 und Ausführung 1:50 (von oben nach unten)

Die vermeintliche Darstellungsgenauigkeitt entspricht in diesem Falle der Messgenauigkeit. Dennoch erfolgt notwendigerweise eine Generalisierung der dargestellten Bestandsgeometrie, d.h. die Reduktion der Originalgeometrie auf die wesentlichen, für den Zweck der Bauaufnahme notwendigen Attribute. Jede Linie hat eine Bedeutung! Das heißt, wenn die Linie nicht zu deuten ist (Semantik), gehört sie nicht in eine Zeichnung oder muss eindeutig benannt bzw. einer Semantik zugeordnet werden. Ein mit Bestandsgebäuden vertrauter Architekt erkennt Details und kann entscheiden, was aufgenommen werden muss und was weggelassen werden kann. Wichtig ist dabei immer der fachliche Blick auf die aufzunehmende Substanz. Beim Erstellen der CAAD-Dokumentation muss man sich dieser Generalisierung bewusst sein, um nicht nach dem Zweck der Erfassung zu viel oder zu wenig zu generalisieren. Erfolgt die Bestandsdokumentation auf Basis eines 3D-Bauteilmodells, LVWGDUDXI]XDFKWHQGDVVGLHPHLVWYRUHLQJHVWHOOWHQ %DXWHLOSDUDPHWHU± O EHLVSLHOVZHLVHGLH3UR¿OLHUXQJXQG$EPHVVXQJYRQ)HQVWHUÀJHOQ±QLFKW eine höhere Darstellungstiefe suggerieren, als tatsächlich vom Aufnehmenden erfasst wurde. Fehlinterpretationen und damit Mängel in der Planung sind ansonsten unvermeidlich.

Ź 2 Bauaufnahme als Modellierungsprozess

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6 Grundlagen und Systematik der Geometrieerfassung

Informationsdichte Der Grad der Informationsdichte hängt maßgeblich vom Zweck der BestandVHUIDVVXQJDEXQGVROOWHYRU%HJLQQGHU$XIPD‰DUEHLWHQJHQDXVWHQVGH¿QLHUW werden. Als Anhaltspunkt für den Grad der Detaillierung wird oftmals der zu erzielende Ausgabemaßstab der aus der Gesamtdokumentation abzuleitenden Bestandspläne (1:100, 1:50 etc.) herangezogen. Ź 5 Rechtliche und wirtschaftliche Grundlagen

Mit Einführung der DIN 1356-6 im Mai 2006 steht erstmals eine Normierung der notwendigen Inhalte einer Bauaufnahmezeichnung in Abhängigkeit zur Darstellungstiefe in Form der Informationsdichten I und II zur Verfügung. Neben den notwendigen Inhalten wird allerdings eine große Anzahl von Zusatzleistungen aufgeführt, die in Abhängigkeit der Aufgabenstellung zu vereinbaren sind. Das $EZlJHQ XQG 'H¿QLHUHQ GHU ]X HUIDVVHQGHQ Darstellungstiefe ist ungeachtet dieser Norm notwendig. Im Bereich der 'HQNPDOSÀHJHKDEHQVLFKLQGHU9HUJDQJHQKHLWYHUVFKLHGHQH Empfehlungen der Landesämter für 'HQNPDOSÀHJH]XU'DUVWHOOXQJYRQ%HVWDQGVplänen etabliert. Entschiedend abzulehnen und nur höchstenfalls historisch zu sehen, ist in diesem Zusammenhang der Begriff der „Genauigkeitsstufen“. Der Irrtum wird deutlich an den weit verbreiteten Empfehlungen des Landesdenkmalamtes Baden-Württemberg [12], die vier „Stufen der Genauigkeit“ vorsehen:

Die oft verwendeten Genauigkeitsstufen in der Bauaufnahme, Eckstein [12], sind richtigerweise Darstellungstiefen.

ƒ Genauigkeitsstufe I – schematisches Aufmaß ƒ Genauigkeitsstufe II – annähernd wirklichkeitsgetreues Aufmaß ƒ Genauigkeitsstufe III – verformungsgetreues Aufmaß ƒ Genauigkeitsstufe IV – verformungsgetreues Aufmaß mit detaillierter Darstellung Der bei dieser Unterteilung verwendete Begriff der Genauigkeitsstufe bezieht sich auf die vermeintliche Darstellungsgenauigkeit einer (Hand-) Zeichnung. In diesem Fall ist die Genauigkeit der Darstellung durch den Ausgabemaßstab beschränkt. Wie zuvor beschrieben, ist die Genauigkeit in der Bauaufnahme durch heutige Messverfahren kein Problem, wenn es überhaupt je eines gewesen ist, sorgfältiges Arbeiten vorausgesetzt. Der bestehende Anlass, die Fähigkeit zur richtigen Interpretation der aufzunehmenden Sachverhalte und die daraus notwendige Darstellungsgeneralisierung, sind heute die Kriterien für die letztendliche Qualität der Ergebnisse. Die in Fachkreisen weit verbreiteten „Genauigkeitsstufen“ sind heute als Darstellungstiefen zu interpretieren. Alle Maßangaben sind gleichermaßen „genau“, nur die Dichte der aufgenommenen Informationen unterscheidet sich.

6 Grundlagen und Systematik der Geometrieerfassung

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Abb.: 6.8 Vergleich Genauigkeitsstufen I (links) und III (rechts), Marienstraße 10 Weimar, Fehlhaber und Braunes, 2004

Generell sollte die beabsichtigte Darstellungstiefe nicht größer sein, als für den Zweck der Bauaufnahme notwendig. Das Aufmaß ist so einzurichten und aufzubereiten, dass eine spätere Ergänzung und Detaillierung vorgenommen werden kann. Alle Maße müssen zuverlässig sein, um später eine Verdichtung zu ermöglichen. Die Generalisierung erfolgt entsprechend dem Zweck der Bauaufnahme.

6.4

HERSTELLEN GEOMETRISCHER BEZÜGE

Sämtliche Messungen, welche am, im und um das Gebäude vorgenommen werden, sind in einen gemeinsamen geometrischen Bezug zu setzen. Die letztendliche Genauigkeit des Aufmaßes hängt maßgeblich von der Sorgfalt beim Einrichten eines solchen Bezugssystems ab. Der Bezug wird durch ein Messnetz realisiert. Örtlicher Bezug Ein einheitliches örtliches Koordinatensystem (Messnetz) setzt die einzelnen Messungen am und im Gebäude zueinander in Bezug. Bei einem Handaufmaß geschieht dies durch Einrichten von senkrecht zueinander verlaufenden Standlinien, welche mit Hilfe von Laserlot, Lotstäben, Markierungen und Schnurgerüsten eindeutig am oder im Gebäude gekennzeichnet werden. Diese Vorgehensweise ist nicht mehr Stand der Technik. Sie ist umständlich, sehr fehleranfällig und setzt ein hohes Maß an Praxiserfahrung voraus.

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6 Grundlagen und Systematik der Geometrieerfassung *HQDXHUXQGÀH[LEOHUXQGLQMHGHP)DOOYRU]X]LHKHQLVWGLH(LQULFKWXQJHLQHV Bezugskoordinatensystems über ein tachymetrisch bestimmtes Messnetz. Dabei wird über das gesamte Gebäude ein Netz von koordinatenmäßig bekannten Punkten aufgebaut.. Alle weiteren Messungen beziehen sich mit mindestens zwei Maßen auf dieses Messnetz, sowohl in der Lage wie in der Höhe. Dies gilt auch für die sogenannten Kettenmaße. 'LH3XQNWHLP0HVVQHW]VLQGYRU2UWGXUFK$QEULQJHQYRQ0HVVPDUNHQ]X¿[LHren. Die Koordinatenachsen dieses Netzes sollten sinnvollerweise orthogonal zu den Gebäudeachsen bzw. Außenkanten ausgerichtet sein. Damit wird bei allen Messungen ein direkter, nachvollziehbarer und überprüfbarer Bezug zwischen Messung und digitaler Darstellung am Bildschirm für den Aufnehmenden sichtbar und kontrollierbar. Aufgrund von Zeitdruck und mangelnder Verfügbarkeit von Geräten wird in der Praxis oftmals auf das vollständige Einrichten eines Messnetzes durch markierte Standlinien oder tachymetrischen Bezugspunkten verzichtet. Der örtliche Bezug wird vereinfacht durch Annahme von Orthogonalität und Parallelität von Wänden sowie exakten übereinanderliegens von BauteiOHQKHUJHVWHOOW'LHVH9RUJHKHQVZHLVH±DXFKDOVÄArchitektenaufmaß“ EH]HLFKQHW±EULQJWGXUFKGLHIUK]HLWLJH Generalisierung der Geometrie ein hohes Fehlerpotential mit sich, und sollte daher nur bei räumlich einfachen Gebäuden und geringen Genauigkeitsanforderungen Anwendung ¿QGHQ

Abb.: 6.9 Tachymetrisches Bezugssystem als geschlossener Polygonzug

Bei größeren Gebäuden kann der Aufbau eines Polygonzuges vor der eigentlichen Messnetzerstellung sinnvoll sein. Bei diesem werden von einem Standort aus jeweils die Winkel und Strecken zum nächsten und vorherigen Standort (Zielpunkt) gemessen, und deren Koordinaten berechnet. Die Standorte (als Polygonpunkte bezeichnet) werden lotrecht auf dem Boden vermarkt. Der Polygonzug ist in der Regel ringförmig angelegt und so aufgebaut, dass die fortlaufenden Messungen mit bekannten Punkten abschließen. Beim Vergleich der letzten Punktmessung mit den bekannten Koordinaten ergibt sich eine verfahrenstechnisch bedingte Differenz, welche statistisch auf die Koordinaten der einzelnen Polygonpunkte verteilt wird. Diese Berechnung erfolgt entweder softwaregestützt im Computer oder durch die Recheneinheit des Tachymeters selbst. Auf diese Weise entsteht ein ausgeglichener Polygonzug, dessen Polygonpunkte Grundlage für den Ausbau eines Messnetzes darstellen. In der Vermessung über weite Distanzen mit einer Vielzahl von mehrfach gemessenen Festpunkten, ist das Anlegen eines Polygonzuges und damit die Ausgleichung auftretender Fehler gängige und bewährte Praxis. Für das Aufmessen von Gebäuden, wo ja zumeist geringe Distanzen vorherrschen und die Genauigkeit einfacher Messungen ausreichend ist,

6 Grundlagen und Systematik der Geometrieerfassung

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kann auf einen ausgeglichenen Polygonzug verzichtet werden. Die Praxis der Bauaufnahme zeigt, dass zwei sorgfältig gemessene am Gebäude vermarkte Punkte ausreichen, um den örtlichen Bezug (das Messnetz) ]XGH¿QLHUHQ$XVJHKHQGYRQGLHVHQ3XQNWHQNDQQGDV0HVVQHW]ZHLWHU verdichtet werden. Übergeordneter Bezug In der Bauaufnahmepraxis spielt die Lage und Ausrichtung des örtlichen Bezuges in einem übergeordneten Bezugssystem (z.B. Gauß-Krüger Koordinaten) keine Rolle. Dies fällt in die Aufgabenbereiche der hoheitlichen Vermessung. Ein Positionieren des aufgenomenen Gebäudes in den Gesamtplan reicht für die Darstellung aus. An übergeordneten Maßen selbst, sind der Bezug zur Nachbarbebauung sowie ein Höhenbezug des mit ± 0.00 angenommenen Gebäudeteils zu Außenobjekten (Kanaldeckel, Bordstein oder dgl.) ausreichend. Die Angaben zu einem übergeordneten Bezug beziehen sich u.a. auf: ƒ Ausrichtung des örtlichen Bezuges zur Nordrichtung ƒ Lage und Ausrichtung zur Umgebungsbebauung (in der Regel im Lageplan) ƒ Lage und Ausrichtung im Koordinatensystem des zuständigen Amtes (übergeordnetes Messnetz) ƒ Lage und Ausrichtung in lokalen bzw. betrieblichen Messnetzen ƒ Höhenbezug zu Höhenfestpunkten

Abb.: 6.10 örtliche Bezugssysteme (Messnetzte) werden in einen übergeordneten Koordinatenbezug eingefügt.

Bis 1989 wurden in Deutschland unterschiedliche Höhensysteme verwendet (Normalnull - m ü. NN und Höhennormal - m ü. HN ). Seit 1993 gilt ein gemeinsames System: Das Deutsche Haupthöhennetz DHHN92 - m ü. NHN. Die Praxis bezieht sich jedoch oft auf Höhen der älteren Systeme.

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6 Grundlagen und Systematik der Geometrieerfassung Je nach Zielstellung der Bestandsaufnahme sind diese Bezüge teilweise oder gänzlich herzustellen. Die Festpunktkoordinaten sind von den zuständigen Behörden (meist Vermessungsämter) zu besorgen. Angaben über Höhenpunkte erhält man von den Gebietskörperschaften (Gemeinde, Kommunen) oder von den Betreibern der Versorgungsnetzte (E-Werke, Gas- oder Wasserversorgung). Die im Gelände vermarkten Festpunkte sind zur Verbindung von örtlichem und übergeordnetem Bezug mit einzumessen. Sind keine vermarkten Punkte vorhanden, kann der Bezug mit Hilfe von GPS und Echtzeit-Positionierungs-Service hergestellt werden. Die Festpunkte der zuständigen Ämter sind genordet. Wird also das örtliche Messnetz zu Beginn der Aufmaßabeiten an diesen ausgerichtet, erscheint die Aufmaßzeichnung gedreht auf dem Bildschrim. Praktikabler ist das Einrichten eines örtlichen Messnetztes orthogonal zu den Gebäudeachsen. Um nach Abschluss der Aufmaßarbeiten diese in das übergeordnete Messnetz einzufügen, reicht die Angabe der Koordinaten von drei Punkten in diesem System. In der Regel stimmen die vorgefundenen Grundstücks- bzw. Grenzmarkierungen nicht mit den Koordinatenwerten aus amtlichen digitalen Flurkarten überein. Dringend anzuraten ist es, die faktisch vorhandenen Grenzen einzumessen, darzustellen und es dabei bewenden zu lassen. Der Auftraggeber ist auf auftretende Differenzen hinzuweisen. Nur ein öffentlich vereidigter Vermesser bzw. das Vermessungsamt können den tatsächlichen Verlauf der Grundstücksgrenzen festlegen.

Abb.: 6.11 Vermessungspunkt (links) und Höhenfestpunkt (rechts)

6.5

Ź 6.2 Genauigkeiten Ź 6.3 Darstellungstiefe und Genneralisierung

VORÜBERLEGUNGEN BEI DER GEBÄUDEAUFNAHME

Ein überlegtes und systematisches Vorgehen ist Grundlage jeder Bestandsaufnahme unabhängig von deren späteren Verwendung. Die Annäherung an das Gebäude hat schrittweise und gut vorbereitet zu erfolgen, um die Aufmaßarbeiten so wirtschaftlich wie möglich zu gestalten. Wichtig ist die Einschätzung der Gesamtsituation und die Absprache mit dem Auftraggeber. Hierzu gehört die detaillierte Festlegung der zu erreichenden Genauigkeiten, der Zeichnungsbzw. Modellinhalte und deren Detaillierung, des (Datei-)Formates und (Spei-

6 Grundlagen und Systematik der Geometrieerfassung cher-)Mediums der anzufertigenden Unterlagen sowie bestimmte einzuhaltende Vorgaben bezüglich Zeichnungserstellung und Strukturierung. Auf die Verwendung von bekannten Richtlinien und Checklisten wurde in den vorangehenden Kapiteln bereits hingewiesen. Nicht selten fordert der Auftraggeber die Erfassung von Rohbaumaßen. Dies wäre allerdings nur möglich, wenn der Putz vor dem Messen entfernt oder die Putzstärke angenommen wird. Generell können zerstörungsfrei nur Ausbaumaße und lichte Maße erfasst werden. Putzstärken oder Rohbauöffnungen können nur Annahmen sein, und sind als solche auch kenntlich zu machen (z.B. auf separatem Zeichnungslayer). Über diese Festlegungen hinaus sind des Weiteren die Rahmenbedingungen der Arbeiten vor Ort zu klären, z.B.: ƒ Ist das Gebäude bewohnt bzw. in Nutzung? ƒ Sind die Bewohner bzw. Nutzer informiert? ƒ Zu welchen Zeiten können Aufmaßarbeiten durchgeführt werden? ƒ Wie sind die Zugänglichkeiten geregelt? ƒ Welche Messbeschränkungen durch eventuelle Einbauten gibt es? ƒ In welcher Form können Markierungen (Messmarken) am Gebäude angebracht werden? ƒ Gibt es Park- und Unterbringungsmöglichkeiten für Fahrzeuge und Geräte? ƒ Sind Elektrizität und Licht ausreichend vorhanden? ƒ Sind Hub- oder Arbeitsbühnen notwendig? Sinnvollerweise ist vor Ort sowohl von Seiten des Auftraggebers als auch von Seiten des beauftragten Büros jeweils ein konkreter Ansprechpartner zu benennen, um im Verlauf der Aufmaßarbeiten auftretende Probleme schnell zu lösen. Vor Beginn der eigentlichen Gebäudeerfassung hat zunächst eine Gesamtbegehung des Gebäudes zu erfolgen. Dabei lassen sich bereits grundsätzliche Strukturen ablesen, die für die Aufmaßplanung von Bedeutung sind, u.a.: ƒ Wie ist die Erschließung des Gebäudes? ƒ Wo liegen große, zentrale Räume? ƒ Gibt es ein ablesbares Konstruktionsraster?. ƒ Welche Höhenbezüge kann ich nutzen?

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Ź 4.5 Datenstrukturierung im CAAD

42

6 Grundlagen und Systematik der Geometrieerfassung Aus dem Abgleich der zugrundeliegenden Aufgabenstellung (Planungsaufgabe, Dokumentation) und der vorgefundenen Gebäudesituation, lässt sich eine Strategie der Aufnahme und eine Auswahl an zu verwendenden Verfahren und Geräten treffen. Erst jetzt kann mit der eigentlichen Erfassung begonnen werden Zunächst ist der örtliche Bezug – sinnvollerweise in Form eines tachymetrisch erstellten Messnetzes – einzurichten und vor Ort zu markieren. Vom Aufbau dieses Systems hängt maßgeblich die Wirtschaftlichkeit der Bauaufnahme ab. Das Bezugssystem sollte dabei parallel an den Hauptachsen des Gebäudes ausgerichtet sein. Der Aufbau des Messnetzes erfolgt entsprechend der Gebäude- bzw. Umgebungssituation. Welche Vorgehensweise sinnvoll ist, sollte bei jedem Gebäude LQGLYLGXHOOHQWVFKLHGHQZHUGHQ+lX¿JZLUGYRQDX‰HQQDFKLQQHQ GDV0HVVnetz erstellt. Hier beginnt man mit geeigneten Aussenpunkten und erweitert das Messnetz in das Innere der Gebäude. Als zweckmäßig erweist sich oft, von den Erschließungszonen, wie Treppenhäusern und Fluren auszugehen und anschließend alle davon abgehenden Räume zu erfassen Bei einigen Situationen ist ein Anlegen des Messnetzes vom Gebäudeinneren genauso empfehlenswert: Dort wo lange Flure mit gleichförmig abgehenden Räumen vorhanden sind, in stark eingeschränkten innerstädtischen Bereichen oder wenn die Witterungsbedingungen dies ratsam machen. Entsprechend ist mit den Bezugspunkten Außen oder Innen zu beginnen und DQVFKOLH‰HQG LP 8PIHOG ]X YHUGLFKWHQ 'DV 0HVVQHW] GH¿QLHUW GHQ JHRPHWULschen Rahmen aller weiteren Messungen. Es ermöglicht eine beliebige Reihenfolge für das Messen der Objektpunkte, die alle in dem örtlichen Bezugssystem durch das Messnetz eingebunden sind. Die Verfahren zur Aufnahme der Punkte können kombiniert werden, um so eine sinnvolle Verdichtung des Messnetzes zu erhalten. Anhand der Gebäudeform und Fassadenstruktur, lässt sich oft ein für das Gebäude typisches Konstruktionsraster erkennen. Das rekonstruierte Raster dient als Orientierungshilfe für alle weiteren Messungen. Oftmals lassen sich wiederkehrende Strukturen oder Bauteile erkennen, beispielsweise Fenster gleicher Bauart. In der Regel können diese „augenscheinlich“ gleichen Bauteile einmal erfasst und anschließend kopiert werden. Diese Vorgehensweise ist aber unbedingt im Vertrag zu regeln.

7 Verwendung zeichnerischer Bestandsvorlagen Oft beginnen die Überlegungen zum Planen im Bestand mit der Recherche nach vorhandenen Dokumentationen. Zeichnungen aus der Zeit der Errichtung des Gebäudes oder zu späteren Umbauten vermitteln gerne die Hoffnung, die Voruntersuchungen und die Bauaufnahme schon halb erledigt zu haben. Die Praxis zeigt, dass derartige Dokumentationen, gleich in welchem Format, nicht mit der aktuell anzutreffenden Situation übereinstimmen. Erhebliche maßliche Abweichungen, nicht erfasste Änderungen oder unzutreffende Angaben zur Konstruktion sind die Regel. Diese Bestandsunterlagen können für erste Überlegungen zur Vorbereitung der Bauaufnahme bzw. Planung dienen (Strategie für ein Messnetz, überschlägliche BGF). 'DVKHUDXVUDJHQGH0HUNPDOHLQHUTXDOL¿]LHUWHQ%DXDXIQDKPHLVWGLH G 9HUSÀLFKWXQJGHP$XIWUDJJHEHUHLQH3ODQXQJVVLFKHUKHLW]XJHEHQ Deshalb ist die Übernahme von Informationen aus vorhandenen Plänen sehr kritisch zu betrachten. Oftmals können Abweichungen von mehreren Metern auftreten. Vorhandene Unterlagen sind in jedem Fall vor Ort detailliert zu prüfen.

7.1

DIGITALISIERUNG VON BESTANDSVORLAGEN

Ungeachtet der vorangegangenen kritischen Bewertung von existierenden zeichnerischen Unterlagen, sei im Folgenden die Möglichkeit der Übertragung in digitale Systeme beschrieben. Für die Aufbereitung von zeichnerischen Vorlagen stehen grundsätzlich zwei verschiedene Vorgehensweisen zur Verfügung: ƒ Scannen der Zeichnung ƒ manuelles Abgreifen mit Digitalisiertablett Beim Scannen wird die Papiervorlage mit Hilfe eines elektronisch-optischen Verfahrens abgetastet um ein Rasterbild zu erzeugen. Abhängig von ScannerDXÀ|VXQJEOHLEWGHU,QIRUPDWLRQVJHKDOWGHU=HLFKQXQJZHLWHVWJHKHQGHUKDOWHQ Auf Grundlage des Rasterbildes kann durch manuelle oder automatische Vektorisierung eine 9HNWRUJUD¿N]XU:HLWHUYHUDUEHLWXQJLP CAAD erstellt werden.

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7 Verwendung zeichnerischer Bestandsvorlagen Die $XÀ|VXQJ dpi (engl.: dots per inch) eines Scanners gibt an, wie viele Bildpunkte pro Zoll (1 Zoll = 2,54 cm) erfasst und in ein Pixel überführt werden können. Marktübliche Scanner arbeiten in einem Bereich von 1200 ±dpi. Nach dem Einscannen einer Zeichnung ist es notwendig das erhaltene Rasterbild – zumindest teilweise – in eine CAD lesbare 9HNWRUJUD¿NXP]XZDQGHOQ Mit Hilfe eines Digitalisiertabletts (Digitizer) wird der Plan manuell mit einem elektronischen Zeichenstift oder einer Fadenkreuzlupe in eine CAAD-Zeichnung (9HNWRUJUD¿N EHUWUDJHQ'HU9RUWHLOOLHJWLQGHUJH]LHOWHQhEHUQDKPHQXUGHU Informationen, die für die Weiterverarbeitung wirklich relevant sind. Die Nachteile bestehen in der oftmals beschränkten Größe des Tabletts und dem nicht unerheblichen Zeitaufwand der Digitalisierung. Durch zunehmende Verfügbarkeit von auch großformatigen Scannern, ist dieses Verfahren in der Praxis kaum noch relevant.

7.2

VEKTORISIERUNG VON BESTANDSVORLAGEN

Den Vorgang der Umwandlung einer 5DVWHUJUD¿N LQ HLQH 9HNWRUJUD¿N LVW GLH Vektorisierung. Diese Umwandlung kann manuell durch Nachzeichnen einer im CAD hinterlegten 5DVWHUJUD¿NRGHUDXWRPDWLVFKLQHLQHUHQWVSUHFKHQGHQ6RIWware geschehen.

Abb.: 7.1 Vektorisierung einer gescannten Planvorlage durch Überzeichnen am Bildschirm; oft mit Hilfe spezieller Software

Das manuelle Nachzeichnen ist in nahezu jeder CAD-Software möglich, sofern diese das Einfügen XQG $XVULFKWHQ YRQ 5DVWHUJUD¿NHQ erlaubt. Ähnlich der Arbeit mit dem Digitalisiertablett werden nur die relevanten Teile der Zeichnung in CAD*UD¿NHQEHUWUDJHQ8P]XK|KHUHQ *HQDXLJNHLWHQ]XJHODQJHQHPS¿HKOW es sich das gescannte Planmaterial zunächst zu korrigieren, um fehlende Maßhaltigkeit oder Verzerrungen auszugleichen. Im einfachsten Fall sind dies bekannte Streckenmaße in Längs- bzw. Querrichtung der Zeichnung. Besser ist, wenn eine Reihe von Punkten in der Zeichnung in ihren Koordinaten bekannt sind, auf die das Rasterbild anschließend transformiert wird. Die Funktion zur Kalibrierung bzw. Transformation von Rasterbildern ist selten ein Bestandteil von CAD-Systemen. Es gibt jedoch eine Reihe von Zusatzprogrammen bzw. CAD-Erweiterungen aus dem Bereich der Photo-

7 Verwendung zeichnerischer Bestandsvorlagen grammetrie, die eine Kalibrierung innerhalb des CAD ermöglichen. Dabei werden verschiedene Arten der Transformation unterschieden. Unter Verwendung der Helmert-Transformation erfolgt eine Verschiebung, Drehung und eine gleichmäßige Skalierung in X- und Y-Richtung durch Angabe von 3 bekannten Punkten. Zur Kalibrierung mit hilfe der $I¿QH7UDQVIRUPDWLRQ werden ebenfalls 3 Punkte benötigt, unregelmäßige Verzerrungen in X und Y (Scherung) können aber ausgeglichen werden. Einige Systeme erlauben auch die Angabe von mehreren Punkten (Transformation erfolgt über Polynome höherer Ordnung) und damit zusätzlich die Korrektur gekrümmter Linien.

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Abb.: 7.2 Entzerrung von Kartenmaterial, Helmert-, $I¿QH und Polynom-Transformation (von links nach rechts), Johanneskirche Gera, nitschke-donath architekten weimar

Funktionen zur automatischen 9HNWRULVLHUXQJ¿QGHQVLFKPLWWOHUZHLOHLQ]DKOUHLFKHQ*UD¿NSURJUDPPHQ%HLGHUVektorisierung wird die 5DVWHUJUD¿NDXIZLHGHU erkennbare Zeichenelemente – Linie, Kreis, Flächen etc. – analysiert und in diese entsprechend umgewandelt. Professionelle Anwendungen – speziell auch für die Vektorisierung von Bauzeichnungen – bieten darüber hinaus eine Reihe von zusätzlichen Funktionen, die das Arbeiten sehr vereinfachen, z.B.: ƒ Kalibrierung: Über Maße bzw. Koordinaten zu Referenzpunkten, die in der Scannvorlage sichtbar sein müssen, kann die Vorlage korrigiert werden. Ziel ist die Anpassung an die auf der Vorlage angebenen Ursprungsmaße. ƒ integrierte Texterkennung: Durch integriertes OCR (engl.: Optical Character Recognition) werden Textblöcke und sogar Tabellen in der Zeichnung automatisch erkannt und in CADText bzw. Tabellen umgewandelt. Die Schriftart und Größe kann dabei meist vordefiniert werden. OCR Software ist mittlerweile bei handelsüblichen Scannern zur automatischen Konvertierung von gescannten Textdokumenten mit enthalten. ƒ Symbolerkennung: Bei der Vektorisierung werden bestimmte anwendungstypische Symbole wie Maßlinien, Schraffuren, Linientypen oder selbstdefinierte Blöcke automatisch erkannt und eingefügt ƒ selektives Vektorisieren: Die Vektorisierung kann auf bestimmte Bereiche, Zeichnungselemente (z.B. nur Linienzüge) oder Farben beschränkt werden. Auch das gezielte manuelle Auswählen von Rasterelmenten und anschließende Umwandlung sind möglich.

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7 Verwendung zeichnerischer Bestandsvorlagen

7.3

HYBRIDE RASTER-VEKTOR-BEARBEITUNG

Liegt die gescannte Zeichnung in guter Qualität vor, ist eine vollständige Vektorisierung weder sinnvoll noch erforderlich. Spezielle CAD-Zusatzsoftware erlaubt das hybride Arbeiten mit Raster- und Vektordaten gleichzeitig. Die gescannte Zeichnung wird im CAD hinterlegt und maßlich kalibriert. Änderungen des Planinhaltes nach einer Bestandserfassung oder während der Umbauplanung werden mit Standard-CAD-Elementen im gescannten Plan ergänzt und der entsprechende Bereich im Rasterbild ausgeblendet. Spezielle Zusatzfunktionen erlauben dabei ein komfortables Arbeiten, u.a.: ƒ Rasterbearbeitung: automatisches und manuelles Säubern des Scan durch Bereinigung von )OHFNHQ$XIIOOHQYRQ/|FKHUQHWF0RQWDJHXQG+HOOLJNHLWVDQSDVVXQJYRQ mehreren Scans ƒ Editierfunktionen Selektion von Rasterelementen wie Linie, Kreis, Bogen oder Text mit der Möglichkeit zum Verschieben, Skalieren und Kopieren ƒ Rasterfang Objektfang auf der Rastergrafik an Linienendpunkt oder Kreuzungspunkt

Abb.: 7.3 Hybrides Arbeiten im CAD als Kombination aus Raster- und Vektordaten, Ausschnitt aus Umbauentwurf der ehemaligen Feuerlöschfabrik Apolda (Eiermann-Bau), BauhausUniversität Weimar, Marquardt und Raabe, 2004

Die meisten Systeme, die ein solches hybrides Arbeiten erlauben bieten auch Vektorisierungsfunktionen, so dass Teilbereiche, falls notwendig, in CAD-Elemente umgewandelt werden können.

8 Handaufmaß Das Handaufmaß als klassische, gewissermaßen ausschließlich händische Technik besitzt für die Bauaufnahme keine Bedeutung mehr. Die digitalen Aufnahmeverfahren unter Verwendung entsprechender computergestützter Erfassungsgeräte sind genauer, plausibler und einfacher. Sie erstellen Daten, die gleich in der 3ODQXQJE]Z$XVZHUWXQJYHUZHQGHWZHUGHQN|QQHQ'HU$XIQHKPHQGH¿QGHW Zeit und Sicherheit, sich porträtierend dem Gebäude zu widmen. )UGDVNODVVLVFKH+DQGDXIPD‰$UJXPHQWH]X¿QGHQIlOOWVFKZHU'DV9HUIDKUHQ zeichnet sich auf den ersten Blick durch einfache Handhabung, kostengünstige Anschaffung von Geräten, schnelle Einsetzbarkeit und vor allem Unabhängigkeit von der Technik – wie externe Stromversorgung, Akkulaufzeiten oder begrenzte Sichtverhältnisse bei Notebookdisplays – aus. Vor allem aber erzwingt die Methode den direkten, tastenden Kontakt zum Gebäude und damit die unmittelbare Auseinandersetzung mit der bestehenden Bausubstanz. Dem gegenüber steht beim Handaufmaß ein hoher Zeitaufwand für die Einrichtung eines örtlichen Bezuges, die Zweifel an der Genauigkeit sowie die Eingeschränktheit in der Weiterbenutzung. Selbst bei kleineren, sehr begrenzten Aufmaßanforderungen ist es nur als Ergänzung zu anderen Aufnahmeverfahren zweckmäßig. Die ausschließliche Erfassung eines Gebäudes mit den klassichen Verfahren des Handaufmaßes spielt heute in der Planungs-und Dokumentationspraxis keine Rolle mehr. Nur auf Grund des Anspruches an eine Vollständigkeit der bekannten Verfahren zur Bauaufnahme, bzw. für den historisch interessierten Leser, erfolgt ein Überblick über Vorgehensweisen und Messgeräte. Zur vertiefenden Betrachtung, sei auf bibliographische Angaben im Anhang verwiesen ([6], [12], [20], [26], [34], [35], [37]). :HLWDXVYLHOYHUVSUHFKHQGHUXQG]XQHKPHQGLQGHU3UD[LV$QZHQGXQJ¿QGHQG ist die Kombination moderner Erfassungsgeräte und entsprechender Computersysteme mit den Verfahren des Handaufmaßes. Hier verbindet sich die bewährte Arbeitsweise mit den Vorzügen moderner Systeme, was durchaus Berechtigung für bestimmte Aufgabenspektren für das Planens im Bestand besitzt. (siehe Kapitel 9)

8 Handaufmaß

48

8.1 Ź 6.4 Herstellen geometrischer Bezüge

Abb.: 8.1 Lot, Doppelpentagon und Fluchtstab (von links nach rechts)

EINRICHTEN EINES MESSNETZES

Den zeitlich größten Aufwand beim Handaufmaß stellt das Einrichten eines Messnetzes (örtlicher Bezug) dar. Mit dem örtlichen Bezug steht und fällt die Gesamtgenauigkeit des Aufmaßes. Das Messnetz wird möglichst über senkrecht zueinander verlaufende Standlinien (auch Basis- oder Messlinie) im Gebäude realisiert, welche durch Rotationslaser, Fluchtstäbe, Markierungen oder gespannte Schnüre sichtbar gemacht werden. =XP VHQNUHFKWHQ (LQÀXFKWHQ DXI eine solche Linie kann ein DoppelPentagon verwendet werden. Die Handhabung bedarf einiger Erfahrung und ist, im Vergleich zu Verfahren der computergestützten Aufnahme, sehr umständlich. Der einfache Anwender scheitert meist. Das Doppel-Pentagon besteht aus zwei übereinander liegenden Winkelprismen. Die Winkelprismen lenken theoretisch den Sehstrahl im exakt rechten Winkel zur Standlinie. In der praktischen Benutzung nicht. Durch die Kombination zweier Winkelprismen im Doppel-Pentagon ist es möglich, gleichzeitig zwei Fluchtstäbe links und rechts auf der Standlinie und einen dritten Fluchtstab oder Objektpunkt im rechten Winkel zur Standlinie anzuvisieren. Über ein Lot am Prisma wird der Zielpunkt senkrecht auf der Standlinie markiert und dort in seiner Position eingemessen.

Abb.: 8.2 3ULQ]LSGHV(LQÀXFKtens mit Winkelprisma: Das Winkelprisma wird solange auf der Standlinie bewegt, bis sich der Blick zum rechten und linken Fluchtstab über das Prisma und zum Zielstab decken.

In diesem Bezugssystem (Messnetz) kann anschließend die eigentliche Gebäudemessung auf zwei unterschiedliche Arten erfolgen: ƒ Die Distanz des Gebäudepunktes wird rechtwinklig auf die Standlinie angetragen (Rechtwinkelverfahren). ƒ Der Gebäudepunkt wird durch Dreiecksmessung zu mindestens zwei Punkten auf der Standlinie bestimmt.

8 Handaufmaß

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Der eigentliche Arbeitsvorgang beim klassischen Handaufmaß ist das maßgenaue, porträtierende Messen von Punkten mit zwei Strecken in vorgegebener Höhe und das Auftragen mit Zeichengerät vor Ort. Erfolgt diese Arbeit sorgfältig, so sind Genauigkeiten erreichbar, die dem tachymetrischen Aufmessen in nichts nachstehen und sind teilweise besser als die photogrammetrische Auswertung. Der Bezug zu Punkten über der Grundrissebene wird durch Abhängen eines Lotes (Abloten) und Einmessen des Fußpunktes auf die Standlinie realisiert. Beim Herstellen der Höhenbezüge übereinanderliegender Geschosse sollte an mindestens 3 Stellen der Bezug durch Abloten – beispielsweise im Treppenauge oder an übereinander liegenden Fensterlaibungen – hergestellt werden. Der maßliche vertikale Bezug erfolgt durch Abhängen eines Meterbandes oder entsprechend gekennzeichneter Schnüre. Beim $EORWHQHPS¿HKOWHVVLFKGDVLot in einen mit Wasser gefüllten Behälter hängen zu lassen, um dessen Schwingungen zu minimieren.

Abb.: 8.3 Abtragen von Objektmessungen auf eine Standlinie mit Rechtwinkelverfahren (links) und Dreiecksmessung (rechts)

8.2

NIVELLEMENT

Mit Hilfe eines Nivellements werden Höhenunterschiede zwischen verschiedenen Punkten im Gelände oder am Gebäude gemessen. Dies erfolgt prinzipiell durch Ermittlung der Höhendifferenz zwischen den Punkten und einer zuvor eingerichtete Ziellinie bzw. –ebene. Je nach Gebäude- bzw. Geländebeschaffenheit und angestrebter Genauigkeit können unterschiedliche Geräte eingesetzt werden:

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8 Handaufmaß

Abb.: 8.4 Nivellement mit Wasserwaage

ƒ Setzlatte mit Wasserwaage Mit Hilfe einer Röhrenlibelle wird die Setzlatte waagerecht an eine Messlatte angehalten, an welcher die Höhendifferenz abzulesen ist. Geeignet für kurze Entfernungen zwischen 3-4 Metern mit einer Höhengenauigkeit von ca. ± 1,0 cm.

