Warum sollte ein Gebäude georeferenziert werden? Ein Schritt, der für BIM-Projekte mittlerweile unverzichtbar geworden ist
Die Bedeutung der Georeferenzierung von 3D-Laserscanner-Aufnahmen verstehen, um die Qualität von BIM-Modellen, Baustellenkontrollen und zukünftigen Vermessungen zu gewährleisten.
Wenn man eine 3D-Laserscan-Vermessung eines bestehenden Gebäudes durchführt, taucht regelmäßig folgende Frage auf:
Muss das Gebäude georeferenziert werden?
Lange Zeit war dieses Verfahren großen Infrastrukturprojekten oder Gebäuden auf komplexem Gelände vorbehalten. Heute, mit der zunehmenden Verbreitung von BIM, Scan-to-BIM und Baustellenkontrollen mittels Laserscanner, entwickelt sich die Georeferenzierung für die meisten Projekte zu einer bewährten Vorgehensweise.
Eine nicht georeferenzierte Vermessung eignet sich hervorragend zur Erstellung von Plänen oder eines BIM-Modells. Allerdings enthält sie keinerlei tatsächliche geografische Referenzangaben. Es ist unmöglich, die genaue Position des Gebäudes im schweizerischen nationalen Koordinatensystem oder seine offizielle Höhe zu ermitteln.
Im Gegensatz dazu ist ein georeferenziertes Gebäude direkt mit den nationalen Koordinaten verknüpft MN95 sowie auf das offizielle Höhenmesssystem NF02 (oder LHN95, je nach Projektanforderungen). Alle erfassten Daten können dann während des gesamten Lebenszyklus des Gebäudes genutzt werden.
⏱️Résumé in 20 Sekunden
Die Georeferenzierung eines Gebäudes besteht darin, eine Laserscanner-Erfassung an das nationale Koordinatensystem MN95 und das Höhenbezugssystem NF02 anzuknüpfen. Dadurch wird sichergestellt, dass Punktwolken, BIM-Modelle, topografische Vermessungen und Baustellenkontrollen alle auf demselben geometrischen Bezugssystem basieren. Sie erleichtert Vergleiche zwischen dem geplanten und dem realisierten Zustand, verbessert die BIM-Koordination und gewährleistet die Langlebigkeit der digitalen Daten über die gesamte Lebensdauer des Gebäudes hinweg.
Warum unterliegt ein nicht georeferenziertes Gebäude Einschränkungen?
Wird der Scanner ohne Georeferenzierung verwendet, erstellt er automatisch ein eigenes lokales Koordinatensystem.
Das Gebäude ist in diesem Referenzsystem perfekt dargestellt.
Dagegen lässt sich Folgendes nicht feststellen:
- seinen genauen Standort auf Schweizer Gebiet; ;
- seine offizielle Höhe; ;
- seine tatsächliche Ausrichtung; ;
- sein Zusammenhang mit einer topografischen Vermessung; ;
- die Übereinstimmung mit einer künftigen Erhebung, die mehrere Jahre später durchgeführt wird.
Diese Situation stellt in der Regel kein Problem dar, wenn es darum geht, ein paar Aufnahmen zu machen.
Sobald jedoch mehrere Beteiligte zusammenarbeiten, erweist sie sich schnell als nachteilig.
Die Georeferenzierung schafft eine gemeinsame Sprache
BIM basiert auf einem einfachen Prinzip:
Alle arbeiten im selben Koordinatensystem.
Architekten.
Ingenieure.
Vermessungsingenieure.
Unternehmen.
CVSE-Büros.
Betreiber.
Wenn jede Fachrichtung genau denselben Referenzrahmen verwendet, lassen sich alle digitalen Modelle nahtlos miteinander kombinieren.
Das Gebäude wird so zu einem echten digitalen Zwilling, der an seinem tatsächlichen Standort verankert ist.
Wie führt man eine Georeferenzierung durch?
Die Georeferenzierung beginnt mit der Anbringung mehrerer Markierungen, die rund um das Gebäude verteilt sind.
Diese Zielmarken werden anschließend von einem Vermessungsingenieur mithilfe einer Totalstation oder eines GNSS-Empfängers vermessen.
Jedes Ziel erhält dann:
- eine X-Koordinate; ;
- eine Y-Koordinate; ;
- eine Höhe Z.
Diese Koordinaten werden im offiziellen Schweizer System angegeben MN95 für die Lageplanung und NF02 (oder LHN95) für die Höhenmessung.
Der Plan zur Anordnung der Zielpunkte sowie die Liste der Koordinaten dienen als Referenzunterlagen für das Projekt.
Warum ist das für Scan-to-BIM unverzichtbar?
Heutzutage ist es üblich, im Laufe einer Baustelle mehrere Laserscanning-Kampagnen durchzuführen.
Anhand dieser Aufstellungen lassen sich folgende Vergleiche anstellen:
- das geplante BIM-Modell; ;
- das tatsächlich errichtete Bauwerk.
Diese Methode ist bekannt unter dem Namen Scan-to-BIM oder von Durchführungskontrolle.
Was ist ein Clash?
Im BIM ist ein Zusammenstoß bezeichnet eine Kollision oder eine Inkompatibilität zwischen zwei Elementen.
Dabei kann es sich handeln um:
- eines Kanals, der durch einen Träger verläuft; ;
- einer Leitung, die durch einen Schleier verläuft; ;
- eine technische Anlage, die in eine bauliche Struktur hineinragt.