Abb.: 8.5 Funktionsprinzip einer Schlauchwaage

Abb.: 8.6 Funktionsprinzip eines Rotationslasers

Abb.: 8.7 Ermittlung von Höhenunterschieden mit Nivelliergerät

ƒ Schlauchwaage Die Schlauchwaage basiert auf dem Prinzip der kommunizierenden Röhren. Ein durchsichtiger mit Wasser gefüllter Schlauch zeigt an beiden Enden die gleiche Höhe über den Wasserstand an. Der Einsatz der Schlauchwaage eignet sich insbesondere bei schlecht einsehbarem Gelände oder im Inneren von Gebäuden. ƒ Rotationslaser Über einen rotierenden Umlenkspiegel wird mit einem Laserstrahl eine horizontale Bezugsebene am Gebäude visualisiert. Hierzu ist das Gerät zunächst zu horizontieren. Die Position der Bezugslinie ist je nach Bauart entweder mit photoelektrischem Detektor oder bei sichtbarem Laserstrahl mit bloßem Auge am Gebäude ablesbar. Bei einigen Rotationslasern kann die Ebene geneigt werden, so dass auch senkrechte Bezugslinien sichtbar sind. ƒ Nivelliergerät Mit einem Fernrohr wird eine auf dem zu messenden Punkt befindliche Nivellierlatte anvisiert und dort der Wert abgelesen. Das Fernrohr ist um 360° in der Horizontalen drehbar, so dass rundum Höhenpunkte bestimmt werden können. Der Rückblick und der Vorblick werden in einer Tabelle erfasst. Die Addition oder Subtraktion ergibt die Höhendifferenz der anvisierten Punkte. Dieses Verfahren bedarf mindestens zwei Bearbeiter vor Ort, und ist zeit- und arbeitsaufwendig. In der Bauaufnahme oder baubegleitenden Messung arbeitet man grundsätzlich mit automatischen Nivelliergeräten, die sich selbst lotrecht einrichten (Horizontieren).

8 Handaufmaß

51

Neben der Ermittlung von Höhenunterschieden dient das Nivellement auch zum Einrichten horizontaler Bezugslinien am Gebäude. Hierzu werden Punkte gleicher Höhe anhand der eingerichteten Ziellinie bzw. -ebene an unterschiedlichen Stellen im Gebäude angetragen.

8.3

DISTANZMESSUNG

Zur Distanzmessung im +DQGDXIPD‰¿QGHQMHQDFK$QZHQGXQJVIDOOYHUVFKLHdene Messgeräte Verwendung, u.a.: ƒ Gliedermaßstab bzw. Zollstock ƒ Rollbandmaß ƒ Teleskopmaßstab ƒ Laserdistanzmesser

Abb.: 8.8 Messgeräte zur Distanzmessung: Gliedermaßstab, Rollbandmaß, Teleskopmaßstab, Laserdistanzmesser (von links nach rechts)

Der Laserdistanzmesser hat in den letzten Jahren erheblich zur Vereinfachung des Messvorganges beigetragen. Das Gerät sendet einen sichtbaren Messstrahl DXVZHOFKHUDQGHU2EMHNWREHUÀlFKHUHÀHNWLHUWXQGLP*HUlWZLHGHUHPSIDQJHQ wird. Je nach verwendetem Verfahren wird anhand der Laufzeit bzw. der Phasenverschiebung zwischen gesendetem und empfangenem Signal die Distanz von ca. 20 cm bis weit über 80 m millimetergenau ermittelt. Laserdistanzmessgeräte bieten zwar eine hohe Messgenauigkeit, problematisch erweist sich jedoch oftmals die Erfassungsgenauigkeit gerade bei der Messung von Raumdiagonalen. Um den genauen Eckpunkt eines 5DXPHVDQYLVLHUHQ]XN|QQHQHPS¿HKOWVLFKGLH9HUZHQGXQJGHUVR genannten Tracking-Messung. Dabei erfolgt eine kontinuierliche Messung in kurzen Intervallen. Der sichtbare Messstrahl wird über die Raumecke geführt. Anschließend wird der maximale bzw. minimale Messwert ausgegeben. Auf diese Weise können Messfehler aufgrund falsch anvisierter Eckpunkte reduziert werden.

52

8 Handaufmaß

Abb.: 8.9 Prinzip des MinimalTracking (oben) und Maximal-Tracking (unten) mit Laserdistanzmesser

Von der Verwendung von Ultraschall Distanzmessern ist grundsätzlich abzuraten. Mit einer Abweichung von ± 0,3 - 0,5 % bei Entfernungen im Bereich von 0,5 - 15 m sind diese für Gebäudemessungen viel zu ungenau. Desweitern gibt es hochpräzise Infrarot-Distanzmessgeräte, deren GenauLJNHLWEHL9HUZHQGXQJYRQ5HÀHNWRUHQDXFKEHL'LVWDQ]HQEHUPLP Millimeterbereich liegt. Bei der Distanzmessung unterscheidet man generell zwei Vorgehensweisen. Das additive Messen und die Kettenmaße. Beim additiven Messen werden Einzelmaße ermittelt und aneinandergereiht, wohingegen bei Kettenmaßen eine IRUWODXIHQGH0HVVXQJYRQHLQHPGH¿QLHUWHQ1XOOSXQNWHUIROJW)U'LVWDQ]PHVsungen über längere Strecken mit mehreren Zwischenwerten sind Kettenmaße dem additiven Messen in jedem Fall vorzuziehen, da bei additiven Maßen die Gefahr der Summierung von Messfehlern besteht. Abb.: 8.10 Vorgehensweisen bei der Distanzmessung: Kettenmaße (links) und additives Messen (rechts)

9 Computergestütztes Handaufmaß In den letzten Jahren sind eine Reihe von Softwarelösungen unter den Bezeichnungen Computergestütztes bzw. Elektronisches Handaufmaß oder auch Laseraufmaß auf dem Markt erschienen. Sie werden als einfach zu bedienende Erfassungssysteme für Anwendungen im Facility Management, für den Innenausbau und die Sanierungsplanung angeboten. Aufgrund zum Teil geringer Flexibilität und Funktionalität bei der Geometrieabbildung sowie der mangelnden Unterstützung bei der Einrichtung eines örtlichen, Geschoss übergreifenden Bezugsystems, sind sie für Anwendungen mit höheren Anforderungen an Genauigkeit und Darstellungstiefe – wie sie beispielsweise in der 'HQNPDOSÀHJHYRUOLHJHQ±QLFKW geeignet. Abb.: 9.1 Prinzip des computergestützten Handaufmaßes: Messung vor Ort durch digital erfasste Distanzen. Ergebnis können Linienzeichnungen oder ÀlFKHQE]ZUDXPRULentierte Modelle sein.

Digitale Handaufmaß-Systeme stellen dem Planer eine aufeinander abgestimmte Kombination aus Laserdistanzmesser, Pocket-PC oder Tablet-PC und darauf angepasste Aufmaß-Software zur Verfügung. Über eine Schnittstelle wird der Messwert vom Laserentfernungsmesser direkt in die Software übertragen und kann dort auf verschiedenste Weise in eine Zeichnung überführt werden. Die Einführung der Bluetooth-Schnittstelle als drahtlose Funkverbindung für Laserentfernungsmesser macht die Verknüpfung von PC und Messgerät sehr praktikabel. Bei Verwendung eines Pocket- oder Tablet-PCs erfolgt die Bedienung der Software über Digitizer-Stift oder Touchscreen und integrierte Handschrifterkennung. Anwendungen für den Tablet-PC bieten dem Nutzer ein ausreichend großes Display und vergleichsweise hohe Systemleistung, jedoch zum Teil geringe Akkulaufzeiten. Dem gegenüber steht der Pocket-PC mit geringem Gewicht und langer Laufzeit, jedoch geringer Leistungsfähigkeit und kleinem Display, was die Bedienung erschwert.

54

9 Computergestütztes Handaufmaß Bei den Vorgehensweisen unterscheiden sich zwar die verschiedenen Systeme, bis auf wenige Ausnahmen können aber zwei grundlegende Prinzipien unterschieden werden: ƒ Zeichnungsorientierte Systeme ƒ Flächen oder Raum orientierte Systeme

9.1

ZEICHNUNGSORIENTIERTE SYSTEME

Abb.: 9.2 Zeichnungsorientierte Handaufmaß-Systeme: Die Raumgrenzen werden durch Linienzüge in CAAD abgebildet.

Ź 4.1 2D-und 3DLinienmodell

Ź 4.3 3D-Bauteilmodell

Zeichnungsorientierte Systeme stellen im Prinzip einfache CAD-Funktionen zur Verfügung bzw. erweitern als Zusatzapplikation CAD-Systeme um aufmaßspezi¿VFKH )XQNWLRQHQ hEHU GLH LQWHJULHUWH Schnittstelle zum Laserdistanzmesser wird der Messwert an das System übertragen und kann dort zur Konstruktion einfacher 2D-CAD-Zeichnungselemente wie Linie, Rechteck, Bogen etc. verwenGHW ZHUGHQ$XIPD‰VSH]L¿VFKH )XQNWLRQHQ ZLH EHLVSLHOVZHLVH GLH (UPLWWOXQJ eines Punktes durch Bogenschnitt, erleichtern dabei die Konstruktion. Neben den Standard-CAD-Elementen bieten die Systeme meist spezielle architekturVSH]L¿VFKH=HLFKHQIXQNWLRQHQIU:lQGH6WW]HQ)HQVWHU7UHQHWF+LHUEHL handelt es sich aber lediglich um Zeichnungshilfen. Die Elemente werden nicht als dreidimensionale parametrische Bauteile wie in CAAD- oder BIM-Systemen angelegt, sondern als Grundrissansicht aus den einfachen Standard-CAD-Elementen zusammengesetzt. So werden beim Zeichnen einer Wand zwei parallele Wandlinien erzeugt und beim Konstruieren einer Tür entsprechende Linien und Bögen für Türlaibung, Türblatt und Türanschlag generiert. Als Ergebnis liegen zweidimensionale CAD-Zeichnungen vor. Abhängig von der Software ist eine Strukturierung der Zeichnungselemente und Zuordnung von Semantik möglich (z.B. System CASOB compact). In den meisten Fällen ist es neben der reinen Zeichnungserstellung möglich, Räume bzw. Flächen nachträglich halbautomatisch durch Klicken eines Punktes innerhalb einer geschlossenen Umgrenzung zu erstellen (z.B. eine Wandlinie). Fläche und Umfang des Raumes und gegebenenfalls zusätzliche Attribute wie Raumhöhe, Raumname und Nutzung können in der Zeichnung als Beschriftungssymbol abgelegt und als Text- oder Excel-Datei zur Weiterbearbeitung exportiert werden.

9 Computergestütztes Handaufmaß

55

Aufgrund der Verwendung von Standard-CAD-Elementen sind die Systeme in GHQ 0|JOLFKNHLWHQ GHU ]ZHLGLPHQVLRQDOHQ *HRPHWULHDEELOGXQJ VHKUU ÀH[LEHO =ZDUVLQGGLH)XQNWLRQHQ±LQVEHVRQGHUHGLHDUFKLWHNWXUVSH]L¿VFKHQ=HLFKHQfunktionen – in erster Linie für die Erstellung von Grundrissen konzipiert, unter Verwendung der Standard-CAD-Elemente können aber prinzipiell auch Ansichten und Schnitte abgebildet werden. Die Zeichnungserstellung entspricht weitestgehend der Vorgehensweise beim klassischen Handaufmaß mit dem Unterschied, dass die vollständige Planzeichnung zu großen Teilen bereits vor Ort digital erstellt wird. Für die Realisierung des örtlichen Bezugs können analog zum klassischen Handaufmaß Standlinien eingerichtet und durch Hilfslinien im System visualisiert werden.

9.2

FLÄCHEN ODER RAUM ORIENTIERTE SYSTEME

Abb.: 9.3 Flächen oder Raum orientierte Handaufmaß-Systeme: Die gemessenen Distanzen bilden die maßliche Grundlage für Raumbegrenzungen und Bauteile.

Im Gegensatz zu Zeichnungsorientierten Systemen gehen Flächen- bzw. Raum orientierte Systeme von einer strukturierten Erfassung des Gebäudes ähnlich einem CAAD-System auf Basis eines Gebäudemodells (BIM) aus. Die Strukturierung erfolgt dabei nach dem Vorbild des Raumbuches, bei dem das Gebäude in verschiedene Elemente untergliedert wird. z.B.: ƒ Gebäude ƒ Geschoss ƒ Raumgruppe ƒ Raum Bei der eigentlichen Zeichnungserstellung existieren unterschiedliche Methoden, die der Nutzer individuell auswählen kann. Dies sind u.a.: ƒ Verwendung von Messroutinen (Rechtwinkeligkeit, Prallelität etc. ) ƒ Dreiecksmessungen ƒ beleibige Raumobjekte

Ź 4.4 Bauwerksinformationsmodell (BIM)

9 Computergestütztes Handaufmaß

56

Die Zeichnungserstellung erfolgt zunächst durch grobmaßstäbliches „Skizzieren“ des Raumgrundrisses. Während der Eingabe lassen sich auch hier bestimmte Restriktionen wie rechte Winkel oder Parallelität bereits setzen. bzw. annehmen. Anschließend erfolgt die maßliche Aufnahme der einzelnen Raumgrenzen und notwendiger Diagonalen über die Schnittstelle zu einem Laserdistanzmesser. Über die Angabe der Diagonalen triangulieren die Systeme den Raumgrundriss und passen die „skizzierten“ Grenzen an die gemessenen Werte an. Bei Unstimmigkeiten in der 7ULDQJXOLHUXQJGLHEHUHLQHQYRUGH¿QLHUWHQ7ROHUDQ]wert hinausgehen und beispielsweise aufgrund falscher Messwerte zustande kommen, erfolgt eine Meldung an den Nutzer und die Messung kann korrigiert werden. Ein Nachteil der Triangulierungsmethode ist, dass Messungenauigkeiten unterhalb der Toleranzgrenze, wie sie beispielsweise bei der Messung von Raumdiagonalen fast unweigerlich auftreten, unberücksichtigt bleiben. Wie die Systeme mit diesen praxisbedingten Ungenauigkeiten umgehen, ist in der Regel für den Nutzer nicht nachzuvollziehen. Ebenso kann es im praktischen Einsatz oftmals dazu kommen, dass notwendige Maße für die Triangulierung durch Möblierung oder Einbauten nicht erfasst werden können. Ź 14 Konzept einer interpretierenden, planungsbegleitenden Erfassung

Abb.: 9.4 Grundrisserstellung im computergestützten Handaufmaß, System Maxmess, braasch & jäschke computertechnik

Im Rahmen der Forschung wird für solche Problemstellungen ein numerisches Verfahren zur Zusammenführung verschiedener geometrischer Beobachtungen (z.B. Messungen) verwendet. Der Softwareprototyp FREAK enthält diese Funktionen. Das prototypische System nutzt dabei nicht nur Messwerte aus Handmessungen, sondern auch aus der Tachymetrie und Photogrammetrie. Als Ergebnis wird ein „skizziertes“ 3D-Modell durch Anreicherung von Messwerten aus unterschiedlichen Messverfahren bestmöglich an die Realität angepasst. Eine klare Abgrenzung der mit unterschiedlichen Geräten gemessenen Werte ist berücksichtigt, um exakte Werte (z.B. vom Tachymeter) nicht durch weniger exakte Messungen (z.B. mit Maßband) zu verfälschen.

9 Computergestütztes Handaufmaß Nachdem der Raumgrundriss skizziert und gemessen wurde, können Detaillierungen wie Wandvorlagen oder Nischen sowie Öffnungen, Fenster und Türen eingefügt werden. Im Gegensatz zu Zeichnungsorientierten Systemen handelt es sich hierbei um parametrisierte CAAD-Elemente die, je nach System in ihrer Geometrie zwei- oder dreidimensional abgebildet werden. Über entsprechende Eigenschaftsdialoge werden die Abmessungen der Elemente per Hand oder mit Hilfe des Laserdistanzmessers bestimmt.

57

Ź 4.3 3D-Bauteilmodell

Das Zusammenfügen der einzeln aufgemessenen Räume erfolgt durch „Aneinanderhängen“ dieser über die sichtbaren Öffnungen zwischen den Räumen (z.B. Türen). Je nach System erfolgt dies manuell durch den Nutzer oder automatisch durch das System: ƒ manuelle Raumanordnung Bei der manuellen Raumanordnung wird ein neuer Raum bereits beim Skizzieren an eine vorhandene Öffnung angehängt. Der Grundriss entsteht bereits während des fortschreitenden Aufmaßes. ƒ automatische Raumanordnung Beim automatischen Zusammenfügen werden zunächst alle Räume inklusive Öffnungen einzeln erstellt und gemessen. Anschließend erfolgt für die Öffnungen die Zuordnung des angrenzenden Raumes. Sind alle Zuordnungen getroffen, kann das System aus den einzelnen Räumen einen Grundriss zusammensetzen.

Abb.: 9.5 Prinzip der automatischen Raumanordnung über gemeinsame Öffnungen zwischen den Räumen

Beiden Vorgehensweisen der 5DXPDQRUGQXQJ JHPHLQ LVW GLH 'H¿QLWLRQ GHU Wandstärken über die gemessene Öffnungstiefe. Das Aufmaß erfolgt über den Gesamtgrundriss additiv, was insbesondere bei großen Gebäuden bereits bei kleinen, nahezu unvermeidlichen Messungenauigkeiten in der Summe zu einer geringen Gesamtgenauigkeit führt. Um größere Fehler durch die additive Vorgehensweise zu vermeiden, sollte beim Aufmaß immer von einem zentralen Raum ausgegangen werden, von dem die meisten anderen Räumen erschlossen sind. Ebenso wird das direkte Anlegen eines örtlichen Bezugskoordinatensystems nur mangelhaft oder gar nicht unterstützt. Die geometrischen Beziehungen entstehen durch Addition der Räume und Annahme von Rechtwinkligkeit und Parallelität. Während es bei Systemen mit manueller Raumanordnung immerhin

58

9 Computergestütztes Handaufmaß noch denkbar ist, Standlinien mit Messpunkten unter Verwendung von Hilfslinien anzulegen und daran einen Raumgrundriss auszurichten, entfällt diese Option bei der automatischen Raumanordnung. Über die reine Geometrieerfassung hinaus bieten die Systeme verschiedene Möglichkeiten auch nicht-geometrische Daten aufzunehmen und in der Raumbuchstruktur abzulegen, u.a.: ƒ Einfügen von Bild-, Video- und Audiodateien mit Zuordnung zum Raum und Symbol in der Zeichnung ƒ Vordefinierte alphanumerische Attribute für Elemente des Raumbuchs, beispielsweise Objektadresse, Raumbeschreibung oder Nutzungsart nach DIN 276 etc. ƒ Nutzer definierte Attribute mit Auswahl von Datentyp, Wertebereich und Vorgabewert, beispielsweise zur Erfassung von Sachdaten wie Art des Bodenbelags, allgemeiner Zustand

Abb.: 9.6 Prinzip der freien AttributGH¿QLWLRQIU5DXPÀlFKHQ System DistToPlan, Kubit

*HUDGH GLH )OH[LELOLWlW GHU 1XW]HU GH¿QLHUWHQ Attribute in Verbindung mit dem Export als Text-, XML- oder Excel-Datei, macht die Systeme für die Gebäudeaufnahme im Facility Management sehr interessant. Als Ergebnis der Bestandserfassung liegen zwei- oder dreidimensionale Grundrissdaten vor, welche nach dem Raumbuchprinzip strukturiert und mit alphanumerischen und multimedialen Daten ergänzt sind. Zur Weiterbearbeitung in der Planung erfolgt der Export der Geometrie meist über DWG oder DXF als 2D-CAD-Daten. Einige Systeme stellen Direktschnittstellen zu CAAD-Systemen zur Verfügung, mit denen auch Bauteildaten – Wände, Türen, Fenster inklusive Bauteilparameter – ausgetauscht werden können. Mittlerweile existieren auch 3D-CAAD-Systeme mit integriertem Bauaufnahmemodul, dessen Funktionen weitestgehend einem Raum orientieren Handaufmaß-System entsprichen. Innerhalb der CAAD-Umgebung können Räume skizziert, gemessen und trianguliert werden. Die Raumanordnung

9 Computergestütztes Handaufmaß

59

im Grundriss erfolgt halbautomatisch über die verbindenden Öffnungen. Anschließend kann das Aufmaßmodell direkt im CAAD zur weiteren Planung genutzt werden.

Abb.: 9.7 Bauaufnahmefunktionen integriert in CAAD, System ARCHline XP, IT-Concept

10 Tachymetrie Die Tachymetrie ist ein geodätisches Verfahren zur schnellen Punkterfassung JULHFKWDFKêV VFKQHOO ,P*HJHQVDW]]XPHandaufmaß erfolgt die Messung nicht direkt am Objekt, sondern durch Anvisieren des zu messenden Punktes mit Fernrohr oder mit sichtbarem Laserpunkt, ausgehend von einem Instrumentenstandort (nach DIN18709 auch als Standpunkt bezeichnet). In der Geodäsie werden hierfür verschiedene optische und elektronische Verfahren unterschieden, wobei die Messung mit elektronischem Tachymeter mittlerweile der Standard ist. Tachymeter mit integrierter Recheneinheit zur Berechnung und Speicherung von Messwerten bezeichnet man auch als Totalstationen. Solange Zielpunkt und sichtbarer Laserpunkt des Tachymeter zur Deckung gebracht werden können, ist ein Anvisieren durch das Fernrohr für die Messung in der Bauaufnahme nicht nötig.

Abb.: 10.1 Tachymetrisches Aufmaß im Schloß Rathsfeld, Bauhaus-Universität, Florian Scharfe, 2005

Für die Geometrieerstellung ausgehend von den gemessenen Punkten am Objekt können prinzipiell zwei Vorgehensweisen unterschieden werden, die sich hinsichtlich der Anbindung an ein Messwert verarbeitendes System unterscheiden:

62

Ź 4.1 2D-und 3D-Linienmodell

10 Tachymetrie ƒ Offline-Tachymetrie Bei der Offline-Tachymetrie werden sämtliche aufgenommenen Punkte im Instrument gespeichert und nach Abschluss der Vor-Ort-Arbeiten per Speicherkarte zur Weiterverarbeitung im Büro in den Computer übertragen. Während bis vor einigen Jahren lediglich Punktnummern mit entsprechenden Koordinaten gespeichert wurden, verfügen moderne Geräte über Grafikdisplays und entsprechende Software, die es ermöglicht direkt im Gerät einfache CAD-Zeichnungselemente (Punkt, Linie, Polylinie etc.) zu erstellen und anschließend zu exportieren. Diese Vorgehensweise ist insbesondere im Vermessungswesen relevant, jedoch weniger für das Bauaufmaß als Planungsgrundlage bzw. Gebäudedokumentation, und soll deshalb nicht weiter betrachtet werden. ƒ Online-Tachymetrie Bei der Online-Tachymetrie werden die gemessenen Werte über eine Schnittstelle (entweder über Kabel oder kabellos über Bluetooth) direkt an eine Aufmaß-Software für tragbare Computer oder Pocket-PC übertragen. Der Tachymeter dient lediglich als Schnittstelle und liefert die Grundwerte zur Berechnung der 3D-Koordinaten der einzelnen Punkte: zwei Winkel und die Distanz zum gemessenen Punkt (sog. Polarkoordinaten-Werte). Der Tachymeter kann einige Berechnungen intern ausführen, in der Praxis empfiehlt es sich, sämtliche Berechnungen über die Aufmaß-Software durchzuführen. Die orginären Koordinatenwerte werden von der Aufmaßsoftware zusammen mit den begleitenden Parametern protokolliert und verwaltet. Gerade durch die sinnvolle Kombination von einem präzisen und schnellen Erfassungsgerät mit einer für den Aufnahmeprozess optimierter Software, hat die Tachymetrie bei der Gebäudeaufnahme in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen, und ist heute unverzichtbarer Standard. Unter Einbeziehung von geeignetem Zubehör, der Verwendung Freier Stationierung und der Unterstützung durch Messroutinen, ist ein Bearbeiter für das Arbeiten vor Ort ausreichend. Dies ist heute gängige Praxis. Damit ist die Tachymetrie ein präzises und wirtschaftliches Verfahren. Gerade für die Gebäudeaufnahme empfiehlt sich diese Vorgehensweise, da der Plan bzw. das Modell zeitgleich mit der Messung vor Ort erstellt wird. Dies ermöglicht eine sofortige Kontrolle, eine visuelle Rückkopplung und aufzunehmende Bestandteile am Bau können nicht „vergessen“ werden. Das Überprüfen ist sofort gegeben.

10.1

TACHYMETRIE: GRUNDPRINZIP

Ein Tachymeter stellt im Prinzip die Erweiterung der klassischen Theodolite dar. Während ein Theodolit lediglich Horizontal - und Vertikalwinkel misst, kann mit dem Tachymeter zusätzlich die Entfernung zum anvisierten Punkt ermittelt werden.

10 Tachymetrie

Um die komplette Gebäudegeometrie sowohl von außen als auch von innen erfassen zu können, sind eine Vielzahl von Einzelmessungen ausgehend von mehreren Instrumentenstandorten notwendig, welche über das örtliche Messnetz zueinander in Bezug gesetzt werden. In der Praxis ist die ausschließlich tachymetrische Aufnahme eher selten, meist erfolgt das Aufmaß in Kombination mit weiteren Verfahren.

63

Ź 6.4 Herstellen geometrischer Bezüge

Vorgehensweise

Abb.: 10.2 Prinzipielle Vorgehensweise der Tachymetrie: die Gebäudemessung erfolgt von verschiedenen Gerätestandorten aus; die Orientierungspunktestellen den Bezug der Standpunkte zum Messnetz her (hier Freie Stationierung)

Um die Einzelmessungen zueinander in Bezug setzen zu können, werden die einzelnen Standorte mit Verfahren der Stationierung (hauptsächlich Freie Stationierung) in ein übergeordnetes Koordinatensystem eindeutig einbezogen. Für diesen örtlichen Bezug ist das Anlegen eines Messnetzes bestehend aus Orientierungspunkten (auch Anschlusspunkte genannt) notwendig. Orientierungspunkte werden am Gebäude oder im Gelände eindeutig gekennzeichnet und vor der eigentlichen Objekterfassung eingemessen. Die Orientierungspunkte sind dabei so zu wählen, dass sie von möglichst vielen Standorten aus einsehbar sind. Sie sollten möglichst weit auseinander liegen. Dieser Abstand zwischen den Punkten wird als Basis bezeichnet. Die Basis sollte im Verhältnis zu der im Anschluß zu messenden Strecke so groß sein, dass die Anschlußstrecke nicht größer ist als die Basis Zur besseren Orientierung während des Aufmessens ist es sinnvoll, Nummern für Orientierungspunkte so zu vergeben, dass bestimmte Objektbereiche ablesbar sind (z.B.: 100er Nummern für EG, 200er für 1.OG, 1000er für Außenbereich etc.).

64

10 Tachymetrie Oftmals wird für Orientierungspunkte auch der Begriff Passpunkt verwendet. Streng genommen ist ein Passpunkt allerdings ein koordinatenmäßig bekannter Punkt in der Photogrammetrie. Letzendlich stehen aber beide Begriffen für Punkte mit bekannten Koordinaten in einem örtlichen Bezugssystem. Die Stationierung aller nachfolgenden Standorte erfolgt durch Messung der zuvor eingemessenen Orientierungspunkte.

Abb.: 10.3 Prinzip des VorwärtEinschneidens: Anhand der gemessenen Winkel von zwei Standorten mit bekannter Basis, können die Koordinaten des Messpunktes berechnet werden

Ein anderes, in der gängigen Praxis der Bauaufnahme etwas in Vergessenheit geratenes Verfahren, ist das sogenannte Vorwärts-Einschneiden. Von zwei Theodoliten mit bekannter Basis wird ein Punkt eingemessen. Die Geräte sind durch die entsprechende Software verwaltet. Jedes Gerät liefert zwei Winkelwerte, aus denen die Koordinaten des Punktes errechnet werden können.

10.2

TACHYMETRIE: MESSWERTVERARBEITUNG

Der Tachymeter ist geeignet, um präzise und schnell zwei Winkelwerte und eine Strecke zu einem anvisierten Punkt an eine Aufmaß-Software zu übergeben. Die 3D-Koordinaten dieses Punktes werden daraus ermittelt. Aufgabe des Aufnehmenden ist es diese Punktkoordinaten in ein interpretierbares Bestandsmodell zu überführen. Idealerweise geschieht dies per Online-Tachymetrie direkt vor Ort durch das Aufmaß- bzw. CAD-System auf einem mitgeführten tragbaren Computer. Inzwischen gibt es eine ganze Reihe von Systemen speziell für die Gebäudeaufnahme, die den Tachymeter als Eingabegerät nutzen. Sie sind mit graphischer Rückkopplung der Messresultate ausgestattet. Entweder handelt es sich um Erweiterungen zu gängigen CAD/CAAD-Systemen, aber auch Stand-Alone/|VXQJHQ¿QGHQVLFKDXIGHP0DUNW*UXQGVlW]OLFKYHUIJHQDOOH6\VWHPHDEHU über die gleichen Grundfunktionen: ƒ Tachymeter-Datenübergabe / Schnittstelle zum Computer (über Kabel oder Bluetooth), direkte Übertragung der Messwerte vom Tachymeter zur Software auf einen tragbaren Computer. Der Tachymeter wird zum 3D-Eingabegerät ƒ Stationierung Funktionen zur Standpunktbestimmung im Bezugskoordinatensystem sowie zum Einmessen und Protokollieren von Orientierungspunkten ƒ tragbarer Computer / Pocket-PC mobile Computer- oder Recheneinheit, die direkt mit dem Tachymeter kommuniziert und die Verarbeitung der dort ermittelten Werte vornimmt. Es sollte ein

10 Tachymetrie

65

leichtes, gegen Witterung unempfindliches Gerät mit einem hellen Display und seperater Datensicherung (z.B. über USB) sein. ƒ Aufmaß- / CAD-Funktionalität Grundsätzliche CAD-Funktionen zum Betrachten der Messwerte bzw. der errechneten Koordinaten. Erstellen und Bearbeiten von Bestandsmodellen als 2D-Zeichnungen oder 3D-Modell sowie Zeichen- und Editierfunktionen für spezielle Aufmaßanforderungen (Messroutinen). Stand-Alone-Systeme verfügen über Exportfunktionen in gängige Systeme für die Bauplanung bzw. Dokumentation. In welcher Form die Bestandgeometrie ausgehend von den gemessenen Punkten letztendlich abgebildet wird, hängt zum einen vom verwendeten System und zum anderen von der geforderten Genauigkeit und dem Verwendungszweck des Modells ab. Prinzipiell lassen sich bei der Tachymetrie drei unterschiedliche Vorgehensweisen für die Geometrieabbildung unterscheiden:

Ź 4 Geometrisches Modellieren in CAD / CAAD

Ź 6.2 Genauigkeiten

ƒ Erstellen von 3D-Konturen ƒ Konstruktion in definierten Schnittebenen ƒ Erstellen von 3D-Geometrien Erstellen von 3D-Konturen

Abb.: 10.4 Tachymetrie: Messen von 3D-Linienzügen

Die einfachste Art der Geometrieabbildung ist das Erfassen von 3D-Konturen (3D-Linien, 3D-Polylinien, 3D-Bögen etc.) entlang der gemessenen Gebäudebzw. Raumkanten. Das Bestandsmodell entsteht als eine Art dreidimensionales Liniengerüst. Auf Basis des so geschaffenen Grundgerüstes an 3D-Geometriedaten ist es im Nachgang möglich, Grundrisse und Schnitte durch verschiedene Projektionen abzuleiten oder das Gebäude als 3D-Flächenmodell nachzumodellieren.

Ź 4.2 3D-Modell

66

10 Tachymetrie

Abb.: 10.5 Tachymetrisch erfasstes 3D-Liniengerüst als Grundlage zur Ableitung von Grundrissen und Schnitten, Kirche Église Saint-Pierre-et-SaintBenoit (Frankreich), Bauhaus-Universität Weimar, 2002

Ź 4.5 Datenstrukturierung im CAAD

Die eigentliche Zeichnungs- bzw. Modellerstellung wird bei dieser Vorgehensweise vom aufzunehmenden Gebäude ins CAD-System ausgelagert. Um Fehler oder Ungenauigkeiten zu vermeiden, ist es daher wichtig, die aufgenommenen 3D-Konturen bereits vor Ort sinnvoll zu strukturieren, beispielsweise durch Verwendung von Layern und unterschiedlichen Linienstärken und -farben.

Abb.: 10.6 Erfassung von 3DKonturen mit Pocket-PC und Tachymeter, System Vitas, VITRUVIUS GmbH

Diese Methode ist zu empfehlen, wenn die Lage und Anzahl der notwendigen Grundrisse und Schnitte zu Beginn des Aufmaßes noch nicht abzuschätzen ist oder wenn als Ergebnis der Erfassung neben der Planableitung auch 3D-Modelle gefordert sind. Ebenso bietet ein solches tachymetrisch erfasstes Grundgerüst eine gute und exakte Basis um das Modell mit händischen Messungen zu detaillieren.

10 Tachymetrie

67

.RQVWUXNWLRQLQGHÀQLHUWHQ6FKQLWWHEHQHQ

Abb.: 10.7 Tachymetrie: Messen von gedachten Schnittebenen (Grundrissen, Vertikalschnitten)

Ist zu Beginn des Aufmaßes die genaue Anzahl und Lage der Grundrisse und Schnitte bekannt, so kann die Erfassung und Zeichnungserstellung direkt in diesen Ebenen erfolgen. Dabei werden vor der eigentlichen Messung die horizontalen und vertikalen Schnittebenen im 3D-Koordinatensystem der TachymeWULH6RIWZDUH GH¿QLHUW EHQDQQW XQG JHVSHLFKHUW 'LHV NDQQ EHLVSLHOVZHLVH IU Horizontalschnitte durch Messung eines Punktes in der entsprechenden Höhe und für Vertikalschnitte durch Messung zweier Punkte in der Schnittlinie erfolgen.

Abb.: 10.8 Erfassung der Gebäudegeometrie durch Schnittebenen im 3D-Koordinatensystem, Gutshof Leonding, b.a.u.werk 2007

Da die Schnittebene am Gebäude selbst nicht sichtbar ist, erfolgt die Messung in unmittelbare Nähe dieser idealisierten Ebene. Die 3D-Koordinaten des Tachymeters werden anschließend vom System auf die Schnittebene projiziert, sofern GHU$EVWDQGYRQGLHVHUHLQHQGH¿QLHUEDUHQ7ROHUDQ]EHUHLFKQLFKW EHUVFKUHLWHW Bei komplexen Gebäude wie sie beispielsweise in der 'HQNPDOSÀHJH vorkommen, ist es oftmals notwendig, die Grundrissebene aufgrund von geneigten Wänden exakt einzuhalten. Hier ist das Anzeigen der Schnittebene mit Hilfe eines Rotationslasers ein geeignetes Hilfsmittel.

10 Tachymetrie

68

In der Regel wird der Messpunkt mit seinen orginären Werten (zwei Winkel, Strecke) zusätzlich protokolliert. Während des Messfortschrittes kann zwischen den Ebenen beliebig gewechselt werden, um Grundrisse und Schnitte von mehreren Standpunkten aus erstellen zu können.

Abb.: 10.9 Verwendung von Messroutinen: Fenster 1 wird nur über zwei Laibungspunkte

Zur besseren Unterstützung der Modellierung von Messdaten bieten die Tachymetrie-Systeme verschiedene Messroutinen zur schnellen Erstellung von beispielsweise Tür- und Fenstersymbolen durch Messung von Laibungspunkten oder Säulen (Kreise) und Bögen durch Messung von nur drei Punkten. Sinnvoll ist auch die Erstellung von Vorlagen wiederkehrender Details mit Hilfe von %O|FNHQRGHU0DNURV(VLVW]ZHFNPl‰LJVROFKHSURMHNWVSH]L¿VFKHQ%DXGHWDLOV (z.B. Fenster, Verkleidungen) nur einmal aufzumessen und entsprechend zu kopieren. Der Einfügepunkt lässt sich analog zum Messvorgang mit dem Tachymeter bestimmen. Die hierdurch vorgenommene Idealisierung der Geometrie ist mit der Aufgabenstellung der Bauaufnahme sorgfältig abzugleichen. In vielen Fällen ist sie allerdings sinnvoll und übliche Praxis.

und einen Rahmenpunkt eingemessen. Der Laibungsversatz ist ein manuell einzugebender Parameter. Fenster 2 kann anschließen kopiert werden. Der Einfügepunkt wird durch den Tachymeter bestimmt. Die Säule kann über 3 Punkte eingemessen werden. Ź 4.1 2D- und 3DLinienmodell

Abb.: 10.10 Ergebnis einer tachymetrischen Erfassung: Schnitt durch den Gutshof Leonding, b.a.u.werk 2007

Als Resultat dieser Vorgehensweise entsteht eine 2D-CAD-Dokumentation in Form von Grundrissen, Schnitten und Ansichten, welche sich jedoch in einem GUHLGLPHQVLRQDOHQ%H]XJ]XHLQDQGHUEH¿QGHQ,Q.RPELQDWLRQPLW HUJlQ]HQGHQ händischen Messungen erhält man somit bereits vor Ort eine nahezu komplette Bestandsdokumentation. Der Aufwand der Fertigstellung im Büro wird wesentlich reduziert.

10 Tachymetrie

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Erstellen von 3D-Geometrien

Abb.: 10.11 Tachymetrie: Messen von Raum begrenzenden Ebenen über 3 Punkte

Die Modellierung von 3D-Körpern oder Flächen erfolgt durch 3D-Koordinaten, die aus den vom Tachymeter ermittelten Messwerten (Winkel, Strecke) errechnet werden. Die einfachste Form einer solchen Modellierung besteht in der (Dreiecks-) Vermaschung einer beliebigen Anzahl gemessener Punkte. Das so erstellte Polygonnetz eignet sich insbesondere zur Abbildung von GeländeoberÀlFKHQRGHUHLQ]HOQHUVWDUNYHUIRUPWHU%DXWHLOREHUÀlFKHQ'LHNRPSOHWWH Modellierung eines Gebäudes als 3D-Netz ist allerdings nicht praktikabel.

Ź 4.2 3D-Modell

Abb.: 10.12 3D-Modellierung mit Tachymetriedaten: Die räumlich gemessenen Punkte werden miteinander vermascht, Gewölbe der Anna-Amalia-Bibliothek Weimar, b.a.u.werk 2004

Eine weitere Möglichkeit der Modellierung bieten einfache 3D-Volumenkörper, wie Quader, Prismen oder Zylinder, die bereits durch Messung weniger Punkte HLQGHXWLJ LQ LKUHU /DJH XQG $XVULFKWXQJ GH¿QLHUW VLQG (LQ W\SLVFKHU $QZHQdungsfall ist die dreidimensionale Erfassung von technischen Anlagen und Rohrleitungssystemen.

10 Tachymetrie

70

Abb.: 10.13 Prinzip des Einmessens von Rohrleitungen über wenige Punkte auf der 2EHUÀlFKHOLQNV XQG Beispielaufmaß einer Werkhalle (rechts), Quelle: Kubit, System TachyCad

Die dritte Form der direkten 3D-0RGHOOLHUXQJELHWHWGDV$UEHLWHQPLWGH¿QLHUWHQ (EHQHQ 'XUFK 0HVVXQJ YRQ PLQGHVWHQV  3XQNWHQ DXI HLQHU %DXWHLOREHUÀlFKHLVWGHUHQ(EHQHLP5DXPHLQGHXWLJGH¿QLHUW(FNHQXQG.DQWHQHQWVWHKHQ automatisch dort, wo sich mehrere Ebenen schneiden. Ähnlich den Systemen des computergestützten Handaufmaßes wird die Geometrie zunächst „skizziert“ und anschließend durch gezielte Messung in ihrer Ausdehnung angepasst. Es HQWVWHKWHLQ'2EHUÀlFKHQPRGHOO

Ź 2.2 Datenverwaltung im Raumbuch

Ź 14 Konzept einer interpretierenden, planungsbegleitenden Erfassung

Der Vorteil gegenüber dem Messen von 3D-Konturen oder 2D-Schnittlinien liegt in der systematischen Erfassung von Räumen und Bauteilen (Raumbuchstruktur), denen zusätzlich nicht-geometrische Daten (alphanumerische Daten, Multimedia-Daten) zugeordnet werden können. Dem gegenüber steht die geringe Flexibilität bei der Darstellung komplexer Geometrien. Derzeit existieren kaum kommerzielle Systeme die eine solche Vorgehensweise unterstützen. In der Forschung wird an diesem Ansatz der ModellieUXQJIHVWJHKDOWHQ5DXPEHJUHQ]HQGH2EHUÀlFKHQZHUGHQGDEHLVRZRKO Z tachymetrisch, als auch in Kombination mit den Verfahren des Handaufmaßes und der Photogrammetrie erfasst. Der am Bereich Informatik in der Architektur der Bauhaus-Universität Weimar entwickelte Softwareprototyp [Freak] arbeitet nach diesem Prinzip [32].

Abb.: 10.14 Modellierung von Tachymetriedaten als '%DXWHLOREHUÀlFKHQ System VITRUVIUS, Vitruvius GmbH (links) und Softwareprototyp [Freak], Bauhaus-Universität Weimar (rechts)

Die verschiedenen Vorgehensweisen bei der Geometrieabbildung können zwar theoretisch voneinander getrennt betrachtet werden, in der Praxis erfolgt jedoch meist eine Durchmischung der Verfahren. Je nach Aufgabenstellung, Objekt und insbesondere auch der Einsehbarkeit der aufzunehmenden Punkte sind die einzusetzenden Verfahren gegeneinander abzuwägen und zu kombinieren.

10 Tachymetrie

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Erstellen von 3D Konturen 3D-CAD-Daten

‡VFKQHOOH(UIDVVXQJ ‡Modellierung beliebiger Formen ‡*UXQGODJHIU6FKQLWWELOGXQJXQG 3D-Modellierung

.RQVWUXNWLRQLQGH¿QLHUWHQ6FKQLWWHEHQHQ 2D-CAD-Daten (im 3D-Bezug)

‡VFKQHOOH(UIDVVXQJ ‡ Modellierung beliebiger Formen ‡=HLFKQXQJHQHQWVWHKHQQDKH]X komplett vor Ort

3D-CAD (Flächenund Volumenmodell) 3D-Bauteile (z.T.)

‡VFKQHOOHUH(UIDVVXQJ ‡HLQJHVFKUlQNWH Modellierung ‡3D-Bauteilmodell kann mit weiteren Daten angereichert werden

Erstellen von 3D Geometrie

10.3

Tab.: 10.1 Gegenüberstellung der unterschiedlichen Verfahren der tachymetrischen Geometrieerstellung

TACHYMETRIE: TECHNISCHE BESCHREIBUNG

Tachymeter sind hochpräzise Instrumente, entwickelt für unterschiedlichste 9HUPHVVXQJVDXIJDEHQ +HUVWHOOHUVSH]L¿VFK ZHUGHQ Tachymeter in unterschiedlichen Genauigkeitsklassen angeboten. Für den Einsatz in der Gebäudeaufnahme liefern jedoch auch einfache Geräte – oftmals als Bautachymeter bezeichnet – bereits sehr genaue Ergebnisse. Die Geräte folgen grundsätzlich alle der gleichen Bauweise. Zu beachten ist, dass es unterschiedliche Bauhöhen gibt. Der Abstand zwischen Kippachsenhöhe und Dreifuß ist von Hersteller zu +HUVWHOOHUYHUVFKLHGHQ'LHVHU:HUWJHKWDOV(LQÀXVVJU|‰HLQGLH.RRUGLQDWHQberechnung ein. Neben dem „klassischen“ Tachymeter aus dem Vermessungswesen gibt es mittlerweile auch einfachste Geräte mit geringeren Genauigkeiten speziell für die Aufnahme von Innenräumen, die einen handelsüblichen Laserdistanzmesser um Winkelmessfunktionen erweitern. Die Geräte werden als Komplettsystem mit der entsprechenden Aufmaß-Software angeboten (Bsp.: Aufmaß-System TheoCAD, C-Techniken M. Möbius).

Abb.: 10.15 System TheoCad, C-Techniken Möbius

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Ź 14 Konzept einer interpretierenden, planungsbegleitenden Erfassung

Abb.: 10.16 Entwurf des DT-Smart, Bauhaus-Universität Weimar, 2005

10 Tachymetrie Auch die universitäre Forschung DUEHLWHWDQQHXHQ*HUlWHNRQ¿JXUDtionen speziell für die planungsrelevante Bauaufnahme. Im Rahmen eines Studienprojektes an der Bauhaus-Universität Weimar entstand der Entwurf des DT-Smart. Dieser vereint die Vorteile eines Tachymeters mit denen eines Laserdistanzmessers in einem Gerät [27].

Folgende Abbildung beschreibt den grundsätzlichen Aufbau eines Tachymeters:

Abb.: 10.17 Prinzipieller Aufbau eines Tachymeters

ƒ Dreifuß mit Fußschrauben, Dosenlibelle und Lot Mit dem Dreifuß wird das Instrument auf dem Stativ befestigt. Über die Fußschrauben und Dosenlibelle erfolgt die Ausrichtung des Gerätes in der Horizontalen (Horizontierung). Zur Montierung von Messinstrumenten auf dem Dreifuß, werden zwei Systeme unterschieden: Das ZEISS Steckzapfensystem und das WILD-Klauensystem, wobei sich letztgenanntes eher durchzusetzen scheint. Über ein optisches Lot oder Laserlot kann der Standpunkt des Instrumentes lotrecht über dem Boden anvisiert werden, um diesen zu markieren oder das Gerät über einem bekannten Punkt auszurichten (Zentrieren). ƒ Rechnereinheit mit Display und Bedienfeld Über die Rechnereinheit mit Bedienfeld wird der Messvorgang gesteuert. Es können bereits im Instrument Berechnungen und Messkorrekturen vorgenommen werden. Messwerte werden intern gespeichert und können mit Speicherkarte oder Direktschnittstelle an einen PC mit entsprechender Software übertragen werden.

10 Tachymetrie ƒ Fernrohr mit Entfernungsmesser Das Fernrohr ist in Horizontal- und Vertikalrichtung um 400 gon (360°) schwenkbar. Zur Anvisierung des Zielpunktes befindet sich im Fernrohr ein Fadenkreuz. Bei modernen Tachymetern ist die elektronische Distanzmessung (EDM) im Fernrohr integriert. Der Laserstrahl wird in die Fernrohrachse eingespiegelt, so dass die Messung direkt im Zielstrahl stattfindet (koaxiale Messung). Die Messung erfolgt entweder reflektorbasiert mit unsichtbarem Infrarot-Messstrahl oder reflektorlos mit sichtbarem Laserstrahl. ƒ Seiten- und Höhentrieb Die Winkelmessung erfolgt über zwei im Gerät eingebaute Kreisscheiben mit darauf aufgebrachter Winkelskala. Beim Schwenken des Fernrohres läuft ein Sensor über die Scheiben und liest den Differenzwert von zwei Fernrohreinstellungen ab. Über den Seiten- und Höhentrieb erfolgt die Feineinstellung der Zielachse horizontal und vertikal. ƒ Kompensator Tachymeter verfügen über einen Neigungssensor – den Kompensator – der die 5HVWQHLJXQJ 6WHKDFKVHQIHKOHU GHV,QVWUXPHQWHVQDFKGHUHorizontierung ausgleicht. Intern arbeitet der Kompensator als Zweiachsen-Kompensator, die auch einzeln verwendbar sind. Die Restneigung wirkt sich negativ auf die Genauigkeit der Winkelmessung aus. Ist die Neigung durch den Kompensator bekannt, kann die Winkelgenauigkeit korrigiert werden. Dies geschieht in der Regel automatisch im Instrument. Der Kompensator kann bei Bedarf über eine Taste am Bedienfeld ein- und ausgeschalten werden. Beim Abschalten des Kompensators ist mit Messungenauigkeiten aufgrund der Restneigung des Instrumentes zu rechnen. Der Kompensator sollte immer eingeschaltet bleiben. Generell sollten der Tachymeter und sämtliches Zubehör in regelmäßigen Abständen gewartet und justiert werden. Nach jedem Transport sind die Geräte zumindest zu überprüfen. Dies ist einfach durchzuführen, da die Geräte den Nutzer bei dieser Justierung anleiten. Genaue Hinweise sind den mitgelieferten Benutzungsanleitungen der Instrumente zu entnehmen. Messprinzip Bei der Messung eines Punktes werden zunächst die Koordinaten des Zielpunktes durch Messung folgender Werte bestimmt: ƒ Vertikalwinkel V Neigung des Zielstrahls zur Stehachse. Der Ursprung von 0 gon entspricht dabei der Richtung zum Zenit.

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Altgrad Neugrad 0° = 0 gon 90° = 100 gon 360°

= 400 gon

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10 Tachymetrie ƒ Horizontalwinkel Hz Winkel vom Gerätestandort zwischen zwei Zielpunkten in der Horizontalen, bzw. zwischen der (einstellbaren) Ausrichtung des Horizontalkreises (Nullrichtung) und einem Punkt. Die Ausrichtung ist für den Instrumentenstandort zunächst beliebig. Zur besseren Orientierung sollte diese zu einem Orientierungspunkt oder zur geographischen Nordrichtung gesetzt werden. Dies erfolgt wie die sonstige Steuerung und Parameterverwaltung über die Aufmaß-Software. ƒ Schrägdistanz D Direkte Entfernung zum Zielpunkt

Abb.: 10.18 Tachymetrie: Messen von 3D-Punkten im Raum

Anhand dieser Messwerte ist die Umrechnung der Polarkoordinaten in ein kartesisches System durch die Rechnereinheit des Instrumentes möglich.

Abb.: 10.19 Polarkoordinatensystem (links) und kartesische Koordinaten (rechts)

Bei der Vermessung unterscheidet man zwischen Kartesischen Koordinaten und Polarkoordinaten. Polarkoordinaten werden beispielsweise bei einer tachymetrischen Messung ausgehend von einem Standpunkt in Form von Horizontal- und Vertikalwinkel sowie der Distanz zum Zielpunkt ermittelt. Die Winkelangabe erfolgt dabei in Neugrad (400 gon entsprechen

10 Tachymetrie

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einem Vollkreis von 360°; die Winkel sind rechtsdrehend und werden immer positiv angegeben). Diese Polarkoordinaten werden in kartesische Koordinaten (x, y und z) entsprechend des örtlichen Bezugssystems umgerechnet.. Den Koordinatenursprung bildet zunächst der Instrumentenmittelpunkt (Schnittpunkt von Stehachse, Kippachse und Zielachse). Die X-Achse verläuft in Horizontal-Null-Richtung und die Z-Achse in Zenitrichtung. Mit verschiedenen Verfahren der Stationierung erfolgt die Einbindung des Gerätestandortes in ein Bezugskoordinatensystem, auf welches die Zielpunktkoordinaten umgerechnet werden. Sämtliche Zielpunktkoordinaten verschiedener Instrumentenstandorte lassen sich so in einem örtlichen Bezug angeben.

Ź 10.4 Stationierung: Bestimmung des Gerätestandortes

Ź 6.4 Herstellen geometrischer Bezüge

Distanzmessung Die Streckenmessung erfolgt mit Elektronischer Distanzmessung (EDM). Bei modernen Tachymetern ist diese direkt in das Fernrohr integriert (sog. koaxiale Messung). Ähnlich einem Laserdistanzmesser wird ein Laser-Messstrahl ausgeVDQGWDP=LHOSXQNWUHÀHNWLHUWXQGZLHGHULP*HUlWHPSIDQJHQhEHUGLH/DXI]HLW des Messstrahls wird die Distanz ermittelt. Bevor die koaxial messenden Tachymeter hergestellt wurden, saß der Entfernungsmesser außen am Gehäuse eines Theodoliten. Die Messachsen von Fernrohr und Distanzmessgerät liegen dann nicht koaxial. Diese Situation bedingt extra Justierungen, Umrechnungen und ein insgesamt JU|‰HUHV*HUlW,QGHUSUDNWLVFKHQ$UEHLWNDXPQRFK]X¿QGHQKDEHQ sie dennoch den Vorteil, dass ein stärkerer Laser für die Distanzmessung zur Verfügung steht. In Bezug auf die Genauigkeit sind sie den koaxialen System nicht unterlegen. Bei elektronischen Tachymetern unterscheidet man prinzipbedingt zwei verschiedene Arten der Distanzmessung, die in der Praxis Auswirkungen auf das Vorgehen haben: ƒ Reflektorbasiert Die Messung erfolgt mit (unsichtbarem) Infrarot-Messstrahl der von einem Reflektor (auch als Prisma bezeichnet) am Zielpunkt zurückgesendet wird. Der Vorteil liegt in der sicheren Reflexion des Messstrahls über große Entfernungen und in der höchstmöglichen Genauigkeit. Reflektoren gibt es in verschiedenen Größen von handlichen „Miniprismen“ bis zu solchen, die auf einem Reflektorstab oder Stativ mit Dreifuß montiert werden. Neben Reflektoren können auch Retro-Targets – selbstklebende reflektierende Folienzeichen von 3M – verwendet werden. Diese sind wirtschaftlicher und reichen für die üblichen Entfernungen bis zu mehreren 100 m und die Genauigkeitsanforderungen in der Bauaufnahme aus. Die Anschaffung teurer Reflektoren und Stative sowie deren Aufstellung und Horizontierung entfällt.

www.3m.com

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10 Tachymetrie

Abb.: 10.20 verschiedene ergänzenGH.RQ¿JXUDWLRQHQYRQ Prismen: Rundprisma und Miniprisma der Firma Leica Geosystems, sowie Miniprisma mit Prismennadel von CASOB (von links nach rechts)

ƒ Reflektorlos Die Messung erfolgt unter Verwendung eines sichtbaren Laserstrahls, der am Messpunkt von der Objektoberfläche reflektiert wird. Damit entfällt das zeit- und arbeitsaufwendige Anhalten oder Aufstellen des Prismas an jedem zu messenden Punkt. Gerade bei schwer zugänglichen Messbereichen ist dieser Vorteil nicht hoch genug einzuschätzen. Dadurch ist nur noch eine Person erforderlich, die zu Messpunkte mit dem Tachymeter anzuvisieren und die Messung auszulösen. Probleme können bei der Reflexion des Laser an Ecken, Kanten und bei sehr schräg auftreffenden Messstrahlen (>45°) auftreten.

Abb.: 10.21 3UREOHPHEHLGHU5HÀH[LRQ des Messstrahls an Ecken, Kanten und bei schräg auftreffenden Messstrahlen

Zu unbemerkten Fehlmessungen kann es kommen, wenn der Messtrahl DQHLQHU.DQWHVFKOHLIHQGYRUEHL]LHOW+LHULVWGLH6LJQDOUHÀH[LRQQLFKW [ sichergestellt. Um dies zu vermeiden gibt es verschiedene Möglichkeiten: ƒ Die Verwendung eines entsprechenden Anschlagwinkels, um eine geeigQHWH5HÀH[LRQVÀlFKH]XHUKDOWHQ ƒ Die getrennte Messung von Winkeln und Distanz. Hier wird zunächst GHU=LHOSXQNWJHULQJIJLJDXIGLH2EMHNWREHUÀlFKHJHGUHKWVRGDVVGLH G 5HÀH[LRQGHV0HVVVWUDKOVEHLGHUDistanzmessung sichergestellt ist. Die Distanzmessung wird ausgelöst. Anschließend wird die Kante genau anvisiert, und die Winkelmessung separat ausgelöst.

10 Tachymetrie

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ƒ Die Verwendung einer Messroutine, bei der jeweils zwei Punkte auf den Kanten begrenzenden Flächen gemessen werden. Der Objektpunkt auf der Kante ergibt sich als Schnittpunkt der Verlängerungen der gemessenen Linien. %HLGHU%DXDXIQDKPH¿QGHWGLHUHÀHNWRUEDVLHUWHTachymetrie kaum noch AnwenGXQJGLH*HElXGHJHRPHWULHZLUGDXVVFKOLH‰OLFKUHÀHNWRUORVHUIDVVW6HOEVWIU das Einmessen von Gerätestandorten erfüllen die Retro-Targets die Anforderungen an die Genauigkeit. Nur die Stationierung auf bekanntem Punkt bedingt die $QZHQGXQJYRQ5HÀHNWRUHQ Parameter der Koordinatenberechnung Je nach Art der Stationierung und Punktmessung und der verwendeten Geräte, sind für die Koordinatenberechnung einige Parameter (sog. Reduktionsgrößen) zu berücksichtigen. Diese werden entweder direkt im Tachymeter oder bei Ansteuerung über einen tragbaren Computer in der Aufmaß-Software eingegeben:

Abb.: 10.22 Tachymetrie: Für die Bestimmung von Standpunkt- und Messpunktkoordinaten relevante Parameter (Reduktionsgrößen)

ƒ Instrumentenhöhe Die Instrumentenhöhe gibt den Abstand der Kippachse vom lotrecht darunter befindlichen Bodenpunkt an. Die Höhe kann mit einem speziellen Maßband ermittelt werden (beginnt oberhalb der Fußschrauben am Dreifuß und geht zum Bodenpunkt). Die Berücksichtigung der Instrumentenhöhe ist notwendig, wenn der Standort vermarkt werden soll, vorhanden ist oder wenn es sich um eine Stationierung auf bekanntem Punkt handelt. Um den Höhenwert des Bodenpunktes im örtlichen Messnetz zu erhalten, ist die Kippachshöhe um den Wert der Instrumentenhöhe zu reduzieren.

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10 Tachymetrie ƒ Zielhöhe Bei der reflektorbasierten Distanzmessung hat der anvisierte Punkt – die Mitte des Reflektors bzw. der Zieltafel – eine andere Höhe als der zu vermessende Bodenpunkt. Sie unterscheidet sich um den Wert der Zielhöhe vom aufzunehmenden Objektpunkt. Zur korrekten Berechnung der Punktkoordinaten ist in diesem Fall die Zielhöhe in der Tachymetrie-Software (bzw. im Instrument bei Offline-Tachymetrie) zu berücksichtigen. Die Zielhöhe wird entweder manuell mit speziellem Maßband ermittelt, oder kann bei Verwendung von Reflektorstäben an diesen abgelesen werden. Auf diese Weise können auch Punkte vermessen werden, die nicht direkt mit dem Tachymeter anvisiert werden können. Der Reflektor wird hierfür in Kombination mit einem Reflektorstab (auch Lotstock) verwendet. Je nach Position der Messpunkte kann die Zielhöhe sowohl positive als auch negative Werte annehmen. ƒ Additionskonstante Bei der reflektorbasierten Messung kann es vorkommen, dass der Reflektor bzw. die Zieltafel nicht direkt über dem Zielpunkt angehalten werden kann, beispielsweise bei der Messung von Gebäudeecken. In diesem Fall muss zu der gemessenen Distanz zwischen Tachymeter und Reflektor/Zieltafel der Abstand zum Zielpunkt hinzuaddiert werden. Diese Verkürzung der gemessenen Schrägdistanz (Messstecke) ist die Additionskonstante. Der Reflexionspunkt weicht bei einigen Reflektortypen, bedingt durch die Bauweise, vom Lot durch den angehaltenen Punkt ab. Für alle Reflektoren ist die Additionskonstante vom Hersteller angegeben und steht meist als vordefinierte Auswahl im Instrument zur Verfügung. Die Aufmaßsoftware berücksichtigt diese gerätespezifischen Konstanten. Eine individuelle Eingabe des Wertes sollte zudem möglich sein. Zubehör Es gibt eine Reihe von Zubehör. Hier sind in erster Linie Stative und Dreifüße ]XU *HUlWHDXIVWHOOXQJ ]X QHQQHQ HEHQVR 5HÀHNWRUHQ YHUVFKLHGHQHU *U|‰HQ 5HÀHNWRUHQ¿QGHQ$QZHQGXQJDXIHLQHP6WDWLYPLWDreifuß und Prismenhalter zur Festlegung von Punkten im Messnetz. ,Q.RPELQDWLRQPLWHLQHP/RWVWRFNGLHQHQGLH5HÀHNWRUHQ]XP(LQPHVVHQQLFKW sichtbarer Objektpunkte. Die Lotstöcke verfügen über Dosenlibellen, um sie lotrecht über dem Objektpunkt anzuhalten. Fluchtstabhalter oder Schnellstative unterstützen das Aufstellen von Lotstöcken. Die ebenso verfügbaren Zweibeinstreben sind nicht mehr gebräuchlich und zudem recht unhandlich. (LQ ([WUDSRODWLRQVVWDE .DQDOPHVVVWDE  GLHQW HEHQVR ZLH GLH 5HÀHNWRUHQ DXI Lotstöcken zum Messen von nicht-sichtbaren Punkten. Die Spitze des Stabes wird am Messpunkt angehalten, gemessen werden zwei Punkte auf dem Stab. Die Aufmaß-Software ermittelt aus Abstand und Winkel der gemessenen Punkte

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die genaue Position des angehaltenen Messpunktes. $Q 6WHOOH YRQ 5HÀHNWRUHQ ¿QGHQ KHXWH DXFK VRJHQDQQWH 5HWUR7DUJHWV ]XU Markierung von Orientierungspunkten Anwendung. Sie sind selbstklebend, beschriftbar, kostengünstig und können für die Dauer der Aufnahme am Objekt verbleiben. Ein Beschriftung sollte eine Nummer, ein Fadenkreuz, einen Hinweis „diese Marke nicht zu entfernen“ und Kontaktinformationen enthalten.

Abb.: 10.23 Prinzip der Messung nicht-sichtbarer Punkte: mit 5HÀHNWRUDXI/RWVWDE (links) oder mit Extrapolationsstab (rechts)

Beim Aufbau des Tachymeters auf nachgebenden Böden ist das Stativ breitbeinig aufzustellen, um so ein besseres Schenkelverhältnis zu erhalten. Die Bewegungen des Gerätes sind dadurch geringer, und lassen sich durch den Kompensator besser ausgleichen. Auf glatten Böden ist die Verwendung von Stativsternen bzw. -ketten zu empfehOHQGLHVHPVVHQDOOHUGLQJVXQEHGLQJWHEHQOLHJHQ6LH¿[LHUHQ GLH6WDWLYEHLQH in ihrer Position und verhindern ein Wegrutschen. Das Anbringen einer Antirutschunterlage ist zu empfehlen. Zur Bestimmmung der Instrumentenhöhe gibt es spezielle Maßbänder, welche direkt am Dreifuß befestigt werden. Die Verwendung von Rollwagen als Stativunterbau erleichtert das Umstellen des Gerätes, da Stativ, Dreifuß und Tachymeter montiert bleiben. Zur Ablage des tragbarer Computers oder Pocket-PCs existieren ebenso diverse Lösungen, auch zu deren Montage am Stativ. Wenn durch die Aufstellung bedingt oder durch das Anvisieren weit oben liegender Objektpunkte die Einsicht in das Fernrohr nicht möglich ist, sollte ein Steilsicht- bzw. Zenitokularen verwendet werden. Zenitokulare können auch bei nachgebenden Böden hilfreich sein: Das Okular ermöglicht das Anvisieren von Punkten in verschiedenen Winkeln, ohne dass der Aufnehmende um den Tachymeter herumlaufen muss. Zum Vermarken von Punkten können eine Vielzahl von Hilfsmitteln zum Einsatz kommen. Üblich sind Nägel und Einschlag- oder Schraubbolzen, Spreizdübel, auch Folienaufkleber und Stiftmarkierungen. Mitunter sind mit der Flex geschnit-

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10 Tachymetrie tene Kreuze sehr hilfreich. Für das Beobachten von Setzungen über einen längeren Zeitraum ist das Einrichten von fest verankerten Pfeilern, auf denen die Tachymeter montiert werden, eine gewiß sehr seltene, dennoch praktikable Lösung. Die schon erwähnten Retro-Targets sind sehr zweckmäßig, da sie VFKQHOODQ]XEULQJHQVLQGXQGHLQHVHKUSUl]LVH±GDUHÀHNWRUEDVLHUWH±0HVVXQJ ermöglichen.

10.4

STATIONIERUNG: BESTIMMUNG DES GERÄTESTANDORTES

Bei den Arbeitsschritten zur Stationierung (auch „Aufstellung“, „Einrichten“ des Tachymeters) wird der Standort des Gerätes in einem Koordinatensystem aufgenommen. Alle Einzelmessungen sind dann von diesem Standort in diesem KoorGLQDWHQV\VWHPHLQGHXWLJGH¿QLHUW

Abb.: 10.24 Messnetz mit nur wenigen

Um die Koordinaten eines Standortes in einem Koordinatensystem zu bestimmen, sind weitere Punkte (Standorte und / oder Orientierungspunkte) zu bestimmen. Wurde für den örtlichen Bezug zuvor ein Messnetz angelegt, so dienen diese Punkte als Orientierungspunkte für die weiteren Standorte. Ist noch kein Messnetz vorhanden, wird über den ersten Standort das Bezugskoordinatensystem festgelegt, an dem sich alle anschließenden Standorte orientieren.

Punkten: Die Stationierung aller Gerätestandorte kann auf die gleichen Orientierungspunkte erfolgen. Bei Verwendung von Messroutinen und ergänzenden Handmessungen kann das Aufstellen des Tachymeters direkt im Raum entfallen.

0LW GHU UHÀHNWRUORVHQ 7DFK\PHWULH KDW GLH %RGHQYHUPDUNXQJ ]X *XQVWHQ GHU Freien Stationierung an Bedeutung verloren. In der praktischen Bauaufnahme bevorzugt man heute Orientierungspunkte die sich an aufragenden Bauteilen (Wänden, Stützen) vermarken lassen. Je mehr Standorte von einer möglichst geringen Anzahl an Orientierungspunkten einmessbar sind, um so genauer ist das gesamte Messnetz. Auch die Anzahl der 6WDQGRUWHKDWHLQHQ(LQÀX‰DXIGLH*HQDXLJNHLW-HZHQLJHU6WDQGRUWHYHUZHQdet werden, um so genauer das Messnetz. Beim Anlegen eines neuen Bezugsystems ist es empfehlenswert, wenn sich alle späteren Messpunkte im 1. Quadranten des Koordinatensystems EH¿QGHQ'LH:HUWHGHUJHPHVVHQHQ3XQNWHKDEHQGDQQDOOHSRVLWLYH Koordinaten.

10 Tachymetrie

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Einige Tachymeter verfügen über eine Motorisierung und automatische =LHOHUNHQQXQJGKGLHLQ5HLFKXQG6LFKWZHLWHEH¿QGOLFKHQ5HÀHNWRUHQ werden vom Gerät automatisch verfolgt, die Anzielung durch den Nutzer über das Fernrohr entfällt. Diese Anwendung ist in der Form für die Bauaufnahme ungeeignet. Wie bereits erläutert, ist die Verwendung von 5HÀHNWRUHQLQGHU%DXDXIQDKPHQLFKWQRWZHQGLJHLQ1XW]HUNDQQ WDFK\\ PHWULVFK*HElXGHUHÀHNWRUORVDXIQHKPHQ=XPDQGHUHQLVWGLH%HQXW]XQJ eines Lotstockes kritisch: Dieser muss immer senkrecht gehalten werden, um nicht die Additionskonstante zu verfälschen. )U(LQVDW]EHUHLFKHEHLGHQHQGHU5HÀHNWRUXQDEGLQJEDULVWN|QQHQ in Verbindung mit einer Fernbedienung auch Aufmaßarbeiten von einer Person ausgeführt werden. Das ist beim Messen großer Distanzen, wie im *HOlQGHRGHULP6WUD‰HQEDXGHU)DOO'LH)HUQEHGLHQXQJEH¿QGHWVLFKDP Lotstock mit Prisma. Der 7DFK\PHWHUYHUIROJWDXWRPDWLVFKGHQ5HÀHNWRU den der Aufnehmende am Lotstock durch das Gelände trägt. Über die Fernbedienung kann die Messung ausgelöst werden. Diese Vorgehensweise ist jedoch für das Aufmaß im Gebäudeinneren ungeeignet, da der in der Hand gehaltene Lotstock zu Ungenauigkeiten führt. Freie Stationierung Bei der Freien Stationierung erfolgt die Positionierung des Tachymeters über bekannte Orientierungspunkte. Zur Orientierung im Bezugskoordinatensystem werden mindestens drei Orientierungspunkte eingemessen. Mit der Messung zu zwei Orientierungspunkten kann der Standort eindeutig berechnet werden. Die Messung zu weiteren Punkten ermöglicht eine Plausibilitätskontrolle (Standpunkt ist überbestimmt).

Abb.: 10.25 Tachymetrie: Freie Stationierung; Bezugnahme auf am Objekt eingemessene Punkte

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Abb.: 10.26 Prinzip des RückwärtsEinschneidens: Von einem Standort werden die Winkel und Strecken zu zwei Orientierungspunk-

10 Tachymetrie Die Berechnung erfolgt nach dem Verfahren des Rückwärtseinschneidens, bei dem der neue Punkt (Standort des Gerätes) durch Winkel- und Streckenmessung zu den Orientierungspunkten berechnet wird.

ten gemessen, um die Koordinaten des neuen Standortes im Bezugssystem zu berechnen

Die )UHLH6WDWLRQLHUXQJ¿QGHWEHLGHUBauaufnahme sowohl im Inneren eines Gebäudes als auch im Außenbereich Anwendung. Ausgehend von einem orientierten Standpunkt werden vor der eigentlichen Gebäudeerfassung neue Orientierungspunkte zur laufenden Ergänzung des Messnetzes eingemessen. Neue Standpunkte werden unter Verwendung dieser Orientierungspunkte erstellt. Legt man den ersten Standpunkt außerhalb des Gebäudes, ist es beispielsweise sinnvoll, Orientierungspunkte innerhalb der Fensteröffnungen über einen 5HÀHNWRU]%0LQLSULVPDDXIPDUNLHUWHP3XQNWGHU)HQVWHUU bank) einzumessen. Diese sind anschließend in jedem Geschoss von den Standpunkten im Gebäude einzusehen. Für die Freie Stationierung ist die Berücksichtigung der Instrumentenhöhe in der Regel nicht notwendig. Soll der Standort jedoch vermarkt werden, um ihn zu einem späteren Zeitpunkt erneut zu verwenden, so ist die Instrumentenhöhe zu ermitteln und für die Höhenbestimmung des Standortes zu berücksichtigen. Der 6WDQGRUWZLUGDXIGHVVHQORWUHFKWGDUXQWHUEH¿QGOLFKHQ%RGHQSXQNWYHUPDUNW Der Bodenpunkt wird mit Hilfe des optischen Lot bzw. Laserlot ermittelt. Stationierung über bekanntem Punkt Aufstellen des Tachymeters über einen Punkt auf dem Boden, dessen 3D-Koordinaten bekannt sind. Der Tachymeter wird über einem bekannten und vermarkten Bodenpunkt aufgeVWHOOW XQG ]HQWULHUW GK GLH ,QVWUXPHQWHQVWHKDFKVH EH¿QGHW VLFK ORWUHFKW EHU diesem Punkt. Die Koordinaten des Standortes im Koordinatensystem sind damit bekannt.

Abb.: 10.27 Prinzip der Ausrichtung des Tachymeters im Messnetz durch Messung von mind. einem Orientierungspunkt

Lediglich die Ausrichtung des Horizontalkreises des Tachymeters muss noch festgelegt werden. Dies geschieht durch Messung von mindestens einem bekannten Orientierungspunkt. Werden mehr Orientierungspunkte gemessen ist wiederum eine Fehlerkontrolle und Genauigkeitsbewertung möglich.

10 Tachymetrie

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Abb.: 10.28 Tachymetrie: Stationierung auf bekanntem Bodenpunkt und Messung vorhandener Passpunkte

Bei der Stationierung ist die Instrumentenhöhe zu berücksichtigen, da sich die bekannten Koordinaten auf den Bodenpunkt und nicht auf die Kippachsmitte beziehen. Die Freie Stationierung ist in der Bauaufnahme jeder anderen Vorgehensweise der Stationierung vorzuziehen. Nur in den seltenen Fällen wo es nicht möglich ist Orientierungspunkte am Gebäude anzubringen oder geringste Ungenauigkeiten beim Aufstellen von Geräten vermieden werden müssen, ist das Verfahren der Zwangszentrierung anzuwenden. Zu Beginn werden mehrere Stative (mit Dreifüßen) in einem Zug entsprechend verteilt aufgebaut und eingerichtet. Wichtig ist, die Stative mit Dreifuß bis zur Beendigung des Messens der Objektpunkte stehenzulassen. Dann wird ein 2ULHQWLHUXQJVSXQNWPLW+LOIHHLQHV5HÀHNWRUVDXI dem Stativ eingemessen (im Zuge der Messnetzerstellung). Nur die Zieltafel mit 5HÀHNWRUZLUGJHJHQGDV*HUlWDXVJHWDXVFKWRGHUYHUEOHLEWDOV2ULHQWLHUXQJVpunkt aufgestellt. Zum exakten Weitermessen (bzw. Erweiterung des Messnetzes) kann nun der Tachymeter auf den vorbereiteten Dreifuß aufgesetzt werden XQGEH¿QGHWVLFKH[DNWDQGHPHLQJHPHVVHQHQ2UWPLWDOOHQGUHL.RRUGLQDWHQwerten. Die Zwangszentrierung vermeidet Fehler, die durch das Aufstellen der Geräte über bekannten Punkt hervorgerufen werden: Vor allem durch das hier notwendige Justieren der Dreifüße oder durch die Anfälligkeit des optischen Lotes.

11 Photogrammetrie Die Photogrammetrie bezeichnet Messverfahren, um Lage oder Geometrie UlXPOLFKHU2EMHNWHDXVIRWRJUD¿VFKHQ$EELOGXQJHQ]XHUPLWWHOQ'HU$UFKLWHNW Meydenbauer gilt als Namenspatron und Pionier der Photogrammetrie, insbesondere der Architekturphotogrammetrie. Als Mitbegründer schrieb er Mitte des 19. Jahrhunderts ein viel beachtetes Buch zu photogrammetrischen Verfahren für die Gebäudevermessung. 1885 wurde durch ihn die erste photogrammetrisch arbeitende Behörde, die Königlich Preußische Messbild-Anstalt gegründet. Bis heute dienen die von ihm gefertigten großformatigen Messbilder von Gebäuden als Vorlage für Rekonstruktionen bzw. architekturhistorische Auswertungen. Die Photogrammetrie ist unterteilt in terrestrische Photogrammetrie mit Aufnahmestandort auf der Erde und die Aerophotogrammetrie (Luftbildmessung). ,P%HUHLFKGHU$UFKLWHNWXU¿QGHWGLHWHUUHVWULVFKH Photogrammetrie, speziell die Nahbereichsphotogrammetrie, also die Bildaufnahme aus geringer (QWIHUQXQJ$QZHQGXQJ,QGLHVHP=XVDPPHQKDQJZLUGDXFKKlX¿JGHU Begriff der Architekturphotogrammetrie verwendet. Zudem existieren für den Bereich der Architektur einige Spezialanwendungen, wie das Erstellen von dreidimensionalen Stadtmodellen aus Stereo-Luftbildern. Die Vorteile der Photogrammetrie liegen in der hohen Informationsdichte der auszuwertenden Vorlagen. Die Auswertung ist zeitlich und räumlich unabhängig von der Erfassung. Die Arbeiten vor Ort lassen sich im Vergleich zu anderen Verfahren reduzieren. Bei schwer zugänglichen Gebäuden bzw. Gebäudeteilen ist die Photogrammetrie von Vorteil, da die Messbilder über Hubbühnen oder dgl. aufgenommen werden können. Die erzielbaren Genauigkeiten der photogrammetrischen Bildauswertung können sehr gut sein. Sinnvoll ist eine Kombination mit der tachymetrischen Punktaufnahme. Die Auswertung erfolgt digital und softwaregestützt. Die Photogrammetrie ist in der Bauaufnahmepraxis selten anzutreffen. Bevor]XJWH(LQVDW]JHELHWHVLQGKHXWHYRUDOOHPDXIGLH'HQNPDOSÀHJH RGHU5HNRQVtruktionen aus vorhandenen Messbildern beschränkt. Das hat seinen Grund in der aufwendigen Auswertung. Eine Ausnahme bildet das Verfahren der Einbildauswertung, speziell der projektiven Entzerrung: Der Einsatz ist einfach und das Ergebnis überzeugend.