Es kann aber auch zu einem Konflikt zwischen das BIM-Modell und das tatsächlich errichtete Gebäude.
Mithilfe einer Laserscanner-Prüfung lassen sich Positionsabweichungen, Fehler bei der Montage oder Ausführungsfehler sofort erkennen, bevor ihre Behebung kostspielig wird.
Kann man eine Punktwolke anhand eines BIM-Modells georeferenzieren?
Die Antwort lautet in der Regel nein.
Ein BIM-Modell ist kein topografisches Dokument.
Auch wenn sie Koordinaten enthält, garantieren diese nicht, dass die modellierten Elemente genau ihrer tatsächlichen Position entsprechen.
Wenn eine Software wie Leica Cyclone Register 360 eine Georeferenzierung durchführt, geht sie davon aus, dass die Koordinaten der Zielpunkte absolut genau sind.
Wenn diese Koordinaten aus einem ungenauen BIM-Modell stammen, wird die Software dennoch versuchen, sie zu berücksichtigen.
Er wird dann eine mathematische Transformation anwenden, die Folgendes zur Folge haben kann:
- eine Drehung der Punktwolke; ;
- eine Änderung der Höhenlagen; ;
- ein falsches Niveau; ;
- eine allgemeine Verformung der Geometrie.
Mit anderen Worten: Die Software wird die vorgegebenen Koordinaten den tatsächlich vom Laserscanner erfassten Messwerten vorziehen.
Häufiger Fehler
Die Verwendung von Punkten aus einem Revit- oder Archicad-Modell als Georeferenzierungskoordinaten ist ein häufiger Fehler.
Die Koordinaten des Modells sind in der Regel nicht topografisch garantiert. Werden sie als Referenz verwendet, kann dies zu einer Verzerrung der Punktwolke führen und die Baustellenkontrollen verfälschen.
Bewährte Vorgehensweise zur Überprüfung eines nicht georeferenzierten BIM-Modells
Wenn es lediglich darum geht, ein bestehendes BIM-Modell mit dem tatsächlichen Stand der Baustelle zu vergleichen, ist es in der Regel Es ist nicht erforderlich, die Punktwolke zu georeferenzieren.
Zu den bewährten Vorgehensweisen gehört:
- die Punktwolke in ihrem ursprünglichen Koordinatensystem zu belassen, um ihre volle Genauigkeit zu bewahren; ;
- die Punktwolke in die BIM-Software importieren; ;
- die Punktwolke mithilfe einer starren Transformation (Verschiebung und Drehung) relativ zum BIM-Modell neu positionieren, ohne ihre Geometrie zu verändern; ;
- Anschließend die Überprüfungen und Vergleiche durchführen.
Diese Ausrichtung erfolgt mithilfe von wichtige Bezugspunkte, d. h. Bauteile, die sich über die gesamte Höhe des Gebäudes erstrecken und deren Geometrie besonders stabil ist.
Die am häufigsten verwendeten Referenzen sind:
- die Treppenhäuser; ;
- die Aufzugsschächte; ;
- die Stahlbetonkernkonstruktionen; ;
- die Haupttragflächen; ;
- Gebäudefassaden oder -ecken, sofern deren Geometrie einfach und zuverlässig ist.
Diese Elemente bieten eine weitaus bessere geometrische Bezugspunkt als Trennwände, technische Anlagen oder Einbauten, die möglicherweise versetzt wurden.
Das Ziel besteht nicht darin, die Punktwolke künstlich an das Modell anzupassen, sondern beide Datensätze in dasselbe lokale Bezugssystem zu bringen, um das fertiggestellte Bauwerk genau mit dem theoretischen Entwurf vergleichen zu können. Auf diese Weise bleibt die geometrische Integrität der Punktwolke vollständig erhalten.
Wann ist eine Georeferenzierung unbedingt erforderlich?
Eine Georeferenzierung wird dringend empfohlen, wenn das Projekt Folgendes vorsieht:
- die Überwachung der Baustelle; ;
- mehrere Laserscanning-Projekte; ;
- eine künftige Erweiterung des Gebäudes; ;
- eine BIM-Prüfung; ;
- ein Großprojekt; ;
- Drohnenaufnahmen; ;
- eine Verbindung zur Topografie; ;
- die Errichtung neuer Bauwerke; ;
- ein digitaler Zwilling; ;
- eine Vermögensverwaltung.
Fallstudie – Seilbahnstation Tracouet in Haute-Nendaz.
Im Rahmen der Erneuerung der Anlagen war die Georeferenzierung der 3D-Laserscanner-Vermessung unerlässlich, um die künftigen technischen Anlagen präzise im schweizerischen nationalen Koordinatensystem (MN95/NF02) zu positionieren. Dadurch konnte die Übereinstimmung zwischen der Laserscanner-Vermessung, dem BIM-Modell, den vom Vermessungsingenieur durchgeführten Absteckungen und den künftigen Baustellenkontrollen gewährleistet werden.
Schlussfolgerung
Bei der Georeferenzierung geht es nicht nur darum, einem Gebäude Koordinaten zuzuweisen.
Er stellt sicher, dass alle heute erfassten Daten auch in einigen Jahren noch genutzt werden können, unabhängig davon, wie sich das Projekt weiterentwickelt.
In einem Umfeld, in dem BIM, Scan-to-BIM und Baustellenkontrollen zum Standard werden, gilt dies mittlerweile als bewährtes Verfahren, das die Planungsphase absichert, die