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11 Photogrammetrie

11.1

PHOTOGRAMMETRIE: GRUNDPRINZIP

Im Folgenden wird nur auf die architekturrelevanten Verfahren näher eingegangen. Das Prinzip einer photogrammetrischen Auswertung besteht in der geometULVFKHQ5HNRQVWUXNWLRQGHU*HElXGHDXVGHPIRWRJUD¿VFKHQ$EELOG'LHIRWRJUD¿VFKH'RNXPHQWDWLRQLVWEOLFKEHL$UFKLWHNWXUSURMHNWHQ1XQNRPPWGHU9RUWHLO diese Bilder auch auswerten zu können, durch die Verfahren der Photogrammetrie hinzu. Zielsetzung ist die Gewinnung geometrischer und inhaltlicher Informationen. Vor allem bei der interpretativen photogrammetrischen Auswertung werden zusätzlich zu den geometrischen auch semantische Informationen (z.B. %HVWLPPXQJGHV2EHUÀlFKHQPDWHULDOV)HXFKWHVFKlGHQ7HPSHUDWXUYHUWHLOXQJ  gewonnen. Auch bei den photogrammetrischen Verfahren kommt es sehr stark auf die fachliche Kompetenz des Auswertenden an. Die erreichbare geometrische Genauigkeit nützt wenig, wenn die Aussagen aus dem Bild falsch oder unvollständig übernommen werden. Die Auswertung geschieht nicht am Gebäude selbst (wie beim HandaufPD‰RGHUGHU7DFK\PHWULH VRQGHUQLQGHVVHQIRWRJUD¿VFKHP$EELOG L Die Bauaufnahme unter Einbeziehung photogrammetrischer Verfahren unterteilt sich in zwei wesentliche Abschnitte: ƒ Aufnahme (vor Ort) Die Aufnahme der Fotos. Kamerastandort, -einstellungen und Lichtverhältnissen werden aufgenommen und notwendige Passpunkte bzw. Passstrecken am Gebäude erstellt. ƒ Auswertung (räumlich getrennt) Anhand der 3DVVSXQNWHRGHU3DVVVWUHFNHQXQGGHUIRWRJUD¿VFKHQ$XIQDKmen erfolgt die stufenweise Auswertung je nach Verfahren. ƒ Einbildauswertung Die Auswertung erfolgt an einem Bild durch Überführen der Bild-Perspektive in eine verzerrungsfreie, orthogonale Ansicht. In dem entzerrten Bild können anschließend reale Maße abgegriffen werden oder es dient als Grundlage zum Überzeichnen im CAD. Das Verfahren lässt sich sehr gut für die Erstellung von orthogonalen Ansichten von Fassaden und Wandabwicklungen einsetzen. Die Einbildauswertung stellt geringe Anforderungen an Hard- und Software und den damit verbundenen Arbeitsaufwand. Bereits mit einfachen Digitalkameras und kostengünstiger Software sind Genauigkeiten von ± 5 cm zu erreichen. ƒ Zwei- bzw. Mehrbildauswertung Bei der Mehrbildphotogrammetrie können dreidimensionale Objektkoordinaten anhand mehrerer Aufnahmen ermittelt werden. Je nach Qualität der verwendeten Kamera und der Art der Referenzpunktbestimmung sind Genauigkeiten unter einem Zentimeter erreichbar. Eine Digitalkamera mit guter Optik und Auflösung ist ebenso einsetzbar wie eine spezielle Messkamera.

11 Photogrammetrie Das Verfahren eignet sich für die Auswertung von Teilbereichen komplexer Gebäude, wie profilreiche Fassaden. Auch für die Erstellung vereinfachter 3D-Modelle zur Visualisierung ist die Methode geeignet, da die Aufnahmen ebenso zur Texturierung der digitalen Modelle genutzt werden können. Wie schon betont, ist der Einsatz auf wenige Bereiche beschränkt, selbst die Fachleute der Bauaufnahme (unter den Architekten) benutzen die Mehrbildauswertung nur sehr selten. ƒ Stereophotogrammetrie (Stereobildauswertung) Die Stereophotogrammetrie nutzt das räumliche Sehen des Menschen zur dreidimensionalen Auswertung eines Bildpaares. Das Bildpaar muss dabei so aufgenommen sein, dass es dem natürlichen Sehen entspricht. Für das räumliche Sehen müssen die beiden Bilder getrennt für das linke und rechte Auge vorliegen. Die Modellierung erfolgt mit speziellen Stereoauswertegeräten oder am Monitor mit Hilfe des Anaglyphenverfahrens (Farbtrennung rot, cyan) oder Shutterbrillen. Aufgrund der relativ hohen Anforderungen an Hard- und Software wird das Verfahren von spezialisierten Dienstleistern angewandt. Die Methode liefert präzise Ergebnisse im Millimeterbereich. Einsatzgebiete sind die Denkmalpflege, die mit der Erfassung stark ornamentierter Gebäudebereiche konfrontiert ist, die Erfassung von Gelände- und Stadtstrukturen und die Archäologie. Die für eine Bauaufnahme in Frage kommenden und in der Praxis eingesetzten photogrammetrischen Verfahren sind auf den folgenden Seiten detailliert beschrieben. Die Beschreibungen nehmen Bezug auf Berechnungen und Vorgehensweisen und richten sich an den vertiefenden Leser.

11.2

PHOTOGRAMMETRIE: EINBILDAUSWERTUNG

Die Einbildauswertung umfasst verschiedene Verfahren Objektkoordinaten aus nur einem Bild zu ermitteln. Dies ist immer dann möglich, wenn neben dem Bild noch weitere Information über die Geometrie des Objektes bekannt sind. Projektive Entzerrung Die projektive Entzerrung stellt wohl den einfachsten Fall einer Einbildauswertung dar und ist im Architekturbereich für die korrekte Darstellung von Gebäudefassaden durch zunehmende, vergleichsweise kostengünstige Softwareunterstützung mittlerweile weit verbreitet. Bei dieser Methode wird davon ausgegangen, dass es sich bei dem zu vermessenden Objektbereich um eine ebene Fläche handelt. Anhand des Bildes und zuvor aufgenommener Geometrieinformationen der Objektebene (sogenannte Entzerrungsebene), erfolgt digital gestützt eine Umwandlung des zentralperspektivisch verzerrten Bildes zu einer maßstäblichen Parallelprojektion auf die Objektebene.

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11 Photogrammetrie

Abb.: 11.1 Photogrammetrie: Prinzip der Projektiven Entzerrung (Einbildauswertung) Ź www.markus-hebel.de

Bei der freien Software ShiftN (www.marcus-hebel.de) handelt es sich zwar um kein Photogrammetrie-System, es arbeitet aber nach einem ähnlichen Prinzip. Die stürzenden Linien einer perspektivischen Aufnahme werden automatisch analysiert und anschließend „entzerrt“. Die Software simuliert dabei den Effekt eines Shift-Objektives. Gerade bei der ArchitekWXUIRWRJUD¿HVLQGVWU]HQGH/LQLHQPHLVWXQJHZROOWXQGN|QQHQDXIGLHVH Weise komfortabel korrigiert werden.

Abb.: 11.2 Projektive Entzerrung: Ausgangsbild (links) und entzerrtes Ergebnis (rechts)

Die Entzerrungsebene kann anhand verschiedener Informationen eindeutig bestimmt werden: ƒ über zwei rechtwinklig zueinander stehende bekannte Strecken ƒ über vier bekannte Strecken in einem beliebigen Viereck und eine Diagonale ƒ über mindestens vier tachymetrisch bestimmte Passpunkte Die Verwendung von tachymetrisch gemessenen Passpunkten ist in jedem Fall vorzuziehen, um zu besten Ergebnissen zu gelangen. Werden mehr als vier Passpunkte für die Entzerrung verwendet, erfolgt in den meisten Systemen eine mathematische Ausgleichung, die eine höhere Genauigkeit und Fehlerkontrolle ermöglicht.

11 Photogrammetrie

89

Abb.: 11.3 Projektive Entzerrung: notwendige geometrische Informationen für die Entzerrung in Form von Bekannten Strecken oder Passpunkten

Das Verfahren der projektiven Entzerrung ist damit klar von den Möglichkeiten der Bildverarbeitung und zum Teil auch CAD-Systemen zu unterscheiden, bei denen eine geometrische Bildkorrektur durch Verschiebung, Drehung und ungleichmäßiger Skalierung (Scherung) erfolgt. Je nach verwendetem Photogrammetrie-System erfolgt die Auswertung des maßstäblich entzerrten Bildes entweder direkt in der Software, oder nach dem Export in ein CAAD-System. In jedem Fall können im resultierenden Bild Abstandsmaße und Flächengrößen abgegriffen werden. Im CAD-System dient es als Vorlage zum manuellen zweidimensionalen Überzeichnen. Bei der Auswertung ist darauf zu achten, dass nur die Objektbereiche in Lage und Größe maßstäblich korrekt abgebildet werden, die sich in der (QW]HUUXQJVHEHQH EH¿QGHQ Punkte vor oder hinter der Ebene werden verzerrt dargestellt. Bei unebenen Objektbereichen (z.B. Verzierungen einer Fassade) kann dieser Effekt durch längere Kamerabrennweiten reduziert werden.

Abb.: 11.4 Abbildungsfehler bei Objektbereichen vor oder hinter der Entzerrungsebene

'D PHLVW HLQ HLQ]LJHV %LOG IU GLH $XIQDKPH HLQHU 2EMHNWREHUÀlFKH QLFKW ausreicht, erlauben verschiedene Systeme die Kombination mehrerer entzerrter Aufnahmen einer Entzerrungsebene zu einem Bildmosaik.

Abb.: 11.5 Ergebnis einer Entzerrung und zusammengesetztes Bildmosaik, Schlossruine Neideck, b.a.u.werk, 2005

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11 Photogrammetrie Durch die Passpunktkoordinaten in den einzelnen Bildern können diese exakt zueinander angeordnet werden. Verschiedene Funktionen aus der Bildverarbeitung erlauben den Ausgleich von Helligkeitsunterschieden oder das Überblenden der Bildränder. Einige Photogrammetrie-Systeme sind als Ergänzungen zu gängigen CADSystemen verfügbar. Durch diese Integration lassen sich bei tachymetrisch bestimmten Passpunkten innerhalb eines Bezugskoordinatensystems die Entzerrungsebenen dreidimensional zueinander anordnen. Die entzerrten Bilder liegen anschließend maßlich korrekt im 3D-Raum des CAD-Systems. Werden die Bilder auf den maßgeblichen Objektbereich der Entzerrungsebenen zugeschnitten, entsteht ein dreidimensionaler Bildverband.

Abb.: 11.6 Ergebnis einer Entzerrung: 3D-Bildmosaik im tachymetrisch erstellten Raumbezug, Van-de-Velde-Bau Weimar, Infar, 2006

Auf den einzelnen entzerrten Bildern können allerdings nur zweidimensionale Koordinaten (bezogen auf die Entzerrungsebene) abgegriffen werden. Ein solcher dreidimensionaler Bildverband ist damit nicht mit einer Mehrbildauswertung zu vergleichen Orthophotoerstellung (Differentielle Entzerrung) Die differentielle Entzerrung verwendet als Bezugsgeometrie keine ebene )OlFKHVRQGHUQEHOLHELJJHIRUPWH2EHUÀlFKHQ'DV9HUIDKUHQZLUGYRUUDQJLJLQ der Aerophotogrammetrie zur Ableitung von Orthophotos anhand von Luftbildern verwendet. Ein Orthophoto stellt eine maßstäblich korrekte und verzerrungsIUHLH3DUDOOHOSURMHNWLRQDXIHLQH%H]XJVÀlFKHLP)DOOGHULuftbildmessung die (UGREHUÀlFKHGDU'LH%H]XJVÀlFKHZLUGGXUFKHLQGLJLWDOHV2EHUÀlFKHQPRGHOO '20  EHVFKULHEHQ EHL GHP GLH +|KHQ HLQ]HOQHU 3XQNW LQ HLQHP GH¿QLHUWHQ Raster angeordnet sind.

11 Photogrammetrie

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Abb.: 11.7 Photogrammetrie: Prinzip der Orthophotoerstellung mit Differentieller Entzerrung

Für die Anwendung in der Architekturphotogrammetrie wird ein solches digitales 2EHUÀlFKHQPRGHOO IU HLQ *HElXGH E]Z *HElXGHWHLO HU]HXJW 'LH (UIDVVXQJ und dreidimensionale 0RGHOOLHUXQJHLQHUVROFKHQ2EHUÀlFKHHUIROJWKlX¿JPLW Hilfe von Laserscanning oder 7DFK\PHWULH$XIGLHVHV2EHUÀlFKHQPRGHOOHUIROJW die Umbildung des Ausgangsbildes analog der projektiven Entzerrung. Als Ergebnis erhält man ein Orthophoto des Gebäudeteiles, z.B. die Projektion einer Ansicht. Im Gegensatz zur projektiven Entzerrung werden in diesem Orthophoto nicht nur die Bildbereiche einer Ebene verzerrungsfrei abgebildet, sondern sämtOLFKH%HUHLFKHIUGLHLPGLJLWDOHQ2EHUÀlFKHQPRGHOOHLQHDQQlKHUQGJHQDXH 7HLOÀlFKHEHVFKULHEHQLVW Um Klaffungen im Orthophoto aufgrund sichttoter Bereiche des Ausgangsbildes zu minimieren, sollten mehrere Aufnahmen aus unterschiedlichen Standorten DXI GDV GLJLWDOH 2EHUÀlFKHQPRGHOO HQW]HUUW ZHUGHQ XP GDV Orthophoto als Mosaik der Einzelentzerrungen zusammensetzen zu können. Abwicklung und NDUWRJUDÀVFKHProjektion Neben der (QW]HUUXQJ DXI HEHQH XQG EHOLHELJ JHIRUPWH 2EHUÀlFKHQ N|QQHQ auch andere, allerdings eher selten anzutreffende, mathematisch beschreibbare 2EHUÀlFKHQ KHUDQJH]RJHQ ZHUGHQ %HLVSLHOH KLHUIU VLQG GLH Abwicklung auf .HJHORGHU=\OLQGHUREHUÀlFKHQ Im Gegensatz zur projektiven Entzerrung ist bei dieser Form der Auswertung die Kenntnis bestimmter Aufnahmeparameter (Innere und Äußere Orientierung der Kamera) notwendig, die neben der Objektgeometrie zu ermitteln sind. Als Ergebnis der Entzerrung liegt eine maßlich korrekte Abwicklung des Bildes DXI GHU %H]XJVÀlFKH YRU 'D GLH NRPSOHWWH 2EHUÀlFKH DXIJUXQG GHU 2EMHNWkrümmung in der Regel nicht in einem einzigen Bild aufzunehmen ist, werden mehrere Einzelaufnahmen entzerrt und analog zur projektiven Entzerrung in einem Bildmosaik verbunden. Anwendungsbeispiel wäre die Abwicklung von )RWRJUD¿HQHLQHU]\OLQGULVFKHQ7XUPPDXHU

Ź 10 Tachymetrie

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11 Photogrammetrie

Abb.: 11.8 Photogrammetrie: Prinzip der Bildentzerrung durch Abwicklung (auf =\OLQGHUREHUÀlFKH

Ähnlich der $EZLFNOXQJ DXI HLQIDFK JHNUPPWH 2EHUÀlFKHQ ODVVHQ VLFK DXFK 3URMHNWLRQHQDXI]ZHLIDFKJHNUPPWH2EHUÀlFKHQ]%.XSSHOLQQHQÀlFKHQDXI *UXQGODJHNDUWRJUD¿VFKHU3URMHNWLRQHQDEOHLWHQ,QGLHVHP)DOO LVWGLH)RWRJUD¿H DOOHUGLQJVQLFKWYHU]HUUXQJVIUHLLQHLQ]ZHLGLPHQVLRQDOHV$EELOGGHU2EHUÀlFKH ]XEHUIKUHQ/HGLJOLFKIUHLQHEHVWLPPWH(LJHQVFKDIW±OlQJHQÀlFKHQRGHU winkeltreu – kann eine Projektion erfolgen. Bei der Einbildauswertung durch $EZLFNOXQJ XQG NDUWRJUD¿VFKH Projektion handelt es sich um eine Spezialanwendung, die kaum durch kommerzielle Software unterstützt wird.

11.3

PHOTOGRAMMETRIE: MEHRBILDAUSWERTUNG

Abb.: 11.9 Photogrammetrie: Interpretation von mehreren Bildern zu einem 3D-Objekt (Mehrbildauswertung)

Bei der Mehrbildauswertung erfolgt die Aufnahme und Auswertung des Objektes durch eine Vielzahl von Bildern aus unterschiedlichen Aufnahmestandorten. Anhand dieses Bildverbandes können Objektpunkte in ihrer Lage dreidimensional abgegriffen werden. Zunächst sind die Einzelbilder des Bildverbandes zu orientieren, d.h. die Positionen der Aufnahmestandorte in einem Bezugskoordinatensystem sind zu berechnen. Hierzu werden Verknüpfungspunkte – Objektpunkte, die in mindestens 2 Bildern sichtbar sind – und mindestens drei Passpunkte (meist tachymetrisch erfasst) in den Bildern gemessen.

11 Photogrammetrie Für die Orientierung der Einzelbilder in einem Bildverband wird das Verfahren der Bündelblockausgleichung verwendet. Dabei handelt es sich XPHLQHQVHKUÀH[LEOHQ$OJRULWKPXVGHUHVHUODXEWGLH.DPHUDRULHQWLHUXQJ U sowie die Koordinaten von Objektpunkten simultan für einen kompletten Bildverband zu berechnen. Bei ausreichender Anzahl von Pass- und 9HUNQSIXQJVSXQNWHQLVWGLH%HUHFKQXQJVRÀH[LEHOGDVVNHLQH(LQ ( schränkungen in Anzahl und Aufnahmestandort der Bilder vorliegen, sogar unterschiedliche Kameras und Brennweiten können verwendet werden. Mittlerweile gibt es Mehrbildsysteme, die eine automatische Bildorientierung unterstützen. Unter Verwendung verschiedener Algorithmen der Bilderkennung werden Verknüpfungspunkte in den einzelnen Aufnahmen automatisch ermittelt. Informationen über die Aufnahmestandorte werden nicht benötigt, lediglich eine kalibrierte Kamera ist Voraussetzung. Nach Abschluss der Bildverknüpfung (Orientierung) kann die interpretierende Auswertung des Bildverbandes erfolgen. Die dreidimensionalen Koordinaten eines Objektpunktes werden durch Messung in mindestens zwei Bilder ermittelt. Bei Messung in drei oder mehr Bildern kann eine Ausgleichung der Koordinaten und damit eine Kontrolle und Genauigkeitssteigerung vorgenommen werden. Im Gegensatz zur Stereophotogrammetrie, wo aufgrund der räumlichen Wahrnehmung keine scharf abgegrenzten Punkte notwendig sind, werden für die MehrELOGSKRWRJUDPPHWULHHLQGHXWLJLGHQWL¿]LHUEDUH3XQNWHLP%LOGEHQ|WLJW Einige Photogrammetrie-Systeme unterstützten die Messung in weiteren Bildern durch das Einblenden einer Epipolarlinie. Wird ein Objektpunkt im ersten Bild gemessen, so muss sich dieser nach dem Prinzip der Zentralperspektive auf einer Geraden durch das 3URMHNWLRQV]HQWUXPEH¿QGHQ Diese Gerade wird in allen weiteren Aufnahmen in ihrer Projektion auf die Bildebene als Epipolarlinie dargestellt. Die zweite Messung kann nun GLUHNWDOV6FKQLWWSXQNWDXIGLHVHU/LQLHHUIROJHQ'LHVHUOHLFKWHUWGLH,GHQWL¿kation eines Punktes. Durch die Punktmessung in zwei oder mehr Bildern wird zwar eine hohe Koordinatengenauigkeit erreicht, aber gerade bei komplexen Gebäuden, wo eine große Anzahl von Punkten vermessen werden muss, bedeutet dies einen erheblichen Mehraufwand gegenüber der Einbild- oder Stereophotogrammetrie. Aus diesem Grund bieten viele Mehrbildphotogrammetrie-Systeme die Möglichkeit, BezugsÀlFKHQ(EHQH=\OLQGHUÀlFKHHWF LP'5DXP]XGH¿QLHUHQDXII GLHDQVFKOLH‰HQG GLH 0HVVXQJ DXV QXU HLQHP %LOG HUIROJW 'LH 'H¿QLWLRQ GLHVHU )OlFKHQ erfolgt entweder über tachymetrisch gemessene Passpunkte oder direkt aus der Mehrbildauswertung durch Messung von Punkten auf der Fläche in zwei oder mehr Bildern. Mit der Mehrbildauswertung stehen dreidimensionale Punktkoordinaten von im Bild sichtbaren Objektbegrenzungen zur Verfügung, die durch Datenexport zur Modellierung in ein CAD-System übergeben werden, oder – als komfortablere Lösung – direkt im CAD erstellt werden. Viele Mehrbildsysteme verfügen über eine Direktschnittstelle zu gängigen CAD-Systemen oder stellen eine Erweite-

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11 Photogrammetrie rung zu diesen dar. Damit steht dem Anwender der komplette Funktionsumfang des &$'6\VWHPV]XU9HUIJXQJGLHQRWZHQGLJH(LQJDEHYRQ'Koordinaten erfolgt über die Photogrammetrie-Anwendung, das heißt die CAD-Elemente können direkt aus dem Bild heraus erstellt werden. Je nach verwendetem Programmsystem werden diese in den Einzelbildern simultan angezeigt, auch in jenen Fotos des Bildverbandes in denen die Punkte nicht gemessen wurden. Damit ergibt sich eine visuelle Kontrollmöglichkeit in wie weit die Punktkoordinaten in allen Bildern übereinstimmen.

Abb.: 11.10 Mehrbildauswertung eines Bildverbandes und Modellerstellung im CAD, Meggen Altstadthaus, Atelier Michael Stoppa, System Elcovision 10, Quelle: PMS AG

Aus dieser Kombination mit CAD ergeben sich verschiedene Möglichkeiten der Modellerstellung. Aufgrund der Komplexität vieler Bauaufnahmeobjekte, die den Einsatz der Mehrbildauswertung rechtfertigen, erfolgt allerdings in den meisten Fällen die Modellierung als 3D-Linienmodell. Die Erstellung eines Volumen-, Flächen- oder sogar Bauteilmodells im CAAD ist aber durchaus denkbar.

Abb.: 11.11 Texturierung eines CAD-Modells aus dem Bildverband, Kapelle, System Elcovision 10, Quelle: PMS AG

Wird ein Flächenmodell erzeugt, erlauben viele Systeme die Einzelbilder des Bildverbandes als Texturen zu verwenden. Dabei werden die Einzelbilder anhand der gemessenen Objektpunkte auf die entsprechenden Flächen entzerrt und diese entsprechend texturiert. Auf diese Weise kann ein Bestandsobjekt bereits bei relativ einfacher Modellierung (hoher Grad der Generalisierung) anschaulich als 3D-Modell visualisiert werden. Auch die Ableitung eines Orthophotos mit der Methode der Differentiellen Entzerrung wird oftmals unterstützt.

11 Photogrammetrie

11.4

95

PHOTOGRAMMETRIE: STEREOBILDAUSWERTUNG

Abb.: 11.12 Photogrammetrie: Auswertung eines Stereo-Bildpaares für die Bestimmung der 3D koordinaten des aufgenommenen Objektes (Stereobildauswertung)

Die Stereobildauswertung nutzt das natürliche räumliche Sehen des Menschen zur dreidimensionalen Auswertung eines %LOGSDDUHV 6LH ¿QGHW$QZHQGXQJ LQ der Luftbildphotogrammetrie zur Erstellung von 3D-Stadtkarten oder bei stark plastischen Gebäudebereichen und reich verzierten Fassaden, Deckenuntersichten u. dgl. Die beiden Bilder müssen so aufgenommen werden, dass sie der natürlichen Anordnung unseres Auges weitestgehend entsprechen: ƒ parallele Blickrichtung beider Bilder zueinander ƒ Basis (Verbindung beider Projektionszentren) steht senkrecht zu beiden Blickrichtungen Zur Aufnahme des Bildpaares können entweder Stereokameras – Spezialkameras mit zwei nebeneinander angebrachten Objektiven – verwendet werden, oder die Aufnahme erfolgt nacheinander von zwei Standpunkten. Denkbar ist auch die Anordnung zweier baugleicher Kameras auf einem Stativ, verbunden über eine Schiene. Zum Bau einer solchen AufnahmeanRUGQXQJ¿QGHQVLFKLP,QWHUQHW]DKOUHLFKH$QOHLWXQJHQ Vor dem eigentlichen Auswerteprozess werden die Bilder miteinander verknüpft (Orientierung), so dass diese räumlich betrachtet werden können. Vor allem im Bereich der Luftbildphotogrammetrie erfolgt die Betrachtung des orientierten Bildpaares mit analytischen oder digitalen Stereoauswertegeräten. Diese Geräte ermöglichen zwar eine hochpräzise Auswertung der Bilder, die Kosten hierfür sind aber sehr hoch und nur im Einzelfall für übliche Architekturanwendungen gerechtfertigt.

Abb.: 11.13 Analytisches Stereoauswertegerät Planicomp P3, Quelle: Messbildstelle Dresden

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11 Photogrammetrie Für die stereoskopische Auswertung im Bereich der Architekturphotogrammetrie gibt es mittlerweile verschiedene kommerzielle Softwaresysteme. Die Trennung der beiden Bilder für das linke und rechte Auge auf dem Monitor erfolgt hauptsächlich nach dem Anaglyphenverfahren (Farbtrennung rot, cyan) oder mit Hilfe von Shutterbrillen. Dem Anwender erscheint das Bauaufnahmeobjekt dreidimensional am Bildschirm.

Abb.: 11.14 Haderburg in Salurn: Messbild aus Helikopteraufnahme (links) und Auswertung als Vertikalschnitt mit Blick nach Norden (rechts, Originalmaßstab 1:50), Quelle: Messbildstelle Dresden

Die Auswertung erfolgt über eine räumlich eingeblendete Messmarke, mit der Objektpunkte abgegriffen und mit Hilfe von Standard-CAD-Elementen verbunden werden können. Aufgrund der räumlichen Betrachtung des Objektes sind für das Platzieren der Messmarke keine scharf abgegrenzten Punkte oder Kanten notwendig. Stark ornamentierte oder auch verwitterte Objektbereiche lassen sich auf diese Weise linienhaft dreidimensional erfassen. Als Ergebnis entsteht ein dreidimensionales Liniengerüst des Gebäudes, welches anschließend in ein CAD-System exportiert werden kann. Einige Mehrbildphotogrammetrie-Systeme erlauben die automatische Berechnung beliebig angeordneter Stereobildpaare aus den orientieren Bildern des Bildverbandes. Damit entfällt der aufwendige Prozess zur Erstellung von Stereobildern. In der Kombination von Stereo- und Mehrbildphotogrammetrie lassen sich beliebig komplex geformte Gebäudegeometrien dreidimensional modellieren.

11 Photogrammetrie

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Abb.: 11.15 Ausschnitt einer Stereoauswertung des südlichen Hahnenturmes des Freiburger Münsters (Originalmaßstab 1:20), Quelle: Messbildstelle Dresden

11.5

PHOTOGRAMMETRIE: TECHNISCHE BESCHREIBUNG

Die Photogrammetrische Auswertung erfolgt nach dem mathematischen Prinzip der Zentralprojektion. Dabei werden dreidimensionale Objekte in einer Bildebene in der Form abgebildet, dass Objektpunkt und Bildpunkt in einer Geraden (Projektionsstrahl) liegen und sich alle Geraden in einem gemeinsamen Projektionszentrum schneiden. Beispiele für das Prinzip der Zentralprojektion sind das menschliche Auge und die /RFKNDPHUD EHL GHU GLH UHÀHNWLHUWHQ /LFKWVWUDKOHQ eines Objektes durch ein kleines Loch gebündelt werden und so ein umgekehrtes Abbild auf der Bildebene erzeugen.

Abb.: 11.16 Prinzip der Zentralprojektion am Beispiel der Lochkamera

Die zentralperspektivische Abbildung des Objektpunktes in der Bildebene ist zwar eindeutig, die Rekonstruktion der Objektkoordinaten aber erst möglich, wenn der Projektionsstrahl entweder mit einem bekannten geometrischen Element (z.B. einer Ebene) oder einem zweiten Projektionsstrahl einer weiteren Abbildung zum Schnitt gebracht wird.

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11 Photogrammetrie

Abb.: 11.17 Rekonstruktion von Objektpunkten aus der Bildebene auf Grundlage der Zentralprojektion: Durch Schnittbildung mit bekannter Ebene (links) oder zweitem Projektionsstrahl (rechts)

Voraussetzung für die Rekonstruktion dreidimensionaler Objektkoordinaten anhand von zweidimensionalen Bildkoordinaten ist die Kenntnis über den Aufnahmestandort und bestimmter Kameraparameter – die Innere und Äußere Orientierung. Innere Orientierung Abhängig von Bauart der Kamera und verwendeter Optik können die mathematischen Prinzipien der Zentralprojektion nur bedingt erfüllt werden. Die Abweichungen sind durch die Parameter der Inneren Orientierung bestimmt:

Abb.: 11.18 Parameter der inneren Orientierung: Bildhauptpunktslage H’ und Kamerakonstante c

ƒ Bildhauptpunktslage H’ Der Bildhauptpunkt ist der Fußpunkt des Lotes durch das Projektionszentrum auf die Bildebene. Bedingt durch die Bauart der Kamera fällt der Bildhauptpunkt in den meisten Fällen nicht mit dem Mittelpunkt des Bildes zusammen. Die Lage des Bildhauptpunktes wird relativ zum Mittelpunkt des Bildkoordinatensystems angegeben. ƒ Kamerakonstante c Die Kamerakonstante gibt den Abstand der Bildebene vom Projektionszentrum an und entspricht in etwa der Brennweite des verwendeten Objektivs.

11 Photogrammetrie

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Abb.: 11.19 Objektivverzeichnung

ƒ Parameter der Verzeichnung Die Verzeichnung beschreibt die Abweichung des Abbildes auf dem Foto vom idealen optischen Abbild und ist meist tonnen- oder kissenförmig. Verzeichnungen sind eine Eigenschaft der Objektivoptik. Bei hochwertigen Objektiven mit Festbrennweite treten kaum Verzeichnungen auf, während bei einfacheren Zoomobjektiven die Verzeichnung von tonnen- bis kissenförmig reichen kann. Viele Photogrammetrie-Systeme ermöglichen das Berechnen und Ausgleichen von Verzeichnungen im Bild. Hierfür werden vermeintlich gerade Kanten in ihrer Auswölbung im Bild markiert und anschließend rechnerisch ausgeglichen. Die errechneten Verzeichnungsparameter können gespeichert und für weitere Aufnahmen erneut verwendet werden, sofern .DPHUD2EMHNWLY=RRPXQG)RNXVXQG%LOGDXÀ|VXQJNRQVWDQWEOHLEHQ L Sind die Parameter der inneren Orientierung durch entsprechende robuste Bauweise und hochwertige Optik über alle Aufnahmen konstant, spricht man von einer Messkamera (auch Messkammer). Es sind Kameras mit geringen bzw. mathematisch korrigierbaren Abbildungsfehlern Bei Teil-Messkameras handelt es sich um hochwertige Kameras (analog wie digital), die nicht explizit für photogrammetrische Zwecke gebaut wurden, deren Innere Orientierung allerdings über eine Kalibrierung – entweder durch den Hersteller oder anhand einer Testbildaufnahme – für bestimmte Aufnahmebedingungen (konstante Brennweite) bestimmt wurde. Bei analogen Teil-Messkameras wird das Bildkoordinatensystem über eine fest eingebaute Glasplatte mit Kreuzmarkierungen (Réseau-Gitter) realisiert, welche auf dem Film mit abgelichtet werden. Da das Réseau-Gitter in seinen Koordinaten bekannt ist, können Abweichungen von der idealen Bildebene durch Filmverzug und „Filmwölbungen“ nachträglich rechnerisch korrigiert werden.

100

11 Photogrammetrie Einige Hersteller von Photogrammetrie-Systemen bieten kalibrierte handelsübliche digitale Kameras an. Die Kameras werden dabei auf feste Brennweiten (meist zwei Einstellungen am Zoomobjektiv) kalibriert. Alle analogen sowie digitalen Amateurkameras, die nicht zum Zwecke der Photogrammetrie gebaut oder kalibriert wurden, können nicht als Messkamera bezeichnet werden. Bei Verwendung von Amateurkameras ist mit einer geringeren Genauigkeit zu rechnen, welche sich aber durch zusätzliche geometrische Information am Objekt (meist tachymetrisch gemessene Passpunkte) rechnerisch verbessern lässt. Äußere Orientierung 1HEHQ GHQ NDPHUDVSH]L¿VFKHQ 3DUDPHWHUQ LVW IU GLH SKRWRJUDPPHWULVFKH Auswertung auch die Kenntnis des Aufnahmestandortes von Bedeutung. Diese wird durch die Parameter der Äußeren Orientierung bestimmt: ƒ Position des Projektionszentrums relativ zum Aufnahmegegenstand ƒ Lage (Verdrehung) der Bildebene (bzw.: des Lotes durch das Projektionszentrum) Die Bestimmung dieser Parameter erfolgt über in ihren Koordinaten bekannte Passpunkte am Objekt. Ist die Innere Orientierung der Kamera bekannt, sind hierfür mindestens 3 Punkte notwendig. Bei einer größeren Anzahl von Passpunkten lässt sich die innere und Äußere Orientierung in einem Rechengang ermitteln. Für die Anwendung der Einbildphotogrammetrie nach projektiver Entzerrung ist die Verwendung einer handelsüblichen Digitalkamera völlig ausreichend, da die Parameter der inneren und äußeren Orientierung nicht bekannt sein müssen. Relative und Absolute Orientierung Bei der Stereoauswertung wird bei der Verknüpfung der Bilder zur räumlichen Betrachtung zwischen der relativen und absoluten Orientierung unterschieden: ƒ Relative Orientierung Bei der Relativen Orientierung wird die Lage beider Bilder zueinander berechnet. Hierzu werden so genannte Verknüpfungspunkte (mindestens fünf) in beiden Bildern gemessen. Anhand dieser Informationen kann das Bildpaar räumlich betrachtet und ausgewertet werden. ƒ Absolute Orientierung Um das Bildpaar aus der Relativen Orientierung in einen maßstäblichen Koordinatenbezug zum Objekt zu bringen, wird die Absolute Orientierung durch Messung von Passpunkten bestimmt.

11 Photogrammetrie

101

Genauigkeit Die erzielbare Genauigkeit der Objektkoordinaten bei einer photogrammetrischen Auswertung ist von verschiedenen Faktoren abhängig:

Ź 6.2 Genauigkeiten

ƒ Speicherformat Bei der Digitalfotografie kann die Bildqualität je nach verwendetem Speicherformat aufgrund der Komprimierung (z.B. JPEG-Format) beeinträchtigt sein. Es sollte daher ein Format ohne bzw. mit verlustfreier Komprimierung (TIFF oder RAW) gewählt werden. ƒ Auflösung Die Auflösung beschreibt das Vermögen eines Filmes oder digitalen Bildes kleinste Strukturen noch wiederzugeben. Bei analogen Kameras wird die Auflösung durch das Bildformat (Kleinbild oder Mittelformat) und die Filmempfindlichkeit (je empfindlicher, desto geringer ist die Auflösung) bestimmt. Bei digitalen Kameras ergibt sich die theoretische Auflösung aus der Anzahl der darstellbaren Pixel des Sensors. Die reale Auflösung wird aber darüber hinaus durch die Größe des Sensors (je größer, desto besser) beeinflusst. Unabhängig davon ob das Bild analog oder digital aufgenommen wird, beeinflusst die Qualität des Objektivs das Auflösungsvermögen. Moderne digitale Amateurkameras erreichen theoretische Auflösungen von 8 – 12 Megapixel und können mit analogen Kleinbildkameras mithalten. Digitale Teil-Messkameras können bis zu 39 MPixel erreichen (z.B. Rolleiflex 6008digital metric, Mittelformatkamera mit Digitalrückteil). ƒ Objektivverzeichnung ƒ Bildmaßstab Der Bildmaßstab ist das Verhältnis zwischen Aufnahmeentfernung und Kamerakonstante bzw. Objektbereich und Objektbereich im Bild:

Abb.: 11.20 Bildmaßstab: Zusammenhang zwischen Aufnahmeentfernung und Objektbereich

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11 Photogrammetrie

Abb.: 11.21 Digitale Teilmesskameras, 5ROOHLÀH[GLJLWDO metric (links) und Rollei d507metric (rechts), Quelle: RolleiMetric GmbH

Aufnahmeanordnung Um ein Gebäude vollständig zu erfassen sind in den meisten Fällen mehrere Aufnahmen von unterschiedlichen Standorten nötig. Unabhängig davon, ob die Aufnahmen mit Verfahren der Einbild- oder Mehrbildphotogrammetrie ausgewertet werden. Die Wahl der Aufnahmestandorte sollte sorgfältig geplant werden. Zu beachten sind dabei u.a. folgende Punkte: ƒ Der Abstand zwischen zwei Aufnahmen sollte wenigstens 30% der Aufnahmeentfernung betragen. ƒ Der Winkel zwischen zwei nebeneinander liegenden Aufnahmerichtungen sollte nicht größer als 90° sein. ƒ Die Fotos sollten möglichst formatfüllend gemacht werden, damit nicht die Größe des Bildmaßstabes (beeinflusst die Genauigkeit) verschenkt wird. ƒ Sichttote Bereiche sind möglichst gering zu halten, unter Umständen ist der Einsatz einer Hubbühne sinnvoll. Für die Aufnahme selbst ist insbesondere auf den Lichteinfall zuachten. Diffus ausgeleuchtete Bilder lassen sich oftmals besser auswerten, gegenüber Aufnahmen mit deutlichen Schlagschatten. Auch der Bereich der Schärfentiefe sollte ausreichend groß gewählt werden. Dies erreicht man mit einer kleineren Blendenstufe. Neben dem Anfertigen der Aufnahmen sind im Zuge der Vor-Ort Arbeiten auch Passpunkte und Passstrecken aufzunehmen. Insbesondere bei der projektiven Entzerrung sollten diese möglichst am Bildrand und gleichmäßig über das Bild verteilt liegen. Objektpunkte, die mit Mehrbildauswertung dreidimensional erfasst werden sollen, müssen in mindestens zwei Bildern messbar sein.

11 Photogrammetrie

103

Um für die spätere Auswertung den Überblick zu wahren, sollte die Objekterfassung ausreichend dokumentiert werden. Dies umfasst u.a.: ƒ Angaben zum Gebäude, Datum, etc. ƒ Bild- und gegebenenfalls Filmnummer ƒ Standortnummer ƒ Aufnahmehöhe ƒ Aufnahmerichtung ƒ Kameratyp ƒ Brennweite, Blende und Belichtungszeit

Abb.: 11.22 Digital aufgenommenes Foto mit erweiterten Eigenschaften

Bei der Verwendung einer Digitalkamera werden eine Vielzahl von Aufnahmeparametern, wie Datum, Uhrzeit, Kameratyp, Brennweite, Blende und Belichtungszeit, in der Bilddatei als erweiterte Eigenschaften mit abgespeichert.

12 Laserscanning Das Laserscanning umfasst Verfahren, bei denen ein Laserstrahl rasterförmig 2EHUÀlFKHQ DEWDVWHW VFDQW  XP GLHVH GUHLGLPHQVLRQDO ]X YHUPHVVHQ 'HU Einsatzbereich dieser Verfahren kann dabei sehr unterschiedlich sein, wie z.B. das Erfassen von Gelände- und Gebäudehöhen aus der Luft (Airborne Laserscanning), in der industriellen Messtechnik zur Überprüfung und Kontrolle von Bauteilen, die Verwendung in der Mikroskopie (3D-Mikroskopie), die CAD-Rekonstruktion von Konstruktionsteilen (Reverse Engineering), in der Archäologie oder der dreidimensionalen Vermessung von Gebäuden. Erfolgt die Vermessung bodengestützt, wie es bei der Aufnahme von Gebäuden der Fall ist, spricht man vom terrestrischen Laserscanning, welches für die Bauaufnahme in Frage kommt. Die Einsatzbereiche des terrestrischen Laserscanning in der Bauaufnahme sind sehr vielfältig und die Bedeutung ist hier enorm gestiegen. Die bislang vorherrschende ablehnende Haltung war durch nicht haltbare Versprechungen einiger Hersteller verursacht. Heute ist die Handhabung sehr viel einfacher geworden und die Auswertung der gewonnenen Daten unkomplizierter. Die Forderung nach vollständigen 3D-Modellen von zu planenden oder bestehenden Gebäuden setzt sich durch. Vor allem der Industrie- und Anlagenbau nimmt hier eine Vorreiterrolle ein. Dem Laserscanning wird in diesem Zusammenhang ein verstärkter Einsatz wiederfahren (sog. „as built“ Dokumentation), um komplizierte räumliche oder technische Situationen weitestgehend abzubilden. Auch für den baubegleitenden Abgleich von Planung und Ausführung lässt sich das Laserscanning gut einsetzen.

Fabrikplanung: ,PPHUKlX¿JHUZLUGGLH Anlagen- und Einrichtungsplanung komplexer Fabrikanlagen an Hand von 3D-Gebäudemodellen

Die steigende Tendenz, eine wirklich zukunftweisende Technik für die Bauaufnahme zu sein, hängt nicht zuletzt mit der Verbesserung der Geräte und Software in den letzten Jahren zusammen.

Ź 18 Baubegleitende

vorgenommen.

Messungen

106

12 Laserscanning

12.1

LASERSCANNING: GRUNDPRINZIP

Abb.: 12.1 Prinzip des Laserscanning: Aufnahme von *HElXGHREHUÀlFKHQ durch eine hohe Anzahl von Messpunkten

Das terrestrische Laserscanning stellt im Prinzip eine Automatisierung des tachymetrischen Messvorganges dar. Ausgehend von einem Instrumentenstandort werden Horizontal- und Vertikalwinkel sowie die Distanz zum Objektpunkt ermitWHOW'LHVHU9RUJDQJYHUOlXIWDXWRPDWLVFKLQGH¿QLHUWHQ:LQNHOVFKULWWHQ$QZHQGXQJ¿QGHWGDV Laserscanning immer dort, wo unregelmäßig strukturierte oder sehr viele kleinteilige Objekte mit hoher $XÀ|VXQJ LQ LKUHU *HRPHWULH HUIDVVW werden sollen.

Ź 13 Global Positioning System Ź 6.4 Herstellen geometrischer Bezüge

Neben diesem statischen Laserscanning, bei dem der Scannerstandort auf einem Punkt festgelegt ist, gibt es auch dynamisches bzw. mobiles Laserscanning, bei dem der Scanner auf einer beweglichen Plattform montiert ist. Eine Anwendung ist beispielsweise die Vermessung ganzer Straßenzüge. Dabei wird ein Scanner auf ein Fahrzeug montiert, welches den Straßenzug abfährt. Über GPS kann die Lage und Position des Scanners laufend ermittelt werden, um das Scanergebnis in einem übergeordneten Bezugskoordinatensystem zu orientieren. Als Ergebnis eines Messvorganges liegt eine Punktwolke von bis zu mehreren Millionen Punkten vor. Diese Punkte liegen alle auf den vom Laserscanner HUIDVVWHQ 2EHUÀlFKHQ XQG UHSUlVHQWLHUHQ JHZLVVHUPD‰HQ GLH 5DXPEHJUHQzungen. Die Genauigkeit der Einzelpunkte liegt im Millimeterbereich. Mehrere Punktwolken lassen sich von verschiedenen Instrumentenstandorten im Prozess der Registrierung zu einem Gesamtergebnis kombinieren.

12 Laserscanning

107

Abb.: 12.2 registrierte Punktwolke aus mehreren Scans, Stift Melk, Österreich, Quelle: RIEGL LMS

Neben den 3D-Koordinaten der Einzelpunkte erfassen viele Scanner zusätz OLFK GLH ,QWHQVLWlW GHV UHÀHNWLHUWHQ /DVHUVWUDKOHV (QWVSUHFKHQG GLHVHU 'DWHQ erscheint die Punktwolke als Graustufen-Infrarotbild, wodurch unterschiedliFKH 2EHUÀlFKHQEHVFKDIIHQKHLWHQ VLFKWEDU ZHUGHQ 9LHOH Laserscanner verfügen zusätzlich über eine integrierte oder optional aufgesetzte Digitalkamera (add-on Kamera). Anhand der Kamerabilder wird die Punktwolke eingefärbt, ZDVGLH,GHQWL¿]LHUXQJYRQ2EMHNWEHUHLFKHQEHLGHU$XVZHUWXQJYHUHLQIDFKW%HL DXVUHLFKHQGKRKHU%LOGDXÀ|VXQJGHU.DPHUDGLJLWDOH6SLHJHOUHÀH[NDPHUDDOV add-on), kann die Auswertung der Punktwolke mit den Verfahren der Mehrbildphotogrammetrie kombiniert werden. Als sekundäres Messergebnis liegt somit ein Bildverband vor.

Ź 12.2 Laserscanning: Messwertverarbeitung

Ź 11.3 Photogrammetrie: Mehrbildauswertung

Abb.: 12.3 Graustufen Intensitätsbild eines Laserscans. Für jedes Pixel können die 3D-Koordinaten abgerufen werden. Holsten Tor Lübeck, 3D Dienstleistunggesellschaft mbH Berlin, Quelle: FARO

Einige Hersteller arbeiten daran Laserscanner mit Panoramakameras zu kombinieren. Im Gegensatz zu Flächensensoren herkömlicher Digitalkameras, arbeiten diese mit Zeilensensoren, deren Aufnahmeprinzip eher dem Messprinzip eines Laserscanners entspricht. Verbunden mit sehr KRKHQ$XÀ|VXQJHQELV]X*LJDSL[HO ELHWHWGLHVH.RPELQDWLRQHLQ großes Potential, die Vorteile der Photogrammetrie mit denen des Laserscannings besser zu kombinieren.

108

12 Laserscanning

12.2

LASERSCANNING: MESSWERTVERARBEITUNG

Das Laserscanning ist effektiv, um vergleichsweise sehr schnell viele geometrische Objektinformationen zu erhalten. Im Gegensatz zur Tachymetrie erfolgt die Interpretation des Messergebnisses nicht vor Ort und durch den Bearbeiter, sondern in einem nachfolgenden, zum Teil automatisierten Auswertungsprozess. 'DPLWLVWHLQVHKUZLUWVFKDIWOLFKHVXQGHI¿]LHQWHV$UEHLWHQP|JOLFK'LH9HUZHLOdauer vor Ort kann auf ein Minimum reduziert werden. Abhängig von System und gewählter $XÀ|VXQJOLHJWGLH'DXHUIUHLQHQ Scan pro Standort bei ca. 10 -30 min. Damit sind 50 und mehr Scans pro Tag möglich. Problematisch erweist sich das Verfahren beim Einsatz in Räumen, die Einrichtungen und dergleichen aufweisen. Neben der eigentlich auzunehmenden Gebäudegeometrie erfasst der Scanner auch sämtliche Gegenstände und gegebenenfalls Personen. Das Filtern der Daten in der Auswertung ist anschließend mit einem hohen Aufwand verbunden. Ebenso entstehen viele verdeckte bzw. verschattete Bereiche. Einen unbestrittenen Vorteil bietet das Laserscanning bei komplexen und stark strukturierten Oberflächen (z.B. Kircheninnenräume), oder wenn sehr viele Objekte zu erfassen sind, wie es in der Industrie- und Anlagenvermessung der Fall ist. Hier ist das Laserscanning mit Abstand das wirtschaftlichste Verfahren. Für viele Anwendungen im Industriebau und auch in der Denkmalpflege ist ein aufwendiges Nachmodellieren oder Interpretieren der Punktwolke nicht notwendig. In diesem Fall reicht es, wenn die Punktwolke mit dem ergänzenden 3D-CAAD-Planungsmodell überlagert wird. Die Auswertungssoftware gleicht zwischen vorhandener und geplanter Geometrie ab. Die Punktwolke repräsentiert das Umgebungsmodell, das bauteilorientierte CAAD-Modell die neu hinzugebrachte Planung. Neben der rein visuellen Kontrolle zwischen Bestand und Planung ist hier eine automatische Kollisionsüberprüfung zwischen den 3D-CAAD-Elementen und der Punktwolke möglich. +lX¿JVWHOOWGHU*HUlWHKHUVWHOOHUGLH$XVZHUWXQJVVRIWZDUHEHUHLW9HUVFKLHGHQH andere Systeme von Drittanbietern haben zum Teil einen größeren Funktionsumfang und verfügen über Direktschnittstellen zu CAAD-Systemen bzw. sind in diese integriert. Durch die aktuell nutzbaren Rechnerleistungen und Datenspeicher ist die Verarbeitung der Punktwolken (ein Scan kann mehrere Gigabyte umfassen) kein Problem. Die Auswertung des Scans und damit einhergehende Modellierung der Bestandsdaten kann – zum Teil vergleichbar mit der Modellierung auf Basis von Tachymetriedaten – auf verschiedene Arten erfolgen:

12 Laserscanning

109

ƒ Erstellen von 3D-Konturen ƒ Konstruktion in definierten Schnittebenen ƒ Erstellen von 3D-Geometrien Erstellen von 3D-Konturen Standard CAD-Elemente – wie Linien, Kreise oder Bögen – können auf den Einzelpunkten gefangen werden. Es entsteht ein dreidimensionales Liniengerüst des Gebäudes, welches vorrangig als Grundlage für Ansichten dient. Diese entstehen als orthogonale Projektion auf das dreidimensionale Liniengerüst.

Ź 4 Geometrisches Modellieren in CAD / CAAD

Abb.: 12.4 Prinzip der Ableitung von Objektkanten mit auf den Messpunkten ausgeglichener Ebenen

Bedingt durch das Messprinzip können insbesondere die Kanten eines GebäuGHVVFKZHULGHQWL¿]LHUWZHUGHQ'HU0HVVVWUDKOWDVWHWGDV*HElXGHUDVWHUZHLVH ab, so dass sich die einzelnen Messpunkte in der Regel nicht entlang einer Kante aufreihen, d.h. Kanten und Details werden übermessen. Um dennoch Kanten möglichst exakt modellieren zu können, werden zunächst Ebenen in der 3XQNWZRONH GH¿QLHUW ZHOFKH DQVFKOLH‰HQG ]XP 6FKQLWW JHEUDFKW ZHUGHQ XQG VRGLH.DQWHELOGHQ=XU'H¿QLWLRQGHU(EHQHQZLUGPDQXHOOHLQ HQWVSUHFKHQGHU Bereich in der Punktwolke selektiert. Anhand der so ausgewählten Punkte wird eine ausgeglichene Ebene aufgespannt.

Abb.: 12.5 Modellierung von 3D-Konturen auf einer Punktwolke mit Hilfe eines orientierten Fotos, Stift Melk, Österreich, Quelle: RIEGL LMS, System PointCloud, Kubit

110

12 Laserscanning Mit Weiterentwicklung der Scannersysteme nimmt die aufgenommene 3XQNWGLFKWH]XVRGDVVGLH3UREOHPDWLNQLFKWLGHQWL¿]LHUEDUHU.DQWHQ weiter abnimmt. Wenn der Scanner mit einer Digitalkamera ausgestattet ist (in der Regel als Aufsatzgerät), liegt ein orientierter Bildverband vor. Aufnahmestandort und Aufnahmerichtung der Einzelbilder in Bezug zum Scannerstandort sind bekannt. Die Kamera hat im Prinzip eine fast identische Blickrichtung wie der Scanner, selbst wenn durch die Aufsatzanordnung der Kamera eine Parallaxe besteht. Die Berechnung berücksichtigt diese. In diesem Fall kann die Auswertung durch Kombination der Bilder mit der Punktwolke vereinfacht werden, da bekannt ist, wie die Inhalte der Bilder in das Scannerergebnis zu integrieren sind. Objektkonturen können aufgrund höherer $XÀ|VXQJ LP %LOG EHVVHU LGHQWL¿]LHUW ZHUGHQ Die Konstruktion der CAD-Elemente erfolgt vergleichbar mit den Verfahren der Photogrammetrie im Bild, die entsprechenden 3D-Koordinaten liefert die Punktwolke. Dort wo die Konstruktion im Bild zwischen zwei erfassten Punkten liegt, wird der Koordinatenwert interpoliert. .RQVWUXNWLRQLQGHÀQLHUWHQ6FKQLWWHEHQHQ Anhand der dreidimensionalen Punktwolke wird ein Schnittbereich von meist einiJHQ=HQWLPHWHUQ%UHLWHGH¿QLHUW3XQNWHREHUXQGXQWHUKDOEGLHVHV%HUHLFKHV werden ausgeblendet. Als orthogonale Sicht auf diesen Schnittbereich ergeben die angezeigten Punkte die Schnittkontur, welche wiederum mit Standard CADElementen abgegriffen werden kann.

Abb.: 12.6 Prinzip der Schnittbildung in einer Punktwolke, Stift Melk, Österreich, Quelle: RIEGL LMS, System PointCloud, Kubit

*HJHQEHU GHU WDFK\PHWULVFKHQ $XVZHUWXQJ LQ GH¿QLHUWHQ 6FKQLWWHEHQHQ PVVHQGLHVHLQLKUHU/DJHQLFKWYRUGHU*HElXGHDXIQDKPHGH¿QLHUWZHUGHQ Vielmehr kann die Schnittführung beliebig in der Punktwolke positioniert sein. Bei GHUDQJH]HLJWHQ6FKQLWWNRQWXUHUJLEWVLFKMHQDFK6FDQQHUDXÀ|VXQJZLHGHUXP GDV3UREOHPGHUQLFKWHLQGHXWLJLGHQWL¿]LHUEDUHQ(FNHQE]Z.DQWHQZHOFKHV durch Verschneiden der einzelnen CAD-Elemente umgangen werden kann. Ebenso erschwert starkes Messrauschen die Rekonstruktion der Geometrie.

12 Laserscanning

111

Erstellen von 3D-Geometrien Die einfachste Form der Erstellung von 3D-Geometrien stellt die Vermaschung HQJO 0HVKLQJ  GDU GK GLH HLQ]HOQHQ 3XQNWH ZHUGHQ GXUFK 'UHLHFNVÀlFKHQ miteinander verbunden. Um bessere Ergebnisse zu erzielen, kann die Vermaschung geglättet und Punkte ausgedünnt werden, z.T. sind Filter- und Bearbeitungsfunktionen zur Kantenverbesserung vorhanden. Auf diese Weise kann ein NRPSOH[HV'2EHUÀlFKHQPRGHOOHU]HXJWZHUGHQ Die Vermaschung eignet sich insbesondere bei komplexen und stark strukturierten Geometrien, und ist in der Regel nur für Teilbereiche in Kombination mit anderen Modellierfunktionen sinnvoll. Sofern die $XÀ|VXQJ GHV 6FDQQHUV ausreichend hoch ist, können auch stark ornamentierte Baudeteils oder Skulpturen in ein 3D-Modell überführt werden. Neben der Vermaschung ist es auch möglich 3D-Grundprimitive – beispielsweise Flächen, Quader, Zylinder, Kugel oder Kegel – in die Punktwolke einzupassen. Aufgrund der vergleichsweise einfachen mathematischen Beschreibung dieser Körper kann dies teilautomatisch erfolgen. Nachdem ein Ausschnitt der Punktwolke selektiert wurde, wird der gewählte Körper in diesen automatisch eingepasst. Diese Vorgehensweise ist insbesondere für die Modellierung technischer Anlagen relevant.

Ź 4.2 3D-Modell

Abb.: 12.7 Laserscan einer Pumpstation (links) und abgeleitetes 3D-CAD-Modell (rechts), EKO-steelwork Eisenhüttenstadt, eta Aktiengesellschaft engineering, Quelle: RIEGL LMS

Neben den beiden genannten Verfahren ist es selbstverständlich möglich die Punktwolke als Grundlage für weitere Arten der 3D-Modellierung zu nutzen. Meist wird dabei zunächst ein 3D-Linienengerüstes erstellt, welches anschließend die Grundlage für ein Flächen- oder Volumenmodell bildet. Verschiedene universitäre Forschungsprojekte arbeiten an Algorithmen zur automatischen Ableitung von 3D-Geometrien. Dabei wird anhand der Punktwolke zunächst automatisch ein Flächenmodell generiert [19], [29]. Nach Überführung des Flächenmodells in ein Volumenmodell sollen mit Hilfe künstlicher Intelligenz (Neuronale Netze) automatisch Bauteile idenWL¿]LHUWZHUGHQN|QQHQVRGDVVHLQCAAD taugliches Gebäudemodell entsteht [29]. Auch verschiedene Bildauswerteverfahren werden untersucht,

Ź 4.3 3D-Bauteilmodell

112

12 Laserscanning um beispielsweise Kanten in einer eingefärbten Punktwolke automatisch LGHQWL¿]LHUHQ]XN|QQHQ>@(VEOHLEWDE]XZDUWHQLQZLHZHLWGLH(UJHE G nisse dieser Forschung die Auswertung einer 3XQNWZRONHHI¿]LHQWHUXQG fachlich sinnvoller gestalten werden.

Abb.: 12.7 Abgeleitetes 3D-Modell des Laserscans inklusive Texturen (links) und maßlich exaktes Orthophoto (rechts), Stift Melk, Österreich, Quelle: RIEGL LMS

Ź 11.2 Einbildauswertung

Bei einer Kombination der Scannerdaten mit orientierten Bildern kann das abgeleitete 3D-Modell anhand der Fotos sehr schnell für Visualisierungszwecke texturiert werden. Auch die Erstellung von Orthophotos mit differentieller Entzerrung ist möglich. Die vermaschte Punktwolke oder das herausgearbeitete 3D-Modell liefern die Grundlage. Ergebnis ist eine maßlich korrekte Orthogonalansicht des Gebäudes in Echtfarben.

12.3 Ź 10 Tachymetrie Ź 6.4 Herstellen geometrischer Bezüge

REGISTRIERUNG: VERKNÜPFUNG MEHRERER PUNKTWOLKEN

Ähnlich der Tachymetrie ist es auch beim Laserscanning nötig, die Messergebnisse mehrerer Scans zueinander in Bezug zu setzen. Diesen Vorgang der Zusammenführung mehrerer Punktwolken bezeichnet man als Registrierung. Je nach Anforderungen an die Bestandserfassung werden die Punktwolken relativ zueinander registriert, und georeferenziert, d.h. in einen übergeordneten Koordinatenbezug integriert. Bei der Registrierung können verschiedene Verfahren zur Anwendung kommen, z.B.: ƒ Registrierung über Targets Bei den Targets handelt es sich um Zielmarken in Form von Papieraufklebern, retroreflektierender Folienzeichen oder auch (kleiner) Passkugeln. Die Targets dienen als Verknüpfungspunkt zwischen den Einzelscans und werden zum Teil von der Scannersoftware automatisch erkannt. Zur Integration der registrierten Punktwolken in ein Bezugskoordinatensystem, werden die Targets zusätzlich tachymetrisch vermessen (Georeferenzierung).

12 Laserscanning

113

ƒ Registrierung über identische Merkmale Das Prinzip ist analog zur Registrierung mit Target mit dem Unterschied, dass keine Zielmarken angebracht werden, sondern dass geometrische Merkmale am Objekt (Punkte, Linien, Ebenen etc.) für die Verknüpfung manuell gewählt werden. ƒ Registrierung über Messdaten Für diese Form der Registrierung werden keine zusätzlichen Zielmarken benötigt. Lediglich ein ausreichend großer Überlappungsbereich der Punktwolken ist notwendig. In einer Grobregistrierung werden die Punkwolken manuell annähernd zueinander ausgerichtet. Die Feinregistrierung erfolgt über einen iterativen Algorithmus (ICP - Iterative Closest Point), der die beste Übereinstimmung der Punktwolken im Überlappungsbereich ermittelt. ƒ Registrierung durch direkte Georeferenzierung Bei der direkten Georeferenzierung wird die Position und Lage des Scannerstandortes in einem Bezugskoordinatensystem direkt bestimmt, beispielsweise durch Einmessen mit einem Tachymeter oder mit Hilfe von GPS.

12.4

LASERSCANNING: TECHNISCHE BESCHREIBUNG

Je nach Bauart des Scanners wird der Messstrahl über einen oder zwei Spiegel so abgelenkt, dass er einen bestimmten Bereich um das Gerät rasterförmig „abscannen“ kann. Abhängig von der Konstruktion und dem damit verbundenen Sichtfeld lassen sich zwei Bauarten unterscheiden: ƒ Camera-View Scanner Die Scanner verfügen über einen Kamera ähnlichen Sichtbereich von ca. 60° in horizontaler und vertikaler Richtung. Durch den eingeschränkten Scanbereich liegt die Anwendung insbesondere in der Erfassung von flächigen Objekten (z.B. Fassaden) und Details, allerdings mit hoher Scandichte. ƒ Panorama-Scanner Durch die drehbare Stehachse ist ein Rundumscan möglich. Der Sichtbereich liegt bei 360° in der Horizontalen und ca. 270°-310° in der Vertikalen. Panoramascanner eignen sich besonders für die Erfassung von Innenräumen.

Abb.: 12.8 Sichtfeld eines CameraView-Scanners

Abb.: 12.9 Sichtfeld eines Panorama-Scanners

114

Abb.: 12.10 Sichtfeld eines Panoramascanners mit eingeschränktem vertikalen Scanbereich (Hybrid-Scanner)

12 Laserscanning Ist der Sichtbereich in der Vertikalen eingeschränkt (ca. 90°), werden die Scanner oftmals als Hybrid-Scanner bezeichnet. Als Hybridsysteme werden aber auch Instrumente bezeichnet, die Scanner und integrierte Kamera kombinieren.

Neben dem Sichtfeld, werden terrestrische Laserscanner auch anhand der maximal messbaren Entfernung (Range) für unterschiedliche Aufgaben eingesetzt. In der Bauaufnahme hat man es mit Bereichen von mindestens 20 m zu tun. Durch mehrere Standorte der Laserscanner lassen sich auch größere Reichweiten kompensieren. Distanzmessung Neben dem Sichtbereich und der messbaren Entfernung ist ein weiteres wichtiges Unterscheidungskriterium eines Scanners die Methode der Distanzmessung: ƒ Impulslaufzeitverfahren Der Messstrahl wird nur als kurzer Laserimpuls ausgesand. Anhand der Laufzeit des Impulses zwischen Senden, Reflektieren und Empfangen wird die Distanz ermittelt. Das Verfahren ermöglicht Messungen über mehrere hundert bis tausend Meter bei einer Messrate von ca. 10.000 Punkten pro Sekunde. ƒ Phasenvergleichsverfahren Ein Laserstrahl mit bekannter Wellenlänge wird kontinuierlich ausgesandt. Nach Reflexion am Objekt und Empfang am Gerät kann die Distanz anhand der Phasenverschiebung der Laserwelle bestimmt werden. Das Verfahren ermöglicht Messungen im Bereich 80 m bis 100 m bei einer Messrate von bis zu 500.000 Punkten pro Sekunde. ƒ Lasertriangulation Der Laserstrahl wird von einem Spiegel gelenkt auf das Objekt gesendet, reflektiert und von einem Kamera-Sensor (CCD) erfasst. Mit Kenntnis der Basis zwischen Laseremitter und Kamera, sowie der Position des empfangenen Signals auf dem Sensor lässt sich die Entfernung zum Objektpunkt bestimmen. Das Verfahren ist auf vergleichsweise kurze Distanzen von 1 bis maximal 25 m begrenzt, liefert allerdings Messgenauigkeiten unter einem Millimeter bei einer Messrate von ca. 100 Punkten pro Sekunde. Die Scanner eignen sich daher insbesondere für die Erfassung von Details mit hoher Auflösung

12 Laserscanning

115

Genauigkeit Unabhängig vom verwendetem Messprinzip und der Bauart des Scanners hängt die Genauigkeit der Punktwolke von mehreren Faktoren ab, u.a.:

Ź 6.2 Genauigkeiten

Leica HDS 6000 Bauart

Panoramascanner Sichtfeld vertikal: 310° Sichtfeld horizontal: 360°

Messprinzip

Phasenvergleichsverfahren

Messdistanz

bis 79 m

Messdauer (je nach Scanmodus)

25 sek bis 26 min für 360°

Genauigkeit Entfernungsmessung

< 5 mm

Größe des Messstrahls

8 mm bei 25m Entfernung 14mm bei 50m Entfernung

$XÀ|VXQJ

vertikal: 0,0018° horizontal: 0,0018°

Scandichte (je nach Scanmodus)

bei 10m: 50.6 x 50.6mm bis ) 1.6 x 1.6mm bei 50m: 250 x 250mm bis 7.9 x 7.9mm

ƒ Die Genauigkeit der Entfernungsmessung Maß für die Genauigkeit der Einzelmessung des Elektronischen DistanzmesVHUV('0 LQGHU5HJHOXQWHUPP ƒ Die Größe des Messstrahls (Fleckgröße) Die Größe des sichtbaren bzw. unsichtbaren Lichtstrahls am Auftreffpunkt wird als Fleckgröße bezeichnet. Diese ist abhängig von der Lochblende und der Optik des EDM. Technisch bedingt handelt es sich bei dem Messstrahl um zwei Kegel, dessen Durchmesser in Abhängigkeit zur Entfernung zunehmen. Die Messung von kleinen Strukturen erfolgt mit zunehmender Entfernung weniger punktgenau. Einige Hersteller der Scanner führen hierzu eine Plausibilitätskontrolle durch, um Messungen, die durch überschiessende Strahlen verursacht werden in der Auswertung zu berücksichtigen. ƒ Die Scandichte Gibt an in welchem Abstand die einzelnen Messpunkt die Oberfläche abtasten. Da der Scan in definierten Winkelschritten erfolgt, ist die Punktdichte abhängig von der Entfernung. ƒ Die Stärke des Messrauschens Aufgrund von unterschiedlichen Reflexionseigenschaften der Objektoberflächen und verschiedenen Auftreffwinkeln des Messstrahles, entsteht ein Messrauschen in der Punktwolke. Dieses äußert sich in geringen Abweichungen

Tab.: 12.1 Beispielauszug der technischen Daten eines aktuellen Scanners

116

12 Laserscanning der ermittelten Punktpositionen von der tatsächlichen Oberfläche. Mit zunehmender Messdistanz wird das Messrauschen in der Regel stärker. Lasersanner verschiedener Hersteller lassen sich oftmal schwer miteinander vergleichen. Grund sind zum einen unterschiedlich verwendete Begriffe, zum anderen aber auch verschieden verwendete Technologien. Die Auswahl des richtigen Scanners sollte daher immer unter Berücksichtigung des genauen Einsatzzweckes erfolgen.

Ź http://www.scanning. fh-mainz.de/

Das Institut für Raumbezogene Informations- und Messtechnik der Fachhochschule Mainz führt in regelmäßigen Abständen Studien und Testreihen zu aktuellen terrestrischen Laserscannern und Auswertungssoftware durch. Die Webseite des Institutes bietet hierüber umfassendes Informationsmaterial. Das /DVHUVFDQQLQJ LVW GHQQRFK HLQ HI¿]LHQWHV KRFKJHQDXHV 0HVVYHUIDKUHQ welches insbesondere durch die kurze Verweildauer vor Ort und die große Datenmenge mit Genauigkeiten im Miilimeterbereich überzeugt.

13 Global Positioning System (GPS) Die satellitengestützte Positionsbestimmung spielt in der Gebäudeaufnahme einer eher untergeordnete Rolle, da sie im Allgemeinen nur im Außenbereich einsetzbar ist. Genutzt wird diese Methode vor allem in der Geländevermessung, beim Einrichten eines übergeordneten Bezugssystems, wenn keine Lage- oder Höhenfestpunkte in unmittelbarer Nähe vorhanden sind, sowie beim Aufbau eines örtlichen Bezugssystems bei großräumigen Gebäudeensembles.

Abb.: 13.1 GPS Empfänger (links), Kombination mit ReÀHNWRUVWDE6PDUW3ROH mitte) und Tachymeter (SmartStation, rechts), Quelle: Leica Geosystems AG, 2008

Mittlerweile können Tachymeter mit entsprechenden GPS-Empfängern ausgerüstet werden, um den Gerätestandort sattelitengestützt zu bestimmen. Auch die Kombination von Prismen mit *36(PSIlQJHUQ]XU'H¿QLWLon von Passpunkten für die Stationierung ist möglich.

13.1

GPS: GRUNDPRINZIP

Mit Hilfe eines GPS Empfängers wird die aktuelle Position zu mindestens vier in GHU8PODXIEDKQEH¿QGOLFKHQ6DWHOOLWHQEHUGLH6LJQDOODXI]HLWEHVWLPPW$QKDQG von drei gemessenen Distanzen kann die Position auf der Erde bestimmt werden. Ein vierter Satellit wird benötigt, um Abweichungen zwischen den Uhren der Satelliten und des Empfängers zu ermittelt und in der Berechung der Signallaufzeit zu berücksichtigen.

118

13 Global Positioning System (GPS)

Abb.: 13.2 Grundprinzip der satellitengestützten Positionsbestimmung, Entfernungsmessung über Signallaufzeit zu den Satelliten

Das ursprüngliche GPS-System NAVSTAR wurde von der US-Regierung für militärische Zwecke eingerichtet und war bis zum Jahr 2000 mit einer künstlich erzeugten Ungenauigkeit für den zivilen Einsatz versehen. Neben dem US-amerikanischen System steht auch das russische System GLONASS zur Verfügung und in Zukunft das System Galileo, ein Gemeinschaftsprojekt der Europäischen Union und der Europäischen Weltraumorganisation (ESA). Die mit GPS erreichbare Genauigkeit von ca. ±15 m ist für den Einsatz im Vermessungswesen völlig unzureichend. Aus diesem Grund wird zur Genauigkeitssteigerung das Verfahren des Differential-GPS eingesetzt.

13.2

DIFFERENTIAL-GPS

Beim Differential-GPS werden mehrere GPS-Empfänger zur Genauigkeitssteigerung eingesetzt. Neben dem Empfänger im Feld – dem GPS-Rover – wird das Sattelitensignal zusätzlich von einer ortsfesten Referenzstation empfangen, deren Position mit hoher Genauigkeit bekannt ist. Durch die bekannte Position der Referenzstation kann der Fehler bei der Positionsbestimmung des Rovers ermittelt und korrigiert werden. Das Korrektursignal wird dabei über Mobilfunk von der Referenzstation an den Rover übermittelt. Auf diese Weise können Genauigkeiten von ca. ±10 mm in der Lage und ca. ± 20 mm in der Höhe erreicht werden. 'LH GHXWVFKH /DQGHVYHUPHVVXQJ EHWUHLEW HLQ QDKH]X ÀlFKHQGHFNHQGHV 1HW] solcher Referenzstationen und stellt Korrekturdaten in verschiedenen Genauigkeitsstufen als Echtzeit-Positionierungsdienst (SAPOS - Satellitenpositionierungsdienst der deutschen Landesvermessung) zur Verfügung.

14 Konzept einer interpretierenden, planungsbegleitenden Erfassung In den letzten Jahren setzte die Entwicklung von Systemen, verbunden mit neuen Verfahren der Bauwerkserfassung ein. Die Integration der Komponenten und deren Handhabbarkeit wurde stark verbessert und bietet die Chance für eine durchgehende Erfassung und Planung ohne Informationsverlust mit hoher Genauigkeit und fachlicher Plausibilität. Auf diesem Gebiet kann der Autor auf eine langjährige Erfahrung zurückblicken. In den letzten Jahren entstand im Rahmen praxisnaher Forschung und Entwicklung ein Gesamtsystem [Freak], was sowohl neue Software, neue Verfahren und einen neuen Grundansatz der Bestandserfassung und des Planens im Bestand einschließt. [Freak] ist ein Software- und Technologiekonzept als Prototyp, entwickelt im Rahmen der Forschung an der Bauhaus-Universität Weimar 19982008. Rückfragen zur Benutzung und Kooperation sind jederzeit über den Autor möglich. $OOH(QWZLFNOXQJHQH[LVWLHUHQLQ)RUPEHQXW]EDUHU3URWRW\SHQXQGEH¿QGHQVLFK in Erprobung. Die aktuellen Erfahrungen mit diesem integrativen Ansatz zeigen, dass eine neue Qualität hinsichtlich Einfachheit, Ergebnisorientierung und Flexibilität vorliegt: Entsprechend den Anforderungen in einem Projekt können von einfachsten Überblicks-Daten bis zum komplexen 3D-Bauteilmodell alle Bestandsdaten modelliert bzw. bearbeitet werden. Dabei sind je nach Anforderungen die Komponenten einzeln zu verwenden. Die Leistungsfähigkeit und Funktionalität des Ansatzes lässt sich wie folgt charakterisieren: ƒ Zusammenführen der Bauwerksdaten in einem Modell: Dies umfasst sowohl Geometrie, Raumund Bauteildaten, als auch beschreibende Daten.

Abb.: 14.1 Zusammenführung aller planungsrelevanter Daten in einem Modell

120

14 Konzept einer interpretierenden, planungsbegleitenden Erfassung

Abb.: 14.2 Variable Detaillierung innerhalb eines Modells

ƒ Variierende Detaillierungen- und Genauigkeiten: Sowohl die Skizze als Überblick wie das CAAD-Modell stehen im Zusammenhang.

Abb.: 14.3 Planungsbezogene Auswertung

ƒ planungsbezogene Auswertung: architektengerechte Darstellungen in Form von Zeichnungen, Listen und Berechnungen können abgeleitet werden.

Abb.: 14.4 Integration neuer Technologien

ƒ Einbeziehung neuer, mobiler Computer und Erfassungsverfahren bzw. -geräte

Modulare Software – als externer Datenlieferant und als Bestandteil der Planungssoftware Die Arbeitsweise des Architekten im Planungsprozess lässt sich nicht formalisieren. Daher geht der Ansatz davon aus, ähnlich der Vorgehensweise heutiger CAAD-Systeme, eine gemeinsame Softwareumgebung zu schaffen, welche als quasi offener Werkzeugkasten jederzeit um einzelne neue Planungstools (Applikationen) erweitert werden kann. Wichtig bei dieser Vorgehensweise ist das direkte Ineinandergreifen der Planungstools auf Daten- und Prozessebene, so dass der Nutzer mit den verschiedenen Planungstools an einem Planungsmodell arbeitet. Über diesen Ansatz kann auch die Bauaufnahme und Planung direkt miteinander verbunden werden. Auch für die verschiedenen Aspekte der BauaufQDKPHZHUGHQ)XQNWLRQHQLQHLQHUHLQKHLWOLFKHQ%HQXW]HUREHUÀlFKH]XVDPPHQgeführt und in die gemeinsame Softwareumgebung [Freak] integriert. Alle Daten, die in einer Anwendung (z.B. Gebäudeskizze) gewonnen werden, sind in einem Datenmodell zusammengeführt. Ein Server verwaltet das Bauwerksmodell inklusive Geometrie und sämtlicher weiterer Daten, während HLQ]HOQH7RROVIDFKVSH]L¿VFKDXIGDV'DWHQPRGHOO]XJUHLIHQXQG GDV%DXZHUNVmodell „füllen“ bzw. mit diesem arbeiten. Die vor Ort erfassten Daten können über das Internet und WLAN ohne Verzögerung an beliebigen Orten planerisch weiterbearbeitet werden. Folgende Anwendungen für die integrierte Bauaufnahme und -planung existieren:

Erfassung

14 Konzept einer interpretierenden, planungsbegleitenden Erfassung

121

Skizzeneingabe vor Ort Skizzieren von Grundrissen und Ableiten eines Raumbuches

Plan-Bearbeitung Die 2D-Sicht auf das Modell zum Erstellen bzw. Bearbeiten der Geometrie und der Bauwerksstruktur

3D-Bearbeitung Die 3D-Sciht zur Navigation im Modell und Erfassung von händischen und tachymetrischen Messungen

Steuerung der Erfassungsgeräte

Planung

Die Schnittstelle zu Tachymeter und Laserdistanzmesser

CAAD-Client Die Schnittstelle zum CAAD als „klassisches“ Planungssystem

ColoredArchitecture Ein Planungstool zur Weiterbearbeitung in Bezug auf Farb- und Materialgestaltung sowie Tageslichtsimulation

DomeDesign (LQ3ODQXQJVWRRO]XU)RUP¿QGXQJYRQ.XSSHO und Netztragwerken

Tab.: 14.1 Auswahl von derzeit existierenden Anwednungen der experimentellen Softwareplattform [Freak], Bauhaus-Universität Weimar, 2008

122

14 Konzept einer interpretierenden, planungsbegleitenden Erfassung Kombination verschiedener Verfahren zur Erstellung eines kompletten baulich-geometrischen Modells

Abb.: 14.5 Prinzip der Erfassung der Bauwerksgeometrie durch Zusammenführung verschiedener Verfahren in einem System

Die Verbindung der unterschiedlichen Aufmaßverfahren berücksichtigt für jede Methode ihre charakteristischen Vor- und Nachteile. Stets wird für den AufnehPHQGHQ HLQH HI¿]LHQWH .RPELQDWLRQ GHU 9HUIDKUHQ Skizze, Distanzmessung, Tachymetrie) zweckmäßig sein. Ź 9 Computergestütztes Handaufmaß Ź 10 Tachymetrie Ź 11 Photogrammetrie Ź 12 Laserscanning Ź 13 Global Positioning System (GPS)

Gerade In dieser Kombination besteht für die bisherigen Softwaresysteme ein Problem. Jede Messung beschreibt eine mathematisch formalisierbare Lagebeziehung zwischen den aufgenommenen Elementen (meist Punkten), deren Verarbeitung nicht trivial ist. Alle bekannten Systeme beschränken sich auf nur wenige unterstützte Aufmaßverfahren, und erzwingen feste Vorgehensweisen. Die Experimentalplattform [Freak] führt unterschiedliche Messverfahren sehr ÀH[LEHOPLWHLQHUVHKUJUR‰HQ)UHLKHLWGHV$XIQHKPHQGHQLQVHLQHU9RUJHKHQVweise zusammen. Entwickelt und erfolgreich getestet sind das Handaufmaß, die Tachymetrie und Photogrammetrie, in Zukunft werden Module für Laserscanning und GPS-Daten eingebunden. Stufenweise Detaillierung – „Von der Skizze zum Detail“

Abb.: 14.6 Stufenweise Detaillierung der Bauwerksgeometrie unter -Nutzung unterschiedlicher Eingabe- und Darstellungstechniken: Skizze, Plansicht und 3D-Sicht in einem Modell

In der Praxis der Aufnahme greifen verschiedene Vorgehensweisen und Verfahren ineinander. Hier wird gemessen, dort ist zu bewerten. An anderer Stelle genügen grobe Raumgrundrisse, zu einem späteren Zeitpunkt sind diese exakt aufzumessen. Bei einer Erstbegehung gewinnt der Aufnehmende einen ersten Eindruck über das zu erfassende Bauwerk, es werden vorrangig die Identitäten von Elementen des Bauwerkes ermittelt, beispielsweise seine räumliche Struktur, die Existenz

14 Konzept einer interpretierenden, planungsbegleitenden Erfassung

123

von Fenstern, Türen, Schadstellen usw. Während der detaillierten Bauaufnahme vor Ort steht die Ermittlung der Eigenschften der Elemente im Vordergrund. Die entwickelte Software erlaubt ein Vorgehen, welches sich an der Wahrnehmung des Aufnehmenden orientiert. Er erarbeitet Innenräume und Außenraum mit ihrer jeweiligen begrenzenden Geometrie. Durch seinen Wechsel von Raum zu Raum gewinnt der Aufnehmende schrittweise eine globale Sicht über die begrenzende Geometrie des Baukörpers, aus welcher heraus, gestützt auf lokale Befunde, dieser interpretativ in seine ihn bildenden Bauteile gegliedert werden kann. Dabei wird es dem Aufnehmenden ermöglicht, nur die für die Planung notwendigen Eigenschaften der Bauteile abzubilden, welche ihm wirklich bekannt sind. So ist die geometrische Beschreibung der Bauteile nicht zwingend erforderlich, im einfachsten Fall kann eine Wand lediglich als symbolische Raumbegrenzung existieren. Diese schrittweise Annäherung an das Bestandsgebäude folgt nach dem Ansatz „Von der Skizze zum Detail“. Der Aufnehmende erstellt eine Raumskizze auf HLQHPWUDJEDUHQ3&]XQlFKVWDOVJUDSKLVFKHV$EELOGGHV*UXQGULVVHV9RUGH¿nierte Filter korrigieren die Skizze in einem ersten Schritt bezüglich RechtwinkOLJNHLW 3DUDOOHOLWlW XQG 6\PPHWULHQ GHU HLQ]HOQHQ 2EHUÀlFKHQ ,Q GHU 3KDVH des Bauaufmaßes wird das bereits erstellte Geometriemodell durch numerische Verfahren schrittweise der Realität maßlich angepasst. Dabei kommen verschiedene Aufmaßverfahren in beliebiger Kombination zum Einsatz [33]. Berücksichtigung aller Informationen

Abb.: 14.7 Abbildung des Gebäudebestandes in seiner Geometrie und damit verknüpften nicht-geometrischen Daten in einem Modell

Die für eine Bestandsplanung notwendigen Informationen – geometrisch, alpha numerisch, relational und informal – sind computerintern in einem geeigneten Datenmodell, dem Bauwerksmodell, abzulegen. Viele kommerzielle Systeme zur Bauaufnahme arbeiten Zeichnungsorientiert und besitzen kein Bauwerksmodell, andere wiederum entlehnen die Struktur des Bauwerksmodells aus der Neubauplanung – ein zumeist statisches Modell, welches dem unikaten Charakter vieler Bestandsgebäude nicht gerecht wird. Zur Abbildung der sehr unterschiedlichen Informationen wird innerhalb der Experimentalplattform [Freak] ein dynamisches Bauwerksmodell aufgebaut. Dieses besteht aus einer sehr klein und einfach gehaltenen Grundstruktur, auf welcher DXIEDXHQGYRP1XW]HUHLQLQGLYLGXHOOHV%DXZHUNVPRGHOOGH¿QLHUWZHUGHQNDQQ

Ź 2.1 Informationen zum Bauwerk

124

14 Konzept einer interpretierenden, planungsbegleitenden Erfassung 'LH UlXPOLFKHQ 6WUXNWXUHQ GHV 2EMHNWHV KlX¿J YRUNRPPHQGHQ *HElXGHW\pen können dabei vom Nutzer als so genannte Basisschemata angelegt und EHLVSLHOVZHLVHYRQDQGHUHQ1XW]HUQZHLWHUYHUZHQGHWHUZHLWHUWXQGPRGL¿]LHUW werden [26].

Abb.: 14.8 Mögliche räumliche Strukturen unterschiedlicher Gebäudetypen

Einsatz und Konzeption neuer Eingabe und Visualisierungstechniken Für die örtliche Baubegehung und- aufnahme ist das ungehinderte Bewegen und die einfache und robuste Handhabung der Geräte und Hilfsmittel extrem ZLFKWLJ+HXWHH[LVWLHUHQNOHLQHXQHPS¿QGOLFKH(UIDVVXQJVJHUlWHXQGHQWVSUHchend leichte, langlebige mobile tragbare Computer, auf denen über Stifteingabe direkt gezeichnet werden kann. Alle diese Geräte sind untereinander über Funk (Bluetooth, WLAN) verbunden.

Abb.: 14.9 Funktionsfähiger Prototyp eines tragbaren Computers für die Bauaufnahme (links), Vereinfachter Tachymeter DT-Smart: kombiniert Tachymeter und Laserdistanzmesser in einem Gerät (rechts), BauhausUniversität Weimar, 2005

Die Entwicklungen von [Freak] berücksichtigen von Beginn an diese verfügbaren modularen Gerätekomponenten. Parallel dazu wurden in Kooperation mit

14 Konzept einer interpretierenden, planungsbegleitenden Erfassung

125

Produktdesignern verschiedene andere Geräte konzipiert: vereinfachte Tachymeter ohne Bedienfeld, auf den Rücken tragbare Computer (Wearable-PC), in eine Schirmmütze integrierte Displays, usw [27]. Als Displaytechnik ist die Verwendung eines Retina-Display geplant, welches das Computerbild mit Hilfe eines Lasers direkt auf die Netzhaut GHV%HWUDFKWHUVSURML]LHUW'DEHL¿QGHWGLH7HFKQLNGHUAugmented Reality (AR) ihre Anwendung. Bei der AR-Technik werden Computerwelt und Realität bewusst miteinander überlagert. Während einer Bauaufnahme bietet sich so die Möglichkeit, beispielsweise grobe Vermessungsfehler zwischen Modell und Original aufzudecken. Ist eine Umnutzung geplant, kann sehr plastisch vor Ort das Planungsmodell auf den realen Bestand überlagert werden. Neben der Verwendung von Retina- oder Head-mounted-Displays zur Überlagerung von Computermodell und Realität, lassen sich auch Projektoren verwenden. In Verbindung mit einer Kamera und entsprechender Software wird MHGH%DXWHLO 2EHUÀlFKH]XU3URMHNWLRQVÀlFKH±XQDEKlQJLJYRQ )DUEH Form und Beschaffenheit [28].

Abb.: 14.10 Augmented Reality Projektion: Überlagerung der exisitierende Situation mit Computermodell sowie Projektion neu geplanter Bauteile, Bauhaus-Universität Weimar, 2008

Diese teilweise als funktionsfähiges Gerät, teilweise als Modell existierenden .RPSRQHQWHQ HUP|JOLFKHQ GHQ VLQQYROOHQ XQG HI¿]LHQWHQ (LQVDW] GHU YRUDE beschriebenen Software. Ziel ist auch hier eine einfache, anforderungsbezogene Erfassung.

Nachfolgend die Beschreibung von Szenarien der Bestandserfassung und -planung. Die vorangehend erläuterten Verfahren der computergestützten Bauplanung und Bestandserfassung werden hier in einen praxisbezogenen Zusammenhang gestellt. Entsprechende Verweise erlauben den Bezug auf die Grundlagen.

15 Erarbeitung von Raumbüchern und Facility Management CAFM-Systeme sind Softwaresysteme zur ganzheitlichen Datenverwaltung im Facility Management. Sie sollen Entscheidungen bei der Bewirtschaftung von Gebäuden durch die Bereitstellung aller notwendigen Gebäudedaten unterstützen. CAFM Systeme bestehen in der Regel aus einer Kopplung von CAD und DatenEDQNV\VWHPDQZHOFKHV6XFKDQIUDJHQJHVWHOOWZHUGHQN|QQHQ*UD¿VFKH Daten werden vom CAD bereitgestellt, wohingegen die Datenbank alphanumerisch 'DWHQYRUKlOW*UD¿VFKHXQGDOSKDQXPHULVFKH Daten sind dabei entweder bidirektional miteinander verknüpft oder der gegenseitige Datenabgleich kann jederzeit hergestellt werden.

Abb.: 15.1 Prinzipieller Aufbau eines CAFM-Systems

Um ein CAFM-System erfolgreich nutzen zu können, ist vor der Erfassung der genaue Umfang, die Art und insbesondere die Struktur der aufzunehmenden 'DWHQJHQDX]XGH¿QLHUHQ'LH(LQVDW]EHUHLFKHHLQHV&$)0XQGGDPLWDXFK die zugrunde liegende Datenstruktur, sind vielseitig, z.B.: ƒ Dokumentation ƒ Flächenmanagement ƒ Umzugsmanagement ƒ Vermietung ƒ Betriebskosten ƒ Reinigungsmanagement

128

15 Erarbeitung von Raumbüchern und Facility Management

15 Erarbeitung von Raumbüchern und Facility Management

129

ƒ Schlüsselmanagement ƒ Energiecontrolling ƒ Instandhaltung ƒ Vertragsmanagement ƒ Personalmanagement %HLP(LQSÀHJHQQHXHU%HVWDQGVGDWHQLQHLQEHUHLWVYRUKDQGHQHV&$)06\VWHP LVWGLHVLQDOOHU5HJHOGXUFKJHQDXH9RUJDEHQ±LQ)RUPHLQHV3ÀLFKWHQKHIWHV oder Checklisten – über Art und Strukturierung von Seiten des Auftraggebers YRUJHJHEHQ%HLP$XIEDXHLQHVQHXHQ6\VWHPVLVWGLHVLQ)RUPHLQHV3ÀLFKWHQheftes zunächst umfassend zu klären. Hierzu sei auf umfangreiche Literatur aus dem Bereich Facility Management verwiesen [23], [25].

Abb.: 15.2 Schrittfolge der FM relevanten Datenermittlung

Die CAD-Daten werden in den meisten Fällen als 2D-Daten in Form von Grund rissen, TGA-Plänen oder Einrichtungsplänen bereitgestellt. Dabei erfordert das Flächenmanagement – also die Verwaltung vorhandener Flächen und deren Nutzung – Genauigkeiten entsprechend den Richtlinien nach DIN, WoFlV und GIF. Dem gegenüber steht eine oftmals hohe Generalisierung der Geometrie, da meist nur die Aufnahme der Hauptelemente gefordert ist. Neben der kritischen Bewertung und gegebenenfalls Digitalisierung vorhandener Pläne bieten sich insbesondere das computergestützte Handaufmaß sowie die Tachymetrie als Bauaufnahmeverfahren an. Je nach Gebäudetyp und -größe ist abzuwägen, welche der Verfahren den zuvor erstellten Anforderungen am Besten genügt.

Ź 4.1 2D-und 3D-Linienmodell Ź 5 Rechtliche und wirtschaftliche Grundlagen Ź 6.3 Darstellungstiefe und Generalisierung Ź 7 Verwendung Zeichnerischer Bestandsvorlagen

130

15 Erarbeitung von Raumbüchern und Facility Management

Ź 9 Computergestütztes Handaufmaß

Bei einer großen Anzahl gleichartiger Räume bietet sich das computergestützte Handaufmaß an, insbesondere wenn eine Generalisierung durch angenommene Rechtwinkligkeit möglich ist. Die Tachymetrie eignet sich zur präzisen Erfassung der Umrissgeometrie sowie der Hauptachsen des Gebäudes. Innerhalb des Gebäudes ist abzuwägen inwieweit das Verfahren aufgrund des erhöhten Zeitaufwandes bei der Stationierung des Gerätes noch rentabel ist. Für größere und komplexe Räume sowie bei nicht rechtwinkligen Grundrissen ist dies sicherlich der Fall.

Ź 10 Tachymetrie

Ein Großteil der CAFM-Systeme auf dem Markt nutzen marktübliche CAD6\VWHPHDOV*UD¿NREHUÀlFKHRGHUYHUDUEHLWHQ]XPLQGHVWDWG / DXF Daten. Einige CAAD-Hersteller bieten auch eigene CAFM-Lösungen an, die auf die Zusammenarbeit mit dem jeweiligen CAAD-System optimiert sind. Bei der Auswahl der Bauaufnahmetechnik bzw. der einzusetzenden Software sollte dies berücksichtigt werden, um nachträgliche Datenkonvertierung und Anpassung zu vermeiden Ź 12 Laserscanning

Einige Hersteller von Laserscanning-Systemen bieten ihre Lösungen auch für den Einsatz bei Erfassung für Facility Management an. Hier stellt sich die Frage der Wirtschaftlichkeit eines solchen Systems. Zum einen sind es die Kosten für Anschaffung oder Miete und zum anderen der Aufwand der Auswertung.Während beim computergestützten Handaufmaß und der Tachymetrie der Aufnehmende vor Ort genau bestimmen kann, welche Elemente mit welcher Generalisierung aufgenommen werden, so erfasst der /DVHUVFDQQHU VlPWOLFKH 2EHUÀlFKHQ LQ HLQHP 5DXP ± DXFK GDV 0RELOLDU 3ÀDQ]HQ XQG JHJHEHQHQIDOOV 3HUVRQHQ Der Aufbereitungsaufwand der erfassten Daten zur Ermittlung von Raum- und Flächenmaßen ist somit sehr hoch.

Ź 2.2 Datenverwaltung im Raumbuch

Neben den Geometriedaten sind für das CAFM-System auch alphanumerische Daten zu erfassen. Je nach Umfang der Sachdaten sollte dies direkt im AufmaßSystem erfolgen, andernfalls ist parallel ein Raumbuch zu führen. In der Praxis ZHUGHQ KlX¿J HLQIDFKH Tabellenkalkulationen verwendet, um Raumbücher in Listen zu verwalten.Hier ist natürlich keine Verbindung zur Geometrie vorhanden.

Ź 3.1 2I¿FH Anwendungen

Abb.: 15.3 FM Raumbuch in einem 2I¿FH6\VWHP für Tabellenkalkulation, Quelle: b.a.u.werk, 2008

15 Erarbeitung von Raumbüchern und Facility Management

131

Viele Handaufmaß- und Tachymetrie-Systeme bieten die Möglichkeit alphanumerische Daten aufzunehmen. Freie Attribute beliebiger 'DWHQW\SHQODVVHQVLFKGH¿QLHUHQ'HU([SRUWLQ7DEHOOHQDOV7;7RGHU XML-Datei, ist vorgesehen. Je nach Anforderungen des CAFM-Systems kann die Bestandsdatenerfassung optimiert werden. Nach dem Export der Daten liegen diese aber in der Regel getrennt von der Geometrie vor.

Abb.: 15.4 Datenerfassung für FM als Erweiterung für CAAD-Systeme, Quelle: b.a.u.werk, 2008, System hylasFM,Kubit

Arbeitet man vor Ort direkt mit einem CAAD-System, so ist es möglich alphanumerische Daten über Listen, verknüpfte Tabellen oder Block- bzw. Makro-AttriEXWHHLQ]XSÀHJHQ+LHUEHLLVWHVYRQ9RUWHLOZHQQ5lXPHXQG)OlFKHQJHQHUHOO in Form von Polygonen bzw. geschlossenen Linienzügen erfasst werden, um die spätere Datenverknüpfung zu vereinfachen.

Ź 4.5 Datenstrukturierung im CAAD

Abb.: 15.5 Kopplung zwischen CAAD-Daten und FM-System, Quelle: b.a.u.werk, 2008, System Allplan / Allfa, Nemetschek AG

Dort wo CAAD-Standardfunktionen für die geforderte Datenstruktur nicht ausreichen, können spezielle Erweiterungen zur Datenerfassung über eine integrierte Datenbank eingesetzt werden. Es sind nur die Daten aufzunehmen, die auch verwaltet und zeitnah fortgeschrieben werden können. Als Ergebnis liegen planorientiert Geometrie- und strukturierte alphanumerische Daten vor, die im einfachsten Fall an das CAFM-System übergeben oder im besten Fall mit diesem direkt verknüpft werden.

16 Umbauplanung (Sanierung / Modernisierung) Bauaufgaben im Bestand gehören mittlerweile zu den Hauptarbeitsbereichen der Architekten. Insbesondere sind es Sanierungs-, Modernisierungs- und Umbauprojekte, mit denen sich der Planer tagtäglich beschäftigt.

Abb.: 16.1 Typisches Beispiel eines Modernisierungs- und Umbauprojektes vor (links) und nach der Planung (rechts), Christliches Gymnasium Jena, nitschkedonath-architekten, 2000

Um eine geeignete Planungsgrundlage zu schaffen, sind zunächst vorhandene Unterlagen aus der Erbauungszeit sehr sorgfältig zu prüfen. Von einer bloßen Einsichtnahme in die Unterlagen oder lediglich stichpunktartiger Kontrolle ist dringend abzuraten. Eine genaue Beurteilung durch Überprüfung vor Ort muss in jedem Fall vorgenommen werden. Wie in den vorangegangenen Kapiteln bereits erläutert, sind die Papierpläne oder digital vorliegende Projektbeschreibungen unvollständig oder wiedersprüchlich. An dieser Stelle ist die Entscheidung zu treffen, ob mit den vorhanden Unterlagen nach Überprüfung und Ergänzung weitergearbeitet werden kann oder ob ein gänzlich neues oder ergänzendes Aufmaß notwendig wird. Ziel ist es, die Bestandsdaten in eine digitale Form für die Planung zu überführen. Der Bauaufnehmende ist als Fachingenieur für die Richtigkeit der Unterlagen haftbar, auch wenn bestehenden Unterlagen lediglich übernommen wurden. Ist dies durch den Auftraggeber gewünscht, muss der Bauaufnehmende vorab auf mögliche Fehler hinweisen. Kommt eine Weiterverwendung der vorhandenen Planunterlagen in Frage, so HPS¿HKOWHVVLFKGLHVH zu scannen. Von einer Umwandlung der Pixeldaten in 2D-CAD-Elemente durch eine automatische Vektorisierung ist abzuraten. Das Ergebnis ist zu stark fehlerbehaftet und bedarf eines nicht gerechtfertigten Nachbearbeitungsaufwandes. Für die meisten Fälle ist eine Overlaytechnik am sinnvollsten: Der Scan wird als Vorlage für die CAAD-Bearbeitung verwendet, nachdem er durch einige Kontrollmaße korrigiert wurde.

Ź 7 Verwendung Zeichnerischer Bestandsvorlagen

134

16 Umbauplanung (Sanierung / Modernisierung)

16 Umbauplanung (Sanierung / Modernisierung)

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Stehen Umbau- oder Sanierungsmaßnahmen an, die sich nur auf Teilbereiche des Bestandes beziehen, reicht es aus, die Raster- bzw. Vektor-Bearbeitung zusammenzuführen. Die Ausführungsunterlagen werden als eine Kombination aus Scan und 2D-CAD-Daten erstellt.

Abb.: 16.2 Kombination Raster-Vektor-Daten bei Umbauplanung in geringem Umfang, Ausschnitt Umbauentwurf der ehemaligen Feuerlöschfabrik Apolda (Eiermann-Bau), BauhausUniversität Weimar, Marquardt und Raabe, 2004

Für ein komplett neues Aufmass sind die Bestandsinformationen unmittelbar am Gebäude und vor Ort zu erarbeiten. Abhängig von der Komplexität des Projektes können die Verfahren des computergestützten Handaufmaßes, der Tachymetrie $QZHQGXQJ ¿QGHQ 'LH 9HUIDKUHQ GHU Photogrammetrie mit Ausnahme der Einbildauswertung sind eher selten anzuwenden. Bei Gebäuden der jüngeren Vergangenheit in industrieller Bauweise kann meist von einer großen Anzahl gleichartiger, rechteckiger Räumen und sich stetig wiederholender Bauteile ausgegangen werden. Diese vereinfachte Annahme reicht für die planerische Bearbeitung in der Regel für eine Sanierung und Modernisierung aus.

Ź 9 Computergestütztes Handaufmaß Ź 10 Tachymetrie Ź 11 Photogrammetrie

Ź 6.4 Herstellen geometrischer Bezüge

Hier bietet sich an, dass computergestützte Handaufmaß für die Grundrisse und die Einbildphotogrammetrie für die Ansichten oder Raumabwicklungen einzusetzen. Zum Zusammenführen der Messungen bzw. Pläne ist das Einrichten eines Messnetzes sinnvoll, wenn nicht gar geboten: Tachymetrische Messungen erfassen die Gesamtgeometrie der baulichen Anlagen und den Bezug zu geodätischen Festpunkten bzw. NachbarbeEDXXQJHQ%HLGLHVHU*HOHJHQKHLWLVWGLH$XIQDKPHGHUWRSRJUD¿VFKHQ Gegebenheiten sehr einfach zu bewerkstelligen. Vor Beginn der Bauaufnahme ist die Entscheidung zu treffen, die aufgenommenen Daten in der Planung als 2D-CAD-Daten fortzuschreiben oder in ein 3D-Bauteilmodell zu überführen. Das ist unabhängig von den verwendeten Geräten und Verfahren.

Ź 4.3 3D-Bauteilmodell

136

16 Umbauplanung (Sanierung / Modernisierung) Verschiedene Programmsysteme für das computergestützte Handaufmaß verfügen inzwischen über Direktschnittstellen zu bauteilorientierten CAAD-Systemen. Somit ist es möglich die aufgemessenen Daten direkt als 3D-Bauteilmodell an das CAAD-System zu übergeben. Erweiterungen gängiger CAAD-Systeme unterstützen die halbautomatische Erstellung von 3D-Bauteilen aus 2D-CAD-Daten. Software für ein automatisches Überführen von gescannten und vektorisierten Plänen hat sich nicht durchgesetzt.

Abb.: 16.3 CAAD-gestützte Umbauplanung unter Verwendung YRQ3KDVHQ¿OWHUQIU Bestand, Abbruch und Neubau, System Revit Architecture, Autodesk Ź 4.6 CAADFunktionalität für Umbauplanung

Selten anzutreffen aber durchaus sinnvoll sind CAAD-Systeme, die spezielle Bearbeitungsfunktionen für das Planen im Bestand anbieten. Diese arbeiten auf Basis eines 3D-Bauteilmodells, teilweise aber auch mit 2D-CAD-Daten, und unterstützen die Erstellung von Umbau-, Abriss- und Revisionsplänen. Bei Umbaumaßnahmen ist in jedem Fall auch eine Abbruchdokumentation zu erarbeiten, insbesondere wenn größere Gebäudeteile hiervon betroffen sind. Unter Verwendung von solchen Funktionen für den Umbau innerhalb von CAAD-Systemen lassen sich alle Anforderungen an eine übliche Umbauplanung realisieren: Beschreibende 'DWHQN|QQHQHLQJHSÀHJWXQGHUJlQ]WZHUGHQ Erfolgt die Planung auf Basis eines 3D-Bauteilmodells, lassen sich Zeichnungen (2D-Grundrisse, Schnitte und Ansichten) sowie Bauteil- und Raumlisten ableiten. Die auf diese Weise erstellten 2D-Planungszeichnungen lassen sich in bewährter CAAD-Arbeitsweise fortschreiben und mit Fachplanern austauschen. Die fachliche Durcharbeitung, insbesondere die Beschreibung der Bauleistung, hängt von der Struktur und Detaillierung der Planungsunterlagen ab. Durch spezielle Funktionen für den Umbau sind Leistungen des Abbruches, der bauliFKHQ(UJlQ]XQJXQGGHUJOHLFKHQJHVRQGHUWNODVVL¿]LHUEDUGKGLHVH%DXWHLOH bzw. Bauteilmaßnahmen können separat in Listen erfasst werden.

16 Umbauplanung (Sanierung / Modernisierung)

137

Abb.: 16.4 CAAD-gestützte Umbauplanung mit Auswertung der als Abbruch gekennzeichneten Wände in einer Liste, System PALLADIO X, acadGraph

Für die Dokumentation des Gebäudebestandes über die Planungs- und Ausführungsphase hinaus wird eine stetige Aktualisierung und Ergänzung der Pläne notwendig sein. Als Ergebnis liegt eine planorientierte, korrigierte Beschreibung der Bestandssituation einschließlich der planungsbezogenen Dokumentation der erfolgten Umbaumaßnahmen vor.

Abb.: 16.5 Beispiel für Ausführungsunterlagen einer Umbauplanung, Christliches Gymnasium Jena, nitschke-donatharchitekten, 2000

Neben der Geometrieerfassung steht bei jeder Baumaßnahme im Bestand die Ermittlung der Tragfähigkeit der Bauteile an. Insbesondere dann, wenn mit größeren Eingriffen in das Tragsystem oder erhöhten Verkehrslasten zu rechnen ist. Eine gesonderte Erfassung des Tragsystems für die Tragwerksplanung ist nicht notwendig. Der versierte Architekt und Bauaufnehmende erfasst alle notwendigen Informationen für die Tragwerksanalyse bei der Erarbeitung von Bestandsunterlagen mit. Sehr selten wird ein „statisches Aufmass“ vom Statiker selbst erstellt. Folgende Angaben sind, sofern möglich, für die statische Beurteilung des Gebäudes unter anderem mit zu erfassen:

138

16 Umbauplanung (Sanierung / Modernisierung) ƒ Aufbau des statischen System ƒ Profile und Querschnitte aller Elemente ƒ Spannrichtung der Decken ƒ Lage unverrückbarer Tragelemente ƒ starke Verformungen und Schiefstellungen ƒ sichtbare Schäden an Tragwerksteilen und deren Verbindungen ƒ Lage der Bewehrung und Betonfehlstellen. (UQHXWZLUGGHXWOLFKZLHVHKUHVDXIGLHEHUHLWVVRRIWEHWRQWH4XDOL¿]LHUXQJGHV Aufnehmenden ankommt.

Ź 6.4 Herstellen geometrischer Bezüge

Ź 12 Laserscanning

Sind sichtbare Verformungen und Risse feststellbar, kann dies ein Zeichen für ein geschädigtes oder zumindest mangelhaftes Tragsystem sein. Die genaue Untersuchung ist daher unerlässlich. Risse und Schäden sind Geschoss übergreifend zu erfassen. Voraussetzung hierfür ist die Einbindung aller Gebäudemessungen – unabhängig vom verwendeten Verfahren – in das örtliche Bezugssystem. Nur so lassen sich Rückschlüsse auf das Gesamttragwerk des Gebäudes und dessen Zustand ziehen. Schiefstellungen lassen sich bereits durch Abloten und das Projizieren auf die Grundrissebene erfassen. Bei Verformungen in der Ebene ist ein Nivellement anzulegen oder eine tachymetrische Aufnahme durchzuführen. Der Einsatz des Laserscannings erweist sich bei starken Verformungen in Teilbereichen als sinnvoll. Anhand des Scannerergebnisses können die Verformungen sehr anschaulich durch abgeleitete Falschfarbenbilder kenntlich gemacht werden. Wichtig für die Tragwerksbewertung sind die Veränderungen am ursprünglichen Tragsystem durch zurückliegende Umbau- und Erweiterungsmaßnahmen. Hierfür ist der aktuell erfasste Bestand mit alten Unterlagen zu vergleichen. Praxisübliche Verfahren für Messsung von Verformungen und verwendete Instrumente sind bspw.:

Ź 10 Tachymetrie

ƒ Tachymetrie Bei vermuteten Setzungen von Gebäuden oder Gebäudeteilen werden diese von mind. zwei unabhängigen Festpunkten (von der Bewegung unbeeinflusst) über einen bestimmten Zeitraum eingemessen. Bewegungen lassen sich anschließend anhand von unterschiedlichen Messergebnissen ablesen ƒ Rissverfolgung, Rissbreitenmessung Zur Erfassung von Rissbreiten und Veränderungen über einen bestimmten Zeitraum. Rissbreitenmesser gibt es in verschiedensten Ausführungen, angefangen vom einfachen analogen Rissbreitenmaßstab in Verbindung mit einer Messlupe, bis zu digitalen Messgeräten mit Protokollfunktion.

16 Umbauplanung (Sanierung / Modernisierung) ƒ Messbolzen und Messuhr Zur Untersuchung von Längenänderungen werden Messbolzen auf beiden Seiten eines Risses bzw. der zu untersuchenden Konstruktion unverschieblich befestigt. Die Abstände werden über einen bestimmten Zeitraum mit speziellen Messuhren gemessen. ƒ Gips- und Zementbänder Zur Untersuchung von Bewegungen bei Rissen werden Gips- oder Zementmarken auf den Riss aufgeklebt, mit einem Datum versehen und über einen längeren Zeitraum beobachtet. Bei entsprechender Bewegung des Risses brechen die Bänder. Die Untersuchungen erfolgen über einen längeren Zeitraum, im Idealfall im Sommer und Winter, um die Verformung in Abhängigkeit von Temperaturunterschieden feststellen zu können. Letztendlich soll die Untersuchung eine Aussage treffen, ob noch „Bewegungen“ im Gebäude vorhanden sind. Die letztendliche Beurteilung des Tragwerk sollte zusammen mit einem Tragwerksplaner erfolgen. Die Feststellung von Veränderungen an großen baulichen Anlagen und über einen längeren Zeitraum fällt in das Gebiet der Bauwerksüberwachung (Monitoring) und zählt zu den Spezialuntersuchungen, oft von spezialisierten Büros durchgeführt. Grundsätzlich sind bei allen Geometrie ergänzenden Untersuchungen zerstörungsfreie Verfahren einzusetzen. Nur wo es nicht zu vermeiden ist und erst nach eingehender Auswertung des Aufmaßes, sind die Konstruktionen freizulegen. Es sind die Stellen zu wählen, bei denen die meisten Aussagen zu erwarten sind: an Übergängen, Fugen und Materialwechsels. Zu einer vollständigen Gebäudeaufnahme zählen neben Geometrie und statischen Bewertungen auch Untersuchungen zu Material und Gefüge der Konstruktion. Innerhalb des Leistungsumfanges der Bauaufnahme liegen vor allem: ƒ Ultraschallmessungen, ƒ Stratigraphie, Schichtdickenmessung, ƒ Endoskopie, ƒ Wärmebildaufnahmen, ƒ Dentrochronologie. Alle Befunduntersuchungen sind für jede einzelne Stelle zuvor zu begründen, um den hohen Aufwand wirklich zu rechtfertigen. Eine eingehende Erörterung der Arbeitsschritte übersteigt den Rahmen dieses Buches. Es wird auf weiterführende Literatur verwiesen.

139

17 'HQNPDOSÁHJH Die SUDNWLVFKH %DXGHQNPDOSÀHJH LVW$XVGUXFN XQVHUHU JHVHOOVFKDIWOLFKHQ XQG NXOWXUHOOHQ 9HUDQWZRUWXQJ 'LH %DXGHQNPDOSÀHJH EDVLHUW DXI .XQVWJHVFKLFKWH und Architekturwissenschaften und umfasst verschiedene praktische Arbeiten in Bezug auf den Erhalt der baulichen Denkmale. 'LH TXDOL¿]LHUWH (UIDVVXQJ KLVWRULVFKHU EHGHXWXQJVEH]RJHQHU XQG JHRPHWULscher Eigenschaften der Denkmale ist die wesentliche und integrierende Voraussetzung für eine theoretische und praktische 'HQNPDOSÀHJH6LHLVW9RUDXVVHWzung für alle darauf aufbauenden Überlegungen und Maßnahmen. Die Methodik der denkmalgerechten Bestandsdokumentation lässt sich in 3 wesentliche Kategorien einteilen, die ineinander übergehen und die ein unterschiedliches Maß an fachlichen und maßlichen Erhebungen von Denkmalobjekten notwendig machen: ƒ Einfache Erfassung zur Katalogisierung / Registrierung, ƒ Detaillierte Dokumentation und Maßnahmengrundlage, ƒ Komplexe Analyse und Bewertung. Einfache Erfassung zur Katalogisierung / Registrierung Für die vergleichende Betrachtung, für die Kartierung von Denkmalobjekten, für die Erhebung einer Denkmalwürdigkeit sind vereinfachte aber aussagekräftige Unterlagen zusammenzustellen. Dies umfasst u.a. ƒ Quellen-Auswertung (Bauakten, Denkmalverzeichnisse, Archivalien etc.) ƒ IRWRJUD¿VFKH'RNXPHQWDWLRQ ƒ Zusammenstellen vorhandener Pläne, Kopien von Grundbuchkarten und Stadtkarten mit Kenntlichmachung des entsprechenden Objektes. Für derartige Aufgaben eignen sich klassische Systeme der Informationsverwaltung. Datenbanken mit Erfassungsmasken und Suchanfragen garantieren GLH 9HUZDOWXQJ XQG HI¿]LHQWH 6XFKH GHU RIW LQ JUR‰HU =DKO XQG XQWHUVFKLHGOLchen Informationsarten (gescannte Pläne, Text, Foto, Skizze, digitale Höhen-

Ź 3.1 2I¿FH Anwendungen

142

'HQNPDOSÀHJH

'HQNPDOSÀHJH

143

daten etc.) anzutreffenden Daten. Darüber hinaus sind vergleichende Anfragen möglich. Denkmalbehörden, Bauämter und Institute arbeiten mit solchen Informationszusammenstellungen und -systemen, so dass eine Weiterleitung der Dokumentation ohne Informationsverlust gegeben ist. Beispiele hierfür sind die MonuDoc Datenbank des Fraunhofer Informationszentrum Raum und Bau (www.irbdirekt.de/monudoc/) oder die Bilddatenbank des Bildarchivs Foto Marburg (www.bildindex.de) mit derzeit 1,9 Millionen Abbildungen von Kunst- und Bauwerken in Deutschland und Europa.

Ź www.irbdirekt. de/monudoc Ź www.bildindex.de

$OV VSH]L¿VFKH 8QWHUVWW]XQJ IU REHQ JHQDQQWHQ$QIRUGHUXQJHQ ELHWHQ VLFK zudem eine Reihe weiterer digitaler Werkzeuge für die Datenaufbereitung und verwaltung an, z.B.: ƒ AVA-Raumbuchmodule für die textliche Erfassung der Gebäudeund Raumteile strukturiert nach dem Raumbuchprinzip in der Planung.

ƒ Scan und Kartenkorrektur Anpassen und Korrektur des oft sehr ungenauen bzw. in verschiedenen Maßstäben vorliegenden Planmaterials

ƒ Multi-Media Anwendungen Verknüpfung einzelner Informationsarten (Bild, Text, Film etc.) zu einem logisch zusammengefügten Informationszusammenhang.

ƒ Internet Geeignete und längst zum Standard gewordene Basis um Informationen unterschiedlicher Zusammenhänge und Herkunft zu einem anschaulichen Ganzen zusammenzufügen und weitergeben zu können. Voraussetzung ist eine Datenbank, in der die Informationen strukturiert abgelegt sind. Dies ermöglicht eine individuelle Auswertung durch Suchanfragen.

Ź 3.2 AVA-Systeme Abb.: 17.1 In AVA-System erstelltes Raumbuch Ź 7 Verwendung Zeichnerischer Bestandsvorlagen Abb.: 17.2 In CAAD hinterlegter, korrigierter Planscan

Abb.: 17.3 Dokumentation der Digitalen Rekonstruktion Schlosskapelle Weimar, Florian Scharfe, 2004 ZZZÀRULDQVFKDUIHGH

Abb.: 17.4 Denkmaldatenbank der Stadt Berlin, www.stadtentwicklung. berlin.de/denkmal/

144

'HQNPDOSÀHJH

Detaillierte Dokumentation und Maßnahmengrundlage Aus der Vielzahl heute nahezu vollständig katalogisierter oder zumindest bekannter Objekte der 'HQNPDOSÀHJH JHKW HLQ EHU GLH -DKUH VFKZDQNHQGHU Anteil in die praktische 'HQNPDOSÀHJHEHU'LHVJHVFKLHKWKDXSWVlFKOLFKPLW der Absicht einer denkmalgerechten Sanierung bzw. Rekonstruktion. Teilweise handelt es sich aber auch um eine „Dokumentation in klassischer Form“, zum Zwecke vertiefender kunsthistorischer Betrachtungen, für Umbaumaßnahmen und – was sich nicht immer vermeiden lässt – für Translozierung oder gar Abriss der Objekte. Hier sind neben der einfachen Dokumentation eine Reihe weiterführender Erhebungen anzustellen. Die der Maßnahme angemessene maßliche, räumlich-geometrische Beschreibung verbunden mit detaillierter Dokumentation der Materialien, der Verbindungsgefüge sowie baugeschichtlicher Querbeziehungen, ist in diesem Bereich der 'HQNPDOSÀHJHPD‰JHEOLFK Ź 6.4 Herstellen geometrischer Bezüge

Ź 10 Tachymetrie Ź 8 Handaufmaß

Abb.: 17.5 Johanniskirche Gera: Ansichtszeichnung, nitschke-donath-architekten weimar (links) und Schadensdokumentation im entzerrten Foto, Ingenieurbüro für Steinsanierung und 'HQNPDOSÀHJH Erfurt (rechts), 2002

Für die maßliche Erfassung ist zunächst ein örtliches, dreidimensionales Messnetz unumgänglich. Selbst wenn „nur“ Grundrisse, Schnitte und Ansichten als endgültige Dokumentation zu erarbeiten sind, ist der Bezug der einzelnen Sichten auf das Denkmalobjekt in einem räumlichen Verbund zu sehen. Für sehr komplexe, stark fassettierte bauliche Anlagen mit vielen Höhensprüngen und großen Anforderungen an die Detaillierung ist das Einrichten eines tachymetrischen Bezugssystems geboten. Ausgehend von diesem Bezug, am und im Gebäude lässt sich nun die eigentliche maßliche Erfassung als Kombination aus Tachymetrie und ergänzendem Handaufmaß vornehmen. Ebenso können vorhanden Karten, Pläne und Fotos in den 3D-Raumbezug integriert werden.

'HQNPDOSÀHJH

145

Computergestützte Handaufmaß-Systeme sind in der Regel ungeeignet, da sie bei der Abbildung komplexer, eventuell verformter Geometrien stark eingeschränkt sind, und kaum die Einrichtung eines 3D-Bezugsystems ermöglichen. Für die Aufnahme von Fassaden mit geringer Tiefengliederung bietet sich insbesondere die Einbildauswertung an, deren Ergebnisse auch für weiterführende Kartierungen, axiologische Untersuchungen und Farbanalysen geeignet sind. Für die dreidimensionale Erfassung der Außenkubatur – aber durchaus auch im Innenraum – eignet sich die MehrbildDXVZHUWXQJEHLJXWLGHQWL¿]LHUEDUHQ3XQNten und Kanten oder die Stereophotogrammetrie bei starker Ornamentik

Ź 11.2 Einbildauswertung Ź 11.3 Photogrammetrie: Mehrbildauswertung Ź 11.4 Stereobildauswertung

Abb.: 17.6 Stadtpfarrkirche in Steyr, Auszug aus dem Querschnitt durch den Chor, Stereophotogrammetrie zur Vermessung der Gewölbeformen, der Maßwerke der Fenster und zur Rißkartierung, Quelle: Messbildstelle Dresden

In Erweiterung zur Bauaufnahme von nicht-denkmalgeschützten Gebäuden ist die denkmalbezogene Erfassung stets mit der Quellenlage, mit Befunden usw. abzugleichen und zu dokumentieren. Hier bieten sich verschiedene Techniken der CAD-bezogenen Datenstrukturierung an, wie Layer, verknüpfte Tabellen, Versionierung von Zeichnungen etc. Weitere Informationen lassen sich separat – wie bei der einfachen Dokumentation beschrieben – in Datenbanksystemen, 2I¿FH$QZHQGXQJHQRGHUGLJLWDOHQ 5DXPEFKHUQDEOHJHQ Eine komfortable und damit tendenziell anzustrebende Ablageform ist die Verknüpfung verschiedener nicht-geometrischer Informationsarten mit der Geometrie (dem Bestandsplan) direkt im CAAD, wie sie durch einige Erweiterungen zu CAAD-Systemen angeboten wird.

Ź 4.5 Datenstrukturierung im CAAD

146

'HQNPDOSÀHJH

Abb.: 17.7 Verknüpfung verschiedener Informationsarten im CAD am Beispiel einer Schadenkartierung: entzerrtes Foto, CAD*UD¿NXQGYHUNQSIWH Daten, Heidelberger Schloß, System MonuMap, Kubit, Quelle: Kubit

Zu den weiteren, speziell für die 'HQNPDOSÀHJHDXI]XQHKPHQGHQ,QIRUPDWLRQHQ zählen u.a. Beschreibungen von: ƒ Raum ƒ Zustand ƒ Material ƒ Struktur/ Verbindungsgefüge ƒ Schadensdokumentation ƒ kunsthistorische Angaben ƒ Baualtersstufen ƒ Quellenverweise ƒ erhaltenswerte Ausstattung ƒ axiologische Einordnung (Wertanalyse) Die detaillierte Dokumentation schließt mit einer geeigneten Zusammenstellung und Aufbereitung der erfassten Daten ab. Für die praktische 'HQNPDOSÀHJHPLW dem Ziel der Sanierung bzw. Rekonstruktion sind neben Zustand und Schäden auch Maßnahmen zu beschreiben, Einzeluntersuchungen (Kernbohrungen, 'HQGURFKURQRORJLH 7KHUPRJUD¿H HWF  YRU]XQHKPHQ 1XW]YRUVWHOOXQJHQ XQG Umbaukonzepte abzugleichen. Dies dokumentiert sich in textbasierten Maßnahmen- und Baubeschreibungen, zeichnerischen Entwurfskonzepten und Abfolgebzw. Zeitplänen. Dabei sind die Darlegung von Varianten und Alternativen die Regel.

'HQNPDOSÀHJH

147

Auch wie zuvor beschrieben, sind eine Vielzahl klassischer Vorgehensweisen mit PRGHUQHQ9HUIDKUHQXQG6\VWHPHQNRPELQLHUEDU=XQHKPHQG¿QGHWPDQDXFK spezielle Funktionen, die den klassischen bzw. manuellen Techniken entlehnt sind, z.B.: ƒ Strukturierungstechniken (z.B. Layer, Gruppen, Blöcke) ƒ Phasenberücksichtigung in CAD (Bestand/Abriss/Neubau) ƒ Entwurfsalternativen Komplexe Analyse und Bewertung

Ź 4.5 Datenstrukturierung im CAAD Ź 4.6 CAADFunktionalität für Umbau

Für einige Einzelobjekte der 'HQNPDOSÀHJHGLHEHNDQQWOLFKLQGHUHXURSlLVFKHQ Kulturlandschaft nicht selten anzutreffen sind, stehen Maßnahmen zu Gebote, welche die zuvor beschriebenen Kategorien an Komplexität übertreffen: Für das gesamte Gebäude ist ein detaillierter „Röntgenblick“ vorzunehmen. Alle Erfahrungen und Fertigkeiten der bauaufnehmenden Architekten sind heir gefordert. Auch hier steht und fällt das Projekt mit dem räumlichen Bezugssystem, welches im Vergleich zur vorab beschriebenen Dokumentation ein vielfach dichteres Messnetz aufweisen muss und an bestimmten Stellen durch weitere untergeordnete Bezugsnetze untersetzt ist. Gerade in Detailbereichen sind solche Unterbezugssysteme notwendig:

Ź 6.4 Herstellen geometrischer Bezüge

Abb.: 17.8 Prinzip der Untersetzung eines tachymetrisches Bezugssystem (rechts) in Detailbereichen (links)

Hinzu kommen umfangreiche Geländenivellements, Erfassung historischer Bodenschichtungen, Darstellung der Nachbarbebauung und das Wissen und die Dokumentation von Setzungen, historischen Umbauten und eventuellen Verformungen. Sinnvollerweise ist das 3D-Messnetz in das übergeordnete Messnetz des zuständigen Amtes, sowie in ein Höhenbezugssystem einzugliedern (übergeordneter Bezug). Hier bietet GPS in Kombination mit Tachymetrie die geeignete Methode. Sehr oft stellen die Fachleute sehr hohe Anforderungen an die Erfassung der KLVWRULVFKHQ2EHUÀlFKHQXQGLKUH*HRPHWULHQGDV*HElXGHDOV%DXVNXOSWXU  Dies sowohl für sehr komplizierte Eingriffe, Anforderungen und ErtüchtigunJHQGHU7UDJVWUXNWXUIUVHKUNRPSOH[HJHRPHWULVFKH2EHUÀlFKHQ SODVWLVFKH Verzierungen der Fassade, die mit Einzelsichten schwer erfassbar sind) oder eben für sehr anschauliche Dokumentationen. Es ist gewiss wünschenswert,

Ź 8.2 Nivellement

Ź 10 Tachymetrie Ź 13 Global Positioning System (GPS)

148

'HQNPDOSÀHJH

Ź 4.4 Bauwerksinformationsmodell (BIM)

aber (derzeit) leider immer noch unrealistisch, von einem vollständigem, komplett detailliertem dreidimensionalen CAAD-Modell auszugehen. Neben der ohnehin vorzunehmenden, zweck- bzw. analyseorientierten Abstraktion (geometrisch, formal, axiologisch) ist immer aufwands- und zweckbezogen ein Teilmodell vorzuziehen.

Ź 12 Laserscanning

Für diese Einsatzanforderungen ist neben den bereits zuvor genannten Verfahren der Tachymetrie, in Kombination mit händischen Verfahren und der Photogrammetrie insbesondere das Laserscanning als hochpräzise Erfassungstechniksowohl für Detailbereiche, als auch für eine Gesamtaufnahme des Objektes zu nennen. Entscheidend ist die Einbindung der Einzelscans in einen 3D-Koordinatenbezug. Die Weiterbearbeitung der Ergebnisse des Scans ist je nach Zielstellung sehr vielseitig, z.B.: ƒ Ableiten eines 3D-Oberflächenmodells durch Vermaschung ƒ Planableitung durch Schnittbildung durch die Punktwolke und Vervollständigung der erhaltenen Kontur

Ź 11.3 Photogrammetrie: Mehrbildauswertung

Wird der Laserscan zusätzlich mit der Methodik der Mehrbildphotogrammetrie kombiniert, ergeben sich aus der Kombination von Punktwolke und orientierten Fotos zusätzliche hochpräzise und anschauliche Dokumentationsmöglichkeiten: ƒ Texturierung des 3D-Oberflächenmodells ƒ Ableitung von maßlich und farblich korrekten, verzerrungsfreien Ansichten (Orthophotos)

Abb.: 17.9 Aus einem Scan und orientierten Photos abgeleitetes Orthophoto, Stift Melk, Österreich, Quelle: RIEGL LMS

Die Einzelergebnisse eines solchen komplexen, durch verschiedenste Verfahren erstellten Aufmaßes und zusätzliche nicht-geometrische Informationen, sind in einer gemeinsamen Datenbasis zusammenzuführen. Dank des 3D-Bezuges können 3D-(Teil-)Modelle und dezidierte 2D-Pläne (Grundrisse, Schnitte, Ansichten), entzerrte oder aus dem Laserscan abgeleitete Orthophotos und – selbstverständlich nicht zu vergessen – händische Ergänzungen innerhalb des CAAD in einem 3D-Koordinatensystem miteinander in Bezug gesetzt werden.

'HQNPDOSÀHJH

149

Abb.: 17.10 Prinzip der Zusammenstellung verschiedener Daten im 3D-Messnetz innerhalb des CAAD-Systems

Anhand dieser Daten lässt sich eine weitere Vervollständigung des 3D-Modells zum Zwecke der Veranschaulichung verschiedenster Inhalte ableiten, z.B.: ƒ zur analytisch-geometrischen Dokumentation komplexer Tragstrukturen ƒ zur plastischen Wiedergabe von komplexen Einzelelementen (Verzierungen, Fassaden, Baudetails) ƒ für vergleichende baugeschichtliche und bauanalytische Studien ƒ für öffentlichkeitswirksame Präsentationen Bei der Erstellung des 3D-Modells ist zunächst der dem Zweck angemessene Grad der Detaillierung/ Generalisierung festzulegen. Das vervollständigte Modell ist anschließend Grundlage für abgeleitete Schnitte, Ansichten, perspektivische Darstellungen, Animationen oder auch steuerbare Durchwegungen (so genannter Walkthrough).

Ź 6.3 Darstellungstiefe und Generalisierung

18 Baubegleitende Messungen Immer öfter weisen die aktuell geplanten Gebäude eine außerordentlich räumOLFKNRPSOH[H EDXOLFKH 6WUXNWXU DXI (EHQVR KlX¿J VLQG VHKU NRPSDNWH XQG aufwendige Einbauten und technische Anlagen unterzubringen. Eine herkömmliche Einmessung der Bauteile, oder sich gar auf die planerischen Vorgaben zu verlassen, reicht in solchen Fällen nicht aus. Sowohl der Rohbau, als auch die exakt darauf abzustimmenden Einbauten und technischen Anlagen, sind baubegleitend in den Abmaßen und ihrer Lage exakt in einem dreidimensionalen Raumbezug zu bestimmen. Dies muss parallel zur Realisierung erfolgen.

Ź 6.4 Herstellen geometrischer Bezüge

Abb.: 18.1 Beispiele zu komplexen geometrischen Situationen aktueller Bauprojekte: Guggenheim Museeum Bilbao, Frank O. Gehry, © Alfred Teske / PIXELIO (links) und 4. Segment der Sendestadt des öffentlich-

Die Praxis der Einmessung während der Gebäudeerstellung beschränkt sich auf die Lage und Höhe in Bezug auf die Umgebung. Üblicherweise legt ein dafür beauftragter Vermessungsingenieur die Absteckung der Baugrube, die Position und Höhe der Fundamentsohle, die Lage der Ver- und Entsorgungsleitungen und das zu erbringende Geländeniveau mit Hilfe von Markierungen (Bolzen, Marken, Pfählen) direkt vor Ort fest. Die ausführenden Firmen für den Rohbau, sowie die nachfolgenden Gewerke beziehen sich auf diese örtlichen Messpunkte und ergänzen parallel zum Bauablauf durch eigene Messungen bzw. durch einen eigens dafür beauftragten Spezialisten. So sind auf den Baustellen zahlreiche 0DUNLHUXQJHQ /DJH XQG +|KHQDQJDEHQ RIW ¿UPHQHLJHQH 5DXPEH]JH XQG eigene Messnetze angelegt. Die Vorgaben dazu stammen aus den Ausführungsplänen, die leider zu selten zu Beginn der Projektumsetzung vollständig vorliegen. Nach den dort enthaltenen Angaben stellen die Fertigteil- und Ausbauhersteller schon vor oder zumindestens parallel zur Rohbauausführung ihre entsprechenden Elemente her, die dann auf der Baustelle zusammengesetzt bzw. montiert werden.

rechtlichen Denmarks Radio Kopenhagen, Jean Nouvel (rechts)

Ź 8.2 Nivellement

152

18 Baubegleitende Messungen

18 Baubegleitende Messungen

153

Abb.: 18.2 ,P$XVEDXEH¿QGOLFKHU Konzertsaal der Sendestadt des öffentlichrechtlichen Denmarks Radio Kopenhagen mit äußerst komplexen räumlichen Strukturen, Jean Nouvel, 2008

)U GLH KHXWLJH %DXSUD[LV LVW GDV RIW XQDEKlQJLJ YRQHLQDQGHU VWDWW¿QGHQGH Einmessen vor Ort völlig unzulänglich. Die Gründe hierfür liegen auf der Hand: Räumlich anspruchsvolle Gebäudestrukturen und komplexe Ausbauten bedingen eine hohe Maßgenauigkeit des Rohbaus mit geringen Toleranzen. Eine weitestgehende Vorfertigung und der große zeitliche Druck in der Bauphase ZLUNHQ GHP HQWJHJHQ 'DUDXV UHVXOWLHUHQ 8QJHQDXLJNHLWHQ VWlQGLJ VWDWW¿Qdende Änderungen bzw. interpretierbare Spielräume in der Detailfertigung und nicht zuletzt Kompetenzstreitigkeiten. Zahlreiche und kostenintensive Änderungen und Nachbesserungen sind die Folge. Wie bei großen Industrieprojekten und Ingenieurbauwerken längst Praxis, ist für alle Bauten eine einheitliche, alle Gewerke einbeziehende baubegleitende Vermessung notwendig. Analog zu den durch alle beteiligten Firmen zu tragenden Maßnahmen (Baustelleneinrichtung, Sicherheit, Entsorgung, Reinigung etc.) ist auch ein mit den Belangen der Bauvermessung versierter Architekt zu bestellen, der den örtlichen Bezug des Gebäudes und alle zu errichtenden Bauteile – ob Fertigteil oder vor Ort – einmisst und dafür ein entsprechendes Messnetz einrichtet. Dieses Netz ist, gebunden an den Baufortschritt, laufend zu verfeinern, so dass sich die anschließenden Gewerke darauf beziehen können. Parallel hierzu sind die errichteten Konstruktionen in ihrer Lage zu überprüfen und auftretende Abweichungen zu den geplanten Maßen zu dokumentieren. Die daraus resultierenden Änderungen für die weiteren Konstruktionen müssen IDFKOLFKTXDOL¿]LHUWLQGLHbQGHUXQJVSODQXQJHLQJHDUEHLWHWE]ZDOVQHXH)HUWLgungsvorgabe den Firmen zugestellt werden. Wie schon in den vorausgehenden Kapiteln betont, wird auch hier sehr deutlich, dass diese Arbeiten kein klassischer Vermesser oder Geodät ausführen kann. Nur baufachlich fundiert ausgebildete Spezialisten sind in der Lage das Messnetz projektzentral einzurichten, bauliche Toleranzen aufzunehmen und vor allem die Konsequenzen daraus richtig einzuschätzen und weiterzugeben. Auch in Bezug auf die Fortschreibung bzw. Korrektur der Messpunkte, Markierungen

Ź 6.4 Herstellen geometrischer Bezüge

Ź 1 Planen und Bauen im Bestand

154

Abb.: 18.3 Baubegleitendes Einmessen der fassettierten Verkleidung des Konzert-

18 Baubegleitende Messungen und Direktmessungen von Bauteilen, bedarf es einer baufachliche Kompetenz: Zusammen mit den verantwortlichen Planern und ausführenden Firmen sind Auswirkungen auf die gegebenen Situationen abzustimmen und rückkoppelnd Vorschläge für angemessene Anpassungen zu unterbreiten (beispielsweise sind andere Befestigungssysteme vorzusehen).

saales, Sendestadt des öffentlich-rechtlichen Denmarks Radio Kopenhagen, Jean Nouvel, Innenausbau Lindner AG Arnstorf, Baubegleitende Messungen aadiplan München, 2008 Ź 2.1 Informationen zum Bauwerk Ź 4.5 Datenstrukturierung im CAAD Ź 4.4 Bauwerksinformationsmodell (BIM) Ź 6.4 Herstellen geometrischer Bezüge

Informationstechnisch ist idealerweise von einem Verbund der Planungsdaten, Ausführungsdaten und aktualisierten Daten auszugehen, untersetzt von einer nachvollziehbaren Änderungsverwaltung. Der projektzentrale Spezialist für baubegleitende Gebäudevermessung erhält die Planungs- und Ausführungsunterlagen digital, im besten Fall als ein 3D-Bauwerksmodell, in denen alle vorgesehenen Raum- und Bauteilmaße, zulässige Toleranzen und Verbindungsangaben enthalten sind. Auf Basis dieser Informationen erarbeitet der Spezialist sein Messnetz und VWLPPW GLHVHV PLW GHQ EHWHLOLJWHQ )LUPHQ XQG GHUHQ VSH]L¿VFKHQ$QIRUGHUXQgen ab. Entsprechende Markierungen am Bau sind anzubringen: Feste, über die ganze Bauzeit eingerichtete, ständig überprüfte Markierungen (Monitoring), auf die unter den Bedingungen der Baustelle Bezug genommen werden kann. Technisch sind hier alle Planungssysteme geeignet, die eine Bauaufnahme bzw. -vermessung unterstützen. Alle Messungen bzw. Überprüfungen von Messangaben erfolgen aus dem Planungssystem heraus. Sind z.B. für eine Raumhöhe im Rohbau 3.42m im digitalen Modell angegeben, so kann der baubegleitend messende Spezialist dieses Maß direkt vor Ort einmessen bzw. überprüfen.

Ź 4.6 CAADFunktionalität für Umbauplanung

Der Informationsverbund von Planung und Einmessung wird fortgeführt, in dem die vor Ort gemessenen Abweichungen wieder in die digitalen Projektdaten als Änderung zurückgegeben werden. Auch hier bieten sich Planungssysteme (CAAD / BIM) an, welche die Möglichkeit der Planungsoptionen, eines Änderungs- bzw. Variantenmodus bieten. Diese, mit der örtlichen Situation abgeglichene, Planung steht dann zentral allen darauf aufbauenden Planern bzw. Firmen und Fertigungswerken zur Verfügung. So ist gewährleistet, dass die eingebrachten Gebäude- und Ausbauteile den örtlichen Gegebenheiten entsprechen. Aufwendige Änderungen entfallen oder reduzieren sich zumindest.

18 Baubegleitende Messungen

155

Abb.: 18.4 Parellel zum Baufortschritt eingemessene Innenverkleidung (links) und Befestigungselement (rechts) im Konzertsaal: komplexe Verkleidungskonstruktionen, die auf dem sphärisch

Ein weiterer Schritt im Informationsverbund ist die unmittelbar aus den digitalen Planungsdaten, computergestützte Herstellung von Bauteilen (sog. Digital Fabrication [14], [15]). Aus dem digitalen Gebäudemodell heraus, werden Fertigungsanlagen für Bauteile bzw. Zwischenprodukte gesteuert. Wenn dieses digitale Modell baubegleitend überprüft bzw. angepasst wurde, können die von der Vorfertigung erreichbaren Toleranzen auf der Baustelle übernommen werden. Dies garantiert eine Passgenauigkeit und damit einhergehende Gesamteigenschaft und Funktionsfähigkeit der Gebäude. Die Hersteller und Zulieferer können sichergehen, dass ihre exakt gefertigten Teile auch vor Ort entsprechend eingebaut bzw. zusammengesetzt werden können.

gekrümmten Rohbau mit einer Toleranz von ±0,00 mm anzubringen sind. Sendestadt des öffentlich-rechtlichen Denmarks Radio Kopenhagen von Jean Nouvel, Innenausbau Lindner AG Arnstorf, Vermessung aadiplan München, 2008

19 Nachwort Die Verfahren und Geräte der Bauaufnahme unterstützen heute eine umfangUHLFKHXQGTXDOL¿]LHUWH(UIDVVXQJXQG%HZHUWXQJGHUEDXOLFKHQ6LWXDWLRQ6LH ermöglichen das exakte Aufmessen und die Weiterverwendung der Gebäude beschreibenden Informationen in digitalen Dokumentations- und Planungssystemen. Der geometrischen Erfassung des Bestandes kommt eine besondere Bedeutung zu. Die zur Verfügung stehenden Verfahren unterstützen, die erforderlichen Informationen über den Bestand in einem digitalen Modell zusammen zu bringen. Die vor Ort verwendeten Geräte sind einfacher und robuster zu gestalten. (LQIDFKH6\VWHPHXQG*HUlWH¿QGHQLKUHQ(LQVDW]YRUDOOHPLQGHU'RNXPHQWDtion und bei ersten Entwurfsentscheidungen. Tragbare Computer und elektronische Distanzmesser sind beim raumweisen Erfassen von Gebäuden mit geringeren Genauigkeitsanforderungen sinnvoll. Für das Erfassen von komplexen baulichen Strukturen auf Basis eines Messnetzes, ist heute wie tendentiell die Tachymetrie hervorragend geeignet. Bildvorlagen lassen sich mit Verfahren der Photogrammetrie auswerten. Ihr Einsatz ist von untergeordneter Bedeutung, solange nicht Bild interpretierende Systeme den Durchbruch schaffen. Das Laserscanning in Verbindung mit automatischer Bauteilerkennung wird an Bedeutung zunehmen. Wenn die Entwicklung von GPS analog der letzten Jahre vonstatten geht, so wird auch dieses Verfahren eine angemessene Rolle als Ergänzung in der Bauaufnahme einnehmen. 9HUEHVVHUXQJVSRWHQWLDOEHVWHKWLQGHUÀH[LEOHQ.RPELQDWLRQGHU9HUIDKUHQ'LH Systeme der Bauaufnahme sind in die Systeme der Bauplanung zu integrieren. In Verbindung mit Systemen für die Bauplanung, fügen sich die Informationen zu HLQHP*HVDPWPRGHOOZHOFKHVIUGLH(QWVFKHLGXQJV¿QGXQJXQGIUU DOOHIROJHQGHQ3ODQXQJVVFKULWWH9HUZHQGXQJ¿QGHW Insofern wären dann wirklich die Voraussetzungen vorhanden, dem Architekturbestand die Würdigung zukommen zu lassen, die er verdient.

20 Anhang SOFTWARESYSTEME FÜR DIE BAUAUFNAHME Die folgenden Tabellen bieten einen Überblick – wenn mit Sicherheit auch keinen vollständigen – zu derzeit verfügbaren kommerziellen Software-Lösungen zu den verschiedenen Verfahren der Geometrieerfassung.

Produkt

Kubit GmbH

DistToPlan1

Ŷ

braasch & jäschke computertechnik

Maxmess

Ŷ

www.maxmess.de

Nemetschek AG

On-Site survey

Ŷ

www.nemetschek.de

Gräbert GmbH

SiteMaster Building

XD2 & All Systems

viz‘all

IT-Concept Software GmbH

RoomLine

Raum orientiert

Hersteller

Zeichnungsorientiert

Computergestütztes Handaufmaß

Webseite www.kubit.de

Ŷ

www.graebert.com

Ŷ

www.viz-all.de

Ŷ

www.archlinexp.cc

IT-Concept Software GmbH

ARCHline XP

Ŷ

www.archlinexp.cc

M2K

MobileCAD

Ŷ

www.m2k.de

C-Techniken M. Möbius

TheoCAD 2D

Ŷ

www.theocad.de

Urbane Daten-Systeme GmbH

UDS[m²]

Ŷ

www.uds.de

2

3

PMS AG

DistoOnline

aadiplan

CASOBcompact

1 2 3

www.elcovision.de

Ŷ

Ŷ

www.aadiplan.de

als Erweiterung zu AutoCAD (www.autodesk.de) CAAD-System mit integriertem Bauaufnahmemodul kein eigentliches Aufmaß-System. Die Software überträgt Messwerte vom Laserdistanzmesser in das aktuelle Eingabefeld auf dem Computer.

160

20 Anhang

Tachymetrie

Hersteller Kubit GmbH

Produkt

Webseite 1

TachyCAD

www.kubit.de 2

PMS AG

Elcovision ELTheo

www.elcovision.de

Gräbert GmbH

SiteMaster BuildingTS

www.graebert.com

Vitruvius GmbH

Vitas

www.vitruvius.de

Vitruvius GmbH

Vitruvius3

C-Techniken M. Möbius

www.vitruvius.de 4

TheoCAD 3D

www.theocad.de

Urbane Daten-Systeme GmbH UDS[m²] pro

www.uds.de

aadiplan

www.aadiplan.de

1 2 3 4

CASOB

als Erweiterung zu AutoCAD (www.autodesk.de) als Erweiterung zu AutoCAD oder IntelliCAD (www.intellicad.org) arbeitet Raum orientiert (3D-Gebäudemodell), ähnlich einem entsprechendem HandaufmaßSystem kein eigentliches Tachymetrie-System, arbeitet aber nach einem ähnlichen Prinzip

20 Anhang

Stereoauswertung

Produkt

Mehrbildauswertung

Hersteller

Einbildauswertung

Photogrammetrie

Webseite

Kubit GmbH

PhoToPlan

Ŷ

www.kubit.de

braasch & jäschke computertechnik

Curamess

Ŷ

www.curamess.de

Nemetschek AG

On-Site photo

Ŷ

www.nemetschek.de

2

IT-Concept Software GmbH ARCHline XP

Ŷ

www.archlinexp.cc

SPIRIT archmess

Softtech GmbH

Ŷ

www.softtech.de

RolleiMetric MSR

Ŷ

www.rollei-metric.com

RolleiMetric CDW

Ŷ

Metigo

Ŷ

Archimedes3D3

Ŷ

Ŷ

Phidias4

Ŷ

Ŷ

Ŷ

www.phocad.de

PMS AG

Elcovision5

Ŷ

Ŷ

Ŷ

www.elcovision.de

Eos Systems Inc.

Photomodeler

Ŷ

www.photomodeler.com

EDO Software

,PDJH¿W'6

Ŷ

www.edo-software.de

Rollei Metric GmbH Rollei Metric GmbH fokus GmbH Leipzig FPK-Ingenieurgesellschaft mbH PHOCAD Ingenieurgesellschaft mbH

1 2 3 4 5 6

1

Ŷ

www.rollei-metric.com

Ŷ

www.focus-gmbh-leipzig.de www.archimedes3d.com

als Erweiterung zu AutoCAD (www.autodesk.de) CAAD-System mit integriertem Photogrammetriemodul optionales Modul zur Tachymeteransteuerung für die Passpunkterstellung und zur Messung von Fassaden als Erweiterung zu MicroStation (www.bentley) optionale Integration in AutoCAD oder IntelliCAD (www.intellicad.org) als Erweiterung für AutoCAD oder BricsCAD (www.mervisoft-gmbh.de) keine eigentliches Photogrammetrie-System, arbeit aber nach einem ähnlichen Prinzip

161

162

20 Anhang

Laserscanning Hersteller Kubit GmbH

Produkt

Webseite 1

PointCloud

Institute for the Protection and Security oft the Citizen of Joint Research Centre Reconstructor JRC

www.kubit.de

www.reconstructor.it

PHOCAD Ingenieurgesellschaft mbH

Phidias2

www.phocad.de

Leica Geosystems GmbH

Cyclone

www.leica-geosystems.de

Leica Geosystems GmbH

CloudWorx3

www.leica-geosystems.de

Trimble GmbH

RealWorks

www.trimble.com

CALLIDUS precision systems GmbH

3D-Extractor

www.callidus.de

Zoller+Fröhlich GmbH

LFM Modeller

www.zf-laser.com

RIEGL Laser Measurement Systems GmbH

RiScan pro

www.riegl.com

1 2 3

als Erweiterung zu AutoCAD (www.autodesk.de) als Erweiterung zu MicroStation (www.bentley) als Erweiterung zu AutoCAD, Microstation, PDMS (www.aveva.com) und SmartPlant Review (www.intergraph.de)

Literatur [1] Berg, K. (2008): Computergestützte Bestandserfassung und –planung mit parametrischen Systemen. Diplom an der Fakultät Architektur der BauhausUniversität Weimar [2] Braunes, J. (2005): Computergestützte Bestandserfassung mit bauteilorientierten CAAD-Systemen. Diplom an der Fakultät Architektur der Bauhaus-Universität Weimar. http://architektur-informatik.scix.net/cgi-bin/works/ 6KRZ"BLG IDI VRUW '()$8/7 VHDUFK EUDXQHV KLWV 6WDQG [3] Bruschke, A. (2007): Bauaufnahme und Dokumentation – Beispiele in Tirol. In: Anja Diekamp (Hrsg.): Naturwissenschaft und 'HQNPDOSÀHJHLQQVbruck university press, Innsbruck [5] Bruschke, A. (2006): Photogrammetrie zur Dokumentation und als Planungsgrundlage – Qualitätsbetrachtung. In Venzmer, H. (Hrsg.): Europäischer Sanierungskalender 2006, Fraunhofer IRB-Verlag [6] Cramer, J. (1993): Handbuch der %DXDXIQDKPH$XÀDJH'HXWVFKH Verlagsanstalt, Stuttgart [7] Cramer, J., Breitling, S. (2007): Architektur im Bestand: Planung, Entwurf, Ausführung. Birkhäuser, Basel [8] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (2006): DIN 1356-6 – Technische Produktdokumentation Bauzeichnungen, Teil 6 – Bauaufnahmezeichnungen. Beuth Verlag GmbH, Berlin [9] DIN Deutsches Institut für Normung e.V. (2005): DIN 277 Teil 2 *UXQGÀlFKHQ XQG 5DXPLQKDOWH YRQ %DXZHUNHQ LP +RFKEDX *OLHGHUXQJ GHU 1XW]ÀlFKHQ)XQNWLRQVÀlFKHQXQG9HUNHKUVÀlFKHQ1HWWR*UXQGÀlFKH %HXWK Verlag GmbH, Berlin [10] Donath, D. (2003): Die Auseinandersetzung mit dem Bauwerk – Notwendigkeiten im Planen und Bauen. In: Schriften der Bauhaus-Universität Weimar, Revitalisierung von Bauwerken, Veröffentlichung des Sonderforschungsbereiches 524 „Werkstoffe und Konstruktionen für die Revitalisierung von Bauwerken“, Weimar, 2. Förderperiode, S. 123-131 [11]

Donath D., Thurow, T. (2005): Integrated Computer-Assisted Building

164

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Petzold, F. (2001): Computergestützte Bauaufnahme als Grundlage

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Glossar Die Bauaufnahme ist ein lebendiges und technischen Innovationen aufgeschlossenes Fachgebiet in der Architektur. Das spiegelt sich in den vielfältigen Fachbegriffen oder praxisüblichen Bezeichnungen wieder, die sich aus unterschiedlichen Disziplinen hier vereinigen. Das Buch gibt eine Systematik, Eindeutigkeit XQGGLH'H¿QLWLRQHQIUGLH%H]HLFKQXQJHQOHW]WHQGOLFKHLQH2UGQXQJLQGLHVH Begriffsvielfalt. Eine gebräuchliche Varianz in den Bezeichnungen sind im Glossar vermerkt. Abstecken Markieren von exakt eingemessenen Punkten oder Achsen im Gelände bzw. auf dem Grundstück, welche aus der Planung hervorgehen: beispielsweise die Außenecken eines geplanten Gebäudes. Additionskonstante 'LIIHUHQ] ]ZLVFKHQ 5HÀH[LRQVSXQNW XQG =LHOSXQNW EHL GHU UHÀHNWRUEDVLHUWHQ 'LVWDQ]PHVVXQJ ]% EHL GHU ĺ7DFK\PHWULH  XQG LVW GDPLW GLH 9HUNU]XQJ der Schrägdistanz. Die $GGLWLRQVNRQVWDQWHLVWUHÀHNWRUDEKlQJLJXQGZLUGYRP Hersteller angegeben. Additives Aufmaß Zum einen das aneinander Reihen von Einzelmaßen bei der Distanzmessung LP ĺ+DQGDXIPD‰ XQG ]XP DQGHUHQ GDV EOR‰H ]XVDPPHQVHW]HQ $GGLHUHQ  von Messungen ohne einen übergeordneten Bezug. Diese Vorgehensweise birgt eine hohes Fehlerpotential und ist zu vermeiden. Abloten Fällen eines Lotes, um einen Punkt von einer höheren Ebene auf eine tiefere EHUWUDJHQ]XN|QQHQ%HLVSLHOVZHLVHZHUGHQLPĺ+DQGDXIPD‰2EMHNWSXQNWH über der gedachten Grundrissebene auf diese abgelotet, um sie in der Zeichnung entsprechend einzutragen.

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Glossar

Attribut Zuordnung einer Eigenschaft bzw. eines Merkmals zu einem Objekt, welche sich LP$WWULEXWZHUWDXVGUFNW,P6LQQHGHUĺ%DXDXIQDKPHEHVFKUHLEHQ$WWULEXWH (LJHQVFKDIWHQYRQ%DXWHLOHQRGHU*HElXGHWHLOHQYODWDWWULEXHUH ]XWHLOHQ zurordnen) Basis ,QGHUĺ3KRWRJUDPPHWULHEH]HLFKQHWGLH Basis den Abstand der beiden Aufnahmestandorte eines Stereobildpaares. ,QGHUĺ7DFK\PHWULHEH]HLFKQHWGLH%DVLVGHQ$EVWDQG]ZHLHUĺ2ULHQWLHUXQJVSXQNWHGLHYRQHLQHPĺ6WDQGRUWDXVDQYLVLHUWZHUGHQE]ZGHQ$EVWDQG]ZHLHU Gerätestandorte, wenn diese einen Messpunkt anzielen. Basislinie VLHKHĺ6WDQGOLQLH Bauanalytik Umfassende Untersuchung vorhandener Bausubstanz, die geschichtlichen, konstruktiven, Material- und Gefüge bezogene Untersuchungen eingeschlossen. Steht auch als Begriff für ein eigenes Fach- bzw. Arbeitsgebiet. Bauaufmaß Die Vermessung der Gebäudegeometrie und deren Darstellung in Form von zweidimensionalen Zeichnungen (Grundriss, Schnitte, Ansichten) oder dreidimensionalen digitalen Modellen. Bauaufnahme %HLQKDOWHW QHEHQ GHP ĺ%DXDXIPD‰ DXFK GLH (UIDVVXQJ ZHLWHUHU %DXZHUNV relevanter Eigenschaften wie z.B. Funktionen von Räumen und Bauteilen, Materialeigenschaften, Bauteilzustände, Mängel und Schäden etc.

Glossar

BIM (Building Information Modelling) BIM steht für das Konzept, die beschreibenden Informationen für ein Gebäude in einen Zusammenhang zu stellen, d.h. sämtliche relevanten Gebäudedaten werden in einem Modell oder Modellverbund verwaltet, welches allen beteiligten Fachgebieten zur Verfügung steht. Anhand dieses Gebäudemodells lassen sich alle notwendigen Sichten wie Grundrisse, Schnitte, Ansichten und Details, aber auch Raum- und Bauteillisten etc., automatisch ableiten. Änderungen im Projekt werden aufgrund der gemeinsamen Datenbasis automatisch in allen Sichten abgeglichen. Bluetooth Industriestandard für die drahtlose Vernetzung von Geräten (z.B. Mobiltelefone, PDAs, Notebooks etc.) über kurze Distanzen. Mit Bluetooth kann die DatenüberWUDJXQJ GHU 0HVVZHUWH YRQ ĺ/DVHUGLVWDQ]PHVVHU RGHU ĺ7DFK\PHWHUQ ]XP Computer erfolgen. CAD-Systeme (Computer Aided Design) Programme zum computergestützten zwei- und dreidimensionalen Konstruieren E]Z=HLFKQHQQLFKWIDFKVSH]L¿VFK CAAD-Systeme (Computer Aided Architectural Design) %HLQKDOWHQGLH)XQNWLRQHQYRQĺ&$'6\VWHPHQXQGHUZHLWHUQGLHVH XPVSH]Lelle Funktionen zur Verwendung in Architektur und Bauwesen. Daten In der EDV (elektronische Datenverarbeitung) beschreiben Daten einen Zustand oder Sachverhalt mit Hilfe von Text, Zahlen, Bildern etc. als konstante oder variDEOH:HUWH'DWHQVLQGGLHGLJLWDOH5HSUlVHQWDWLRQYRQĺ,QIRUPDWLRQ Digital Fabrication Die unmittelbare, aus digitalen Planungsdaten, computergestützte Herstellung bzw. Vorfertigung von Bauteilen.

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Glossar

Dreifuß 9RUULFKWXQJ]XU$XIQDKPHYRQ0HVVJHUlWHQ]%ĺ7DFK\PHWHURGHUU ĺ5HÀHNtor), um diese auf einem Stativ zu montieren. Der Dreifuß besteht aus einer fest mit dem Stativteller verbundenen Grundplatte und einer über drei Fußschrauben horizontierbaren Fläche (Dreifußteller), auf die das Messgerät aufgesetzt und ¿[LHUW ZLUG (U YHUIJW PHLVW EHU HLQH 'RVHQOLEHOOH ]XP ĺ+RUL]RQWLHUHQ XQG JHJHEHQHQIDOOVHLQHPĺRSWLVFKHQ/RW]XPĺ=HQWULHUHQ Entzerrung ,Q GHU ĺ3KRWRJUDPPHWULH VSH]LHOO GHU Einbildauswertung) beschreibt der Begriff die Umwandlung eines zentralperspektivisch verzerrten Bildes oder Bildteiles zu einer maßstäblich korrekten Parallelprojektion (Orthogonalansicht). Bei der projektiven Entzerrung können die Bildteile korrekt entzerrt werden, die sich DQQlKHUQGDXIHLQHU(EHQHEH¿QGHQEntzerrungsebene). Bei der differentiellen Entzerrung können Orthogonalansichten von beliebig geformten Geometrien HU]HXJWZHUGHQ'LHVHZHUGHQGDQQDOVĺ2UWKRSKRWREH]HLFKQHW Erfassungsgenauigkeit *HQDXLJNHLWPLWGHU2EMHNWHDXIJUXQGLKUHU2EHUÀlFKHQEHVFKDIIHQKHLWYHUPHVsen werden können. FM (Facility Management) Ganzheitliche Bewirtschaftung und Verwaltung von Gebäuden, Liegenschaften und Einrichtungen mit dem strategischen Ziel einer koordinierten Abwicklung von Prozessen zur Minimierung von Betriebskosten und langfristiger Werterhaltung. Fleckgröße *U|‰HGHV0HVVVWUDKOVDP$XIWUHIISXQNWDXIGHP2EMHNWEVSZEHLPĺ/DVHUscanning. Fluchtstab Hilfmittel in der Vermessung zur zeitweisen Markierung von Punkten, z.B. $QIDQJVXQG(QGSXQNWHLQHUĺ6WDQGOLQLH Genauigkeit, absolute VLHKHĺ*HVDPWJHQDXLJNHLW

Glossar

Genauigkeit, relative VLHKHĺ1DFKEDUVFKDIWVJHQDXLJNHLW Gesamtgenauigkeit (auch absolute Genauigkeit) Maß über die Genauigkeit beliebiger Punkte in einem Aufmaß zueinander, beispielsweise von einer Ecke eines Gebäudes zur anderen. GPS (Global Positioning System) Weltweites satellitengestütztes System zur Positionsbestimmung. Mit Hilfe eines GPS Empfängers wird die aktuelle Position zu mindestens drei in der Umlaufbahn EH¿QGOLFKHQ6DWHOOLWHQEHVWLPPWXPVRGLH3RVLWLRQDXIGHU(UGH]XEHUHFKQHQ Handaufmaß 9HUIDKUHQ ]XU 9HUPHVVXQJ YRQ *HElXGHQ ĺ%DXDXIPD‰  ZHOFKH PLW HLQIDchen Messgeräten (Gliedermaßstab, Rollbandmaß, :LQNHOSULVPDĺ/DVHUGLVtanzmesser) durchzuführen sind. Handaufmaß, computergestütztes .RPELQDWLRQDXVHLQIDFKHQ0HVVJHUlWHQLQGHU5HJHOĺ/DVHUGLVWDQ]PHVVHU  und einer Aufmaß-Software (meist optimiert für Pocket- oder Tablet-PCs) zur unmittelbaren Verarbeitung der Messwerte und Überführung in eine digitale Zeichnung bzw. ein Modell. Oftmals auch als Elektronisches Handaufmaß oder Laseraufmaß bezeichnet. Horizontieren Vorgang zur horizontalen Ausrichtung eines Messinstrumentes auf Stativ ]% ĺ5RWDWLRQVODVHU ĺ1LYHOOLHU ĺ7DFK\PHWHU HWF  ,P (UJHEQLV ZLUG GLH Stehachse annähernd lotrecht ausgerichtet. Die Restneigung wird durch den ĺ.RPSHQVDWRUDXVJHJOLFKHQ Da es oft vorkommt, dass selbst Fachleute das Aufstellen und Horizontieren eines Tachymeters falsch vornehmen, ist dies im Folgendenen detailliert beschrieben: ƒ Stativbeine ausziehen und spreizen, Stativ an zwei Beinen nehmen. Die normal gespreizten Beine dürfen nicht zusammenklappen, anderenfalls sind die Schultergelänke nicht richtig angezogen. ƒ Stativ annähernd horizontal aufstellen und Beine gut in den Untergrund eintreten. Auf festen Böden (z.B. im Innenraum) Stativsterne oder -ketten verwenden, bei nachgebenden Böden Stativbeine weit spreizen.

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Glossar ƒ ,QVWUXPHQWPLWĺ'UHLIX‰DXI6WDWLYDXIVHW]HQDOOH6FKUDXEYHUELQGXQJHQJXW anziehen. Auf komfortable Arbeitshöhe achten. Fußschrauben der Dosenlibelle in Mittelstellung. ƒ Dosenlibelle des Instrumentes durch ein- und ausziehen der Stativbeine HLQVSLHOHQ'DEHLHLQHQ)X‰DXIGDV6WDWLYEHLQ]XU)L[LHUXQJVWHOOHQPLWGHP Bein beginnen, wo die Blase der Dosenlibelle am nächsten ist. ƒ Instrument drehen, bis die Röhrenlibelle (bzw. elektronische Libelle im InstruPHQWHQGLVSOD\ SDUDOOHO]X]ZHL)X‰VFKUDXEHQGHVĺ'UHLIX‰HVVWHKW ƒ Einspielen der Röhrenlibelle durch gegenläufiges Drehen der beiden Fußschrauben. ƒ Instrument um 100 gon (90°) drehen und Röhrenlibelle nur mit der dritten Fußschraube einspielen. ƒ Instrument um 100 gon weiterdrehen und Libelle überprüfen. Falls notwendig erneut einspielen. ƒ Horizontierung mit der Röhrenlibelle so lange wiederholen, bis diese in allen Richtungen einspielt. Information ,VWYRUKDQGHQHVXQGQXW]EDUHV:LVVHQ,QGHU('9VWHOOHQĺ'DWHQGLH5HSUlsentation von Information dar. Erst unter einem bestimmten Kontext erhalten ĺ'DWHQHLQH%HGHXWXQJGLHVLFKLQ,QIRUPDWLRQDXVGUFNW Instrumentenhöhe %HLHLQHPĺ7DFK\PHWHUJLEWGLH Instrumentenhöhe den Abstand der Kippachse YRPORWUHFKWGDUXQWHUEH¿QGOLFKHQ%RGHQSXQNWDQ Instrumentenmittelpunkt %HLHLQHPĺ7DFK\PHWHUELOGHWGHU6FKQLWWSXQNWGHU6WHKDFKVH.LSSDFKVHXQG Zielachse den Instrumentenmittelpunkt. Kettenmaße )RUWODXIHQGH 'LVWDQ]PHVVXQJ YRQ HLQHP GH¿QLHUWHQ 1XOOSXQNW ]X EHOLHELJH YLHOHQ 0HVVSXQNWHQ .HWWHQPD‰H VLQG GHP ĺDGGLWLYHQ$XIPD‰ YRU]X]LHKHQ da sie ein geringeres Fehlerpotential aufweisen. Kippachshöhe 'LH JHUlWHVSH]L¿VFKH .LSSDFKVK|KH LVW GLH 'LIIHUHQ] ]ZLVFKHQ 'UHLIX‰WHOOHU ĺ'UHLIX‰  XQG .LSSDFKVH HLQHV 0HVVLQVWUXPHQWHV ]% ĺ7DFK\PHWHU ĺ5HÀHNWRU 

Glossar 'HU%HJULIIVWHKWDXFKIUGLH+|KHGHU.LSSDFKVHHLQHVĺ7DFK\PHWHUVEHU GHQ1XOOSXQNWGHVĺ|UWOLFKHQ0HVVQHW]HV Kollisionprüfung Automatische Überprüfung auf Überschneidungen zwischen Bestand und 3ODQXQJLQHLQHP'0RGHOO$QZHQGXQJEVSZLPĺ/DVHUVFDQQLQJ]XU.ROOLVLonsprüfung von 3D-CAAD-Elementen mit der Punktwolke. Kompensator 1HLJXQJVVHQVRUGHUGLH5HVWQHLJXQJHLQHV0HVVLQVWUXPHQWHV]%ĺ7DFK\PHWHUĺ1LYHOOLHUĺ7KHRGROLW QDFKGHUĺ+RUL]RQWLHUXQJDXVJOHLFKW Laserdistanzmesser Elektronisches Messgerät zur Abstandsmessung. Ein sichtbarer Laserstrahl wird an einer Objektoberfläche reflektiert und im Gerät wieder empfangen. Je nach verwendetem Verfahren wird anhand der Laufzeit bzw. der Phasenverschiebung zwischen gesendetem und empfangenem Lasersignal die Distanz ermittelt. Laserlot 9RUULFKWXQJ]XPĺ=HQWULHUHQHLQHV0HVVLQVWUXPHQWHVEHUHLQHQ%RGHQSXQNW $OV(UVDW]]XPĺRSWLVFKHQ/RWZLUGHLQ/DVHUVWUDKO]XPĺ1DGLUXPJHOHQNW Das Laserlot wird auf einen Dreifuß aufgesetzt und über eine Röhrenlibelle ĺKRUL]RQWLHUW Laserscanning 9HUVFKLHGHQH 9HUIDKUHQ EHL GHQHQ HLQH /DVHUVWUDKO UDVWHUI|UPLJ 2EHUÀlFKHQ DEWDVWHWXPGLHVHGUHLGLPHQVLRQDO]XYHUPHVVHQ%H¿QGHWVLFKGHUScanner auf dem Boden (z.B. bei der Vermessung von Gebäuden), spricht man vom terrestrischen Laserscanning. Lotstab VLHKHĺ5HÀHNWRUVWDE Messlinie VLHKHĺ6WDQGOLQLH Messmarke 'DXHUKDIWH 0DUNLHUXQJ ]XPLQGHVW IU GLH 'DXHU HLQHV ĺ%DXDXIPD‰HV  YRQ

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Glossar Punkten mit bekannten .RRUGLQDWHQ]%ĺ2ULHQWLHUXQJVRGHUĺ3DVVSXQNWH  am Gebäude oder im Gelände. Verwendet werden u.a. Papier- oder Folienzeichen, Bolzen, Nägel oder Farbmarkierungen. Messnetz, örtliches Bezugssystem für alle Gebäudemessungen in Form eines dreidimensionales Koordinatensystems. Urprung und Ausrichtung werden vom Aufnehmenden definiert. Messnetz, übergeordnetes Amtliches Koordinatensystem, welches die Vermessungsämter bereitstellen und die Erdkrümmung berücksichtigt. Derzeit erfolgt die Angabe der Koordinaten nach Gauß-Krüger. Modernisierung Umfasst alle baulichen Maßnahmen um ein Gebäude oder Gebäudeteil nachhaltig zu verbessern, d.h. den Gebrauchswert zu erhöhen, die Wohnverhältnisse zu verbessern oder Energieeinsparungen zu ermöglichen. Nachbarschaftsgenauigkeit (auch relative Genauigkeit) Genauigkeit einer Messung zwischen zwei benachbarten Punkten. Nadir Bezeichnet die Verlängerung der Lotrichtung nach unten und liegt damit dem ĺ=HQLWJHJHQEHU Nivellement Messverfahren bei denen Höhenunterschiede zwischen verschiedenen Punkten im Gelände oder am Gebäude gemessen werden. Dient auch zum Festlegen einer horizontalen Bezugsebene im Gebäude, auf welche gemessen wird. Nivellier (auch Nivellierinstrument, -gerät) Messinstrument, mit dem Höhenunterschiede gemessen gemessen werden N|QQHQĺ1LYHOOHPHQW 

Glossar

Optisches Lot 9RUULFKWXQJ]XPĺ=HQWULHUHQHLQHV0HVVLQVWUXPHQWHVEHUHLQHQ%RGHQSXQNW Über ein Umlenkprisma wird der Blick durch ein Okular mit Zielkreuz exakt zum Nadir gerichtet. Orientierung, Absolute ,QGHUĺ3KRWRJUDPPHWULH3RVLWLRQXQG/DJH1HLJXQJ HLQHVĺUHODWLYRULHQtierten Stereobildpaares in einem Bezugskoordinatensystem. Orientierung, Äußere Position und Lage einer Kamera relativ zum Aufnahmegegenstand. Orientierung, Innere Die Parameter der Inneren Orientierung einer Kamera beschreiben die Lage des Projektionszentrums bezogen auf die Bildebene. Diese Beziehung wird durch die Kamerakonstante c, die Bildhauptpunktslage H' und die Parameter der Verzeichnung bestimmt. Orientierung, Relative Verfahren aus der Photogrammetrie, bei der die Lage zweier Bilder zueinander berechnet wird. Orientierungspunkt Punkte mit bekannten .RRUGLQDWHQLQGHUĺ7DFK\PHWULHZHOFKH]XUStationieUXQJYRQĺ6WDQGRUWHQEHQ|WLJWZHUGHQ Orthophoto Verzerrungsfreies, maßstäblich korrektes Bild als Resultat einer differentiellen ĺ(QW]HUUXQJ'HU%HJULIIZLUGIlOVFKOLFKHUZHLVHRIWPDOVDXFKIUGDV5HVXOWDW HLQHUSURMHNWLYHQĺ(QW]HUUXQJYHUZDQGW Parallaxe Winkel zwischen zwei Geraden, die auf ein Objekt ausgerichtet sind und von unterschiedlichen Ausgangspunkten ausgehen. Passpunkt 2EMHNWSXQNW LQ GHU ĺ3KRWRJUDPPHWULH GHU LP %LOG VLFKHU ]X LGHQWL¿]LHUHQ LVW

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Glossar und dessen Koordinaten in einem Bezugssystem bekannt sind. Der Begriff wird DXFKKlX¿JIUĺ2ULHQWLHUXQJVSXQNWHLQGHUĺ7DFK\PHWULHYHUZHQGHW Photogrammetrie Verschiedene Verfahren, um die Lage und Geometrie räumlicher Objekte (zweiXQGGUHLGLPHQVLRQDO DXVIRWRJUD¿VFKHQ$EELOGXQJHQ]XHUPLWWHOQ 3L[HOJUDÀN VLHKHĺ5DVWHUJUD¿N Polygonzug Verfahren aus der Geodäsie, bei dem mehrere gerade Linienzüge verbunden werden. Die Ermittlung der Koordinaten der einzelnen Linienpunkte (Polygonpunkte) erfolgt durch Strecken- und Winkelmessung. Polygonpunkte dienen als Messpunkte. Porträtierend Aufnahme der vorgefundenen Situation, z.B. Abmessungen, Schäden etc., und deren Dokumentation, z.B. in digitalen Zeichnungen oder Modellen, direkt vor Ort, ohne Zwischenergebnisse wie beispielsweise Aufmaßskizzen. Prisma VLHKHĺ5HÀHNWRU 5DVWHUJUDÀNDXFK3L[HOJUDÀN &RPSXWHUJUD¿NEHLGHUHLQ]HOQH%LOGSXQNWH3L[HO UDVWHUI|UPLJLQ=HLOHQXQG Spalten angeordnet sind. Jedem Bildpunkt ist eine Farbe zugeordnet und kann separat abgerufen und manipuliert werden. 5HÁHNWRUDXFK3ULVPD Hilfsmittel bei der Distanzmessung mit Infrarotmessstrahl. Der 5HÀHNWRUEHVWHKW DXVHLQHPYHUVSLHJHOWHQ7ULSHOSULVPDVHQNUHFKW]XHLQDQGHUVWHKHQGH5HÀH[LRQVÀlFKHQ ZHOFKHVGHQHLQIDOOHQGHQ0HVVVWUDKOH[DNW]XVHLQHP$XVJDQJVSXQNW]XUFNUHÀHNWLHUW 5HÁHNWRUK|KH VLHKHĺ=LHOK|KH

Glossar

5HÁHNWRUVWDEDXFK/RWVWDE =XEHK|UEHLGHU9HUPHVVXQJXPHLQHQĺ5HÀHNWRU]XYHUOlQJHUQEHLVSLHOVZHLVH]XU9HUPHVVXQJYRQQLFKWHLQVHKEDUHQ3XQNWHQ5HÀHNWRUVWlEHYHUIJHQ in der Regel über eine Dosenlibelle. Registrierung Verfahren im Laserscanning, um mehrere Punktwolken zusammenzufügen, und damit in einen gemeinsamen Bezug zu setzen. Rotationslaser Messgerät, bei dem durch Rotation eines Prismas ein Laserstrahl so umgelenkt wird, dass eine horizontale Bezugsebene am Objekt erscheint. Sanierung Alle baulichen Maßnahmen zur umfassenden und nachhaltigen Instandsetzung VRZLHĺ0RGHUQLVLHUXQJ Schenkelverhältnis ,Q GHU ĺ7DFK\PHWULH GDV 9HUKlOWQLV ]ZHLHU 6WUHFNHQ DXVJHKHQG YRQ HLQHP JHPHLQVDPHQ 8UVSUXQJ EVSZ ]ZHL =LHOGLVWDQ]HQ YRQ HLQHP ĺ6WDQGRUW ]X ]ZHLĺ2ULHQWLHUXQJVSXQNWHQEHLGHUĺ)UHLHQ6WDWLRQLHUXQJ Standlinie (auch Basis- oder Messlinie) Hilfsmittel im Handaufmaß zur Realisierung eines örtlichen Messnetzes. Standlinien werden im oder am Gebäude meist parallel zu den Gebäudeachsen festJHOHJW XQG PLW +LOIH YRQ ĺ5RWDWLRQVODVHU ĺ)OXFKWVWlEHQ RGHU JHVSDQQWHQ Schnüren markiert. Alle Messung erfolgen in Bezug auf diese Standlinien. Standort (auch Standpunkt, Instrumentenstandpunkt) $XIVWHOOXQJVRUWHLQHV0HVVLQVWUXPHQWHV]%ĺ7DFK\PHWHUĺ7KHRGROLW 'LH .RRUGLQDWHQGHV6WDQGRUWHVLQHLQHPĺ|UWOLFKHQ0HVVQHW]N|QQHQEHU9HUIDKUHQGHUĺ6WDWLRQLHUXQJEHUHFKQHWZHUGHQ Stationierung auf bekannten Punkt 9HUIDKUHQ LQ GHU ĺ7DFK\PHWULH EHL GHP GDV ,QVWUXPHQW EHU HLQHQ 3XQNW mit bekannten .RRUGLQDWHQ DXIJHVWHOOW XQG ĺ]HQWULHUW ZLUG 'LH $XVULFKWXQJ im Bezugskoordinatensystem erfolgt durch Messung zu mindestens einem ĺ2ULHQWLHUXQJVSXQNW

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Glossar

Stationierung, Freie 9HUIDKUHQLQGHUĺ7DFK\PHWULHXPGLH.RRUGLQDWHQHLQHVĺ6WDQGRUWHVGXUFK 0HVVXQJYRQPLQGHVWHQV]ZHLĺ2ULHQWLHUXQJVSXQNWHQLQHLQHP Bezugskoordinatensystem zu bestimmen. Tachymeter Instrument zur Messung von Horizontal- und Vertikalwinkel sowie Distanz zu einem mit Fernrohr anvisierten Punkt. Die elektronische Distanzmessung erfolgt UHÀHNWRUEDVLHUW PLW ,QIUDURWPHVVVWUDKO RGHU UHÀHNWRUORV PLW VLFKWEDUHP /DVHUstrahl. Tachymetrie *HRGlWLVFKH9HUIDKUHQ]XUVFKQHOOHQ3XQNWHUIDVVXQJJULHFKWDFKêV VFKQHOO  Man unterscheidet verschiedene optische und elektronische Verfahren, wobei die Messung mit elektronischem ĺ7DFK\PHWHUPLWWOHUZHLOHGHU6WDQGDUGLVW Theodolit Instrument zur Messung von Horizontal- und Vertikalwinkel zu einem mit Fernrohr anvisierten Punkt. Totalstation ĺ7DFK\PHWHUPLWLQWHJULHUWHU5HFKHQHLQKHLW]XU%HUHFKQXQJXQG6SHLFKHUXQJ von Messwerten. Umbau Bauliche Maßnahmen an einem Gebäude oder Gebäudeteil zur Anpassung an neue funktionale Gegebenheiten oder Anforderungen. Umbauten sind mit wesentlichen Eingriffe in die Konstruktion und den Bestand verbunden. Umnutzung Veränderung eines Gebäudes bzw. Gebäudeteils in Bezug auf dessen Nutzungsart, ohne bzw. nur mit geringfügigen baulichen Eingriffen. 9HNWRUJUDÀN &RPSXWHUJUD¿N GLH VLFK DXV PDWKHPDWLVFK EHVFKUHLEDUHQ 3ULPLWLYHQ .UHLV Linie, Rechteck, Bogen, Ellipse, etc.) zusammensetzt. Gespeichert wird deren mathematische Beschreibung mit entsprechenden Koordinatenwerten.

Glossar

Vektorisierung 9HUIDKUHQ]XU8PZDQGOXQJYRQĺ5DVWHUJUD¿NLQĺ9HNWURJUD¿N.DQQHQWZHder manuell durch Abgreifen einer Planvorlage mit Digitalisiertablet erfolgen, oder automatisch mit entsprechender Software. Vermaschung (engl. Meshing) Verfahren zur Modellierung eines Flächenmodells aus einzelnen 3D-Punkten ]%0HVVSXQNWHEHLGHUĺ7DFK\PHWULHRGHULPĺ/DVHUVFDQQLQJ  7 'LH(LQ]HOSXQNWHZHUGHQGXUFK'UHLHFNVÀlFKHQPLWHLQDQGHUYHUEXQGHQ Vermarken 'DV0DUNLHUHQHLQHV0HVVSXQNWHVWHPSRUlURGHUDXI'DXHUPLWĺ0HVVPDUNH Zenit Bezeichnet die Verlängerung der Lotrichtung nach oben und liegt damit dem ĺ1DGLUJHJHQEHU Zentrieren Vorgang, bei dem die Stehachse eines ĺ7DFK\PHWHUVH[DNWORWUHFKWEHUHLQHP ĺYHUPDUNWHQ3XQNWDXIJHVWHOOWZLUG Da es oft vorkommt, dass selbst Fachleute das Zentrieren eines Tachymeters falsch vornehmen, ist dies im Folgendenen detailliert beschrieben: ƒ Stativbeine ausziehen und spreizen, Stativ an zwei Beinen nehmen. Die normal gespreizten Beine dürfen nicht zusammenklappen, anderenfalls sind die Schultergelänke nicht richtig angezogen. ƒ Stativ annähernd horizontal über den Bodenpunkt aufstellen. Um 90° um das Stativ herumgehen und Aufstellung über den Bodenpunkt überprüfen. Beine gut in den Untergrund eintreten. Auf festen Böden (z.B. im Innenraum) Stativsterne oder -ketten verwenden, bei nachgebenden Böden Stativbeine weit spreizen. ƒ ,QVWUXPHQWPLWĺ'UHLIX‰DXI6WDWLYDXIVHW]HQ6FKUDXEYHUELQGXQJQXUOHLFKW DQ]LHKHQ$XINRPIRUWDEOH$UEHLWVK|KHDFKWHQ)X‰VFKUDXEHQGHV ĺ'UHLIX‰ auf Mittelstellung. ƒ 0LW+LOIHGHUGUHL)X‰VFKUDXEHQGDVĺRSWLVFKH S /RWRGHUĺ/DVHUORWDXIGHQ Bodenpunkt einstellen. Dosenlibelle ist nicht eingespielt. ƒ Dosenlibelle durch Ein- und Ausschieben der Stativbeine einspielen. Der Lotpunkt verändert sich nicht. Anschließend Röhrenlibelle bzw. elektronische /LEHOOHPLW+LOIHGHU)X‰VFKUDXEHQHLQVSLHOHQVLHKHĺ+RUL]RQWLHUHQ

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Glossar ƒ Anzugschraube des Dreifußes lösen und Instrument auf dem Stativteller leicht 9HUVFKLHEHQ QLFKW 9HUGUHKHQ  ELV ĺRSWLVFKHV /RW E]Z ĺ/DVHUORW ZLHGHU eingestellt ist. ƒ Horizontierung überprüfen, gegebenenfalls korrigieren. Danach Zentrierung überprüfen und ebenfalls korrigieren. ƒ Horizontierung und Zentrierung sind so lange zu wiederholen, bis die RöhrenOLEHOOH LQ DOOH 5LFKWXQJHQ HLQVSLHOW XQG GDV ĺRSWLVFKH /RW E]Z ĺ/DVHUORW exakt auf den Bodenpunkt eingestellt ist. =LHOK|KHDXFK5HÁHNWRUK|KH $EVWDQG]ZLVFKHQ=LHOSXQNWHLQHVĺ5HÀHNWRUV]XPDQJHKDOWHQHQ0HVVSXQNW Zwangszentrierung 9RUJHKHQVZHLVH EHL GHU ĺ6WDWLRQLHUXQJ DXI EHNDQQWHQ 3XQNW 'DEHL ZLUG ]XQlFKVWHLQĺ2ULHQWLHUXQJVSXQNWPLW+LOIHHLQHVĺ5HÀHNWRUVDXI6WDWLYHLQJH I PHVVHQ6WDWLYXQGĺ'UHLIX‰YHUEOHLEHQDQVFKOLH‰HQGDP2UWVWHKHQOHGLJOLFK der 5HÀHNWRUZLUGEHUGLH=ZDQJV]HQWULHUYRUULFKWXQJGHVĺ'UHLIX‰HVHQWIHUQW =XU*HUlWHVWDWLRQLHUXQJNDQQQXQGHUĺ7DFK\PHWHUDXIGDVEHUHLWVĺKRUL]RQWLHUWHXQGĺ]HQWULHUWH6WDWLYPLWĺ'UHLIX‰DXIJHVHW]WZHUGHQ'LH ZwangszenWULHUXQJ PLQLPLHUW 8QJHQDXLJNHLWHQ EHLP (LQULFKWHQ HLQHV ĺ6WDQGRUWHV XQG kann den Messvorgang beschleunigen.

Sachwortverzeichnis

A Abloten 49, 167 Abstecken 167 Additionskonstante 78, 167 additives Messen 57 Aerophotogrammetrie 90, 95 Amateurkamera 100, 101 Anaglyphenverfahren 87, 96 Architektenaufmaß 38 Architektenrecht 25 Architekturphotogrammetrie 85, 91, 96 assoziativ 17, 19 Attribute 22, 35, 54, 58, 131, 168 $XÀ|VXQJ 44, 106, 108, 114, 115 Aufnahmeanordnung 95, 102 Augmented Reality 125, 165 AVA-Systeme 11, 12, 143 B Basis 64, 95, 114, 168 Bauanalytik 168 Bauaufmaß 4, 19, 62, 168

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Sachwortverzeichnis Bauaufnahme 2ff, 7f, 25ff, 168 Bauleistungen 3, 11 Bauschäden 28, 29 Bauwerksinformationsmodell (BIM) 20ff, 54, 148, 169 Bauwerksüberwachung 139 Belichtungszeit 103 Bezugskoordinatensystem 37ff, 48, 57, 64, 81, 92, 106, 112, 113, Bilddatenbank 143 Bildebene 93, 97, 98, 99, 100, 175 Bildformat 101 Bildhauptpunktslage 98, 175 Bildmaßstab 101 Bildmosaik 89, 90, 91 Bildpaar 87, 95, 100 Bildverarbeitungssystemen 12, 13 Bildverband 90, 92, 93, 94, 107, 110 Blende 103 Bluetooth 53, 62, 64, 124, 169 Brennweite 98, 99, 103 Bündelblockausgleichung 93 C CAAD 13ff, 15, 169 CAD 13ff, 15, 169 CAFM-Systeme 127, 130 D Darstellungstiefe 28, 35ff, 53 Daten 2, 9f, 19, 21ff, 58, 70, 119, 127, 169 Datenbank 127, 131, 143 Datenverwaltung 8, 70, 127, 130

Sachwortverzeichnis 'HQNPDOSÀHJH25, 36, 53, 67, 141ff Desktop Publishing Systeme 12 DHHN92 39 Differential-GPS 118 Digital Fabrication 155, 164, 169 Digitalisiertablett 43, 44 Digitalisierung 43, 44, 129 Digitalkamera 100, 103, 107, 110 DIN 21, 28ff, 32, 36, 58, 129 Distanzmesser 73, 75 Distanzmessung Handaufmaß 51 Tachymetrie 75 Laserscanning 114 Doppel-Pentagon 48 Dosenlibelle 72 dpi 44 Dreiecksmessung 48, 49 Dreifuß 72, 75, 78, 79, 83, 169, 170, 173 DWG 58, 130 DXF 58, 130 E Entfernungsmesser 73 Entzerrung 170 durch Abwicklung 91 Differentielle Entzerrung 90 NDUWRJUD¿VFKH3URMHNWLRQ91 Projektive Entzerrung 87ff Entzerrungsebene 87ff, 170 Epipolarlinie 93

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Sachwortverzeichnis F Facility Management 11, 22, 29, 53, 58, 127ff, 170 Flächenmanagement 127, 129 Fluchtstab 48 Freak 70, 119ff Freie Stationierung 81f, 178 G Genauigkeit 33ff, 37, 53, 65, 73, 75, 88, 101f, 106, 115f, 118, 119 absolute Genauigkeit 33, 171 Darstellungsgenauigkeit 35, 36 Erfassungsgenauigkeit 34, 51, 170 Gesamtgenauigkeit 33, 34, 48, 57, 171 Messgenauigkeit 33, 35, 51 Nachbarschaftsgenauigkeit 33, 34, 174 relative Genauigkeit 33, 171 Genauigkeitsstufe 36 Generalisierung 28, 34ff, 94, 129, 130, 149 GiF 29 Gipsbänder 139 Gliedermaßstab 51, 171 Global Positioning System (GPS) 40, 117ff, 122, 147, 171 GLONASS 118 GPS-Rover 117 H Handaufmaß 33, 37, 47ff, 122, 171 Computergestütztes Handaufmaß 53ff, 122, 130, 135, 159, 171 Elektronisches Handaufmaß 53, 171 HOAI 25, 26, 27, 164 Höhenbezug 39

Sachwortverzeichnis Höhenfestpunkt 40 Horizontalwinkel 62, 74 Horizontierung 50, 72, 73, 75, 171 Hybride Raster-Vektor Bearbeitung 46 I Impulslaufzeitverfahren 114 Industry Foundation Classes (IFC) 21 Informationen 172 Alphanumerische Informationen 8 Geometrische Informationen 8 Multimediale Informationen 9 Relationalev Informationen 8 Informationsdichte 28, 36, 85 Innenausbau 53, 154, 155 Instrumentenhöhe 77, 79, 82, 83, 172 K Kalibrierung 44, 45, 99 Kamerakonstante 98, 101, 175 Katalogisierung 141 Kettenmaße 52 Kompensator 73 Koordinaten 13, 39 kartesische Koordinaten 74, 75 Polarkoordinaten 74, 75 L Landeskoordinatensystem 39 Laseraufmaß 53, 171 Laserdistanzmesser 51, 52, 53ff, 71, 121, 124, 159, 173

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Sachwortverzeichnis Laserscanner Camera-View Scanner 113 Hybrid-Scanner 114 Panorama-Scanner 113 Laserscanning 7, 17, 91, 105ff, 122, 130, 148, 157, 173, 177 Lasertriangulation 114 Lochkamera 97 Lot 48, 49, 72, 78, 82, 170, 173, 175, 179, 180 Luftbildmessung 85, 90 M Messbolzen 139 Messkamera 99, 100 Messmarke 96, 173 Messnetz örtliches Messnetz 37f, 144, 174 übergeordnetes Messnetz 39f, 63, 174 Messrauschen 110, 115, 116 Messuhr 139 0LHWÀlFKH 29 Modelle 2D 15ff 3D-Bauteilmodell 18ff, 54, 57, 71, 111, 119, 135, 136 3D-Linienmodell 15ff, 31, 54, 62, 68, 94, 129 3D-Modell 15ff Bauwerksinformationsmodell (BIM) 20ff, 54, 148, 169 Bestandsmodell 23, 64, 65 Flächenmodell 16, 65, 94, 111 Gebäudemodell 12, 19, 20, 23, 111, 155, 160 Revisionsmodell 23 Umbaumodell 23

Sachwortverzeichnis Volumenmodell 16, 71, 111 Modellierung 15ff, 31f, 68ff, 87, 91, 93, 94, 108ff Modernisierung 1, 27, 133, 135, 164, 174 Monitoring 139, 154 N Nahbereichsphotogrammetrie 85 NAVSTAR 118 Neugrad 74 Neuplanung 23 Nivellement 49f, 138, 147, 151, 174 Nivellier 171 O Objektivverzeichnung 99 2I¿FH$QZHQGXQJHQ11, 130, 141, 145 Okular 79, 175 Optical Character Recognition (OCR) 45 Ordnungssystem 8 Orientierung Absolute Orientierung 100, 175 Äußere Orientierung 100, 175 Innere Orientierung 98, 175 Relative Orientierung 100, 175 Orientierungspunkt 74, 83, 175 Orthophoto 90, 91, 112, 148, 175 P Passpunkte 63, 64, 81, 82, 83, 86, 88, 92, 93, 100, 102 Phasenvergleichsverfahren 114, 115

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Sachwortverzeichnis Photogrammetrie 5, 7, 44, 56, 64, 70, 85ff, 122, 135, 148, 176 Einbildauswertung 86, 87ff, 145, 170 Mehrbildauswertung 86, 90, 92ff Stereobildauswertung 87, 95ff, 145 3L[HOJUD¿N 12 Pocket PC 53 Polygonzug 38, 39, 176 Porträtierend 176 Projektion 17, 32, 91, 92, 93, 109, 125 Projektionsstrahl 97, 98 Projektionszentrum 93, 97, 98, 100 Punktwolke 106ff R Rasterfang 46 5DVWHUJUD¿N 12, 44ff, 90, 135 Raumanordnung 57, 58 Raumbuch 8f, 70, 130, 143, 165 Rechtwinkelverfahren 48, 49 Reduktionsgrößen 77 Referenzstation 118 5HÀHNWRU 75ff, 176 5HÀHNWRUK|KH 78 Registrierung 106, 112f, 177 Réseau 99 Rollbandmaß 51, 171 Rotationslaser 48, 50, 177 S Sachdaten 3, 8, 11, 22, 26, 58, 130 Sanierung 1, 133, 135, 144, 146, 177

Sachwortverzeichnis SAPOS 118 Scandichte 113, 115 Scanner 44, 106, 107, 108, 110, 113, 114, 173 Schadenskartierung 28 Schlauchwaage 50 Schnittstelle 53f, 62, 121 Schrägdistanz 74 Setzlatte 50 Skizze 2, 8, 120ff, 141 Speicherformat 101 Standpunkt 61, 63, 68, 72, 74, 77, 80, 82, 95 Stationierung 62, 63, 64, 75, 77, 80ff, 117, 130, 175, 177 Freie Stationierung 81f, 178 Stationierung auf bekanntem Punkt 82f, 177 Stereoauswertegerät 87, 95 Stereokamera 95 Symbolerkennung 45 T Tabellenkalkulationen 11, 130 Tablet-PC 53 Tachymeter 33, 56, 61ff, 113, 117, 121, 124, 125, 178 Tachymetrie 7, 17, 20, 56, 61ff, 88, 91, 108, 112, 122, 129, 130, 131, 135, 138, 147, 148, 160, 178 2IÀLQH7DFK\PHWULH 62, 78 Online-Tachymetrie 62, 64 5HÀHNWRUEDVLHUW 75 5HÀHNWRUORV 76 Teil-Messkameras 99, 101 Teleskopmaßstab 51 Theodolit 62, 178

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Sachwortverzeichnis Totalstation 61, 178 Tragwerksanalyse 137, 138 Transformation $I¿QH45 Helmert 45 Polynom 45 Triangulierung 56 U Umbauplanung 23ff, 46, 133, 135, 136, 137, 154 V 9HNWRUJUD¿N 13, 43, 44 Vektorisierung 20, 43, 44, 45, 46, 133 Verknüpfungspunkte 92, 93, 100 Vermarken 79, 179 Vermaschung 69, 111, 148 Vertikalwinkel 62, 73, 74, 106, 178 Visualisierung 13, 87 Visualisierungssoftware 12, 13 W Walkthrough 149 Wasserwaage 50 wearable PC 125 Winkelprisma 48, 171 WoFlV 29, 129 :RKQÀlFKH 29 Z Zementbänder 139

Sachwortverzeichnis Zentralprojektion 97, 98 Zwangszentrierung 180

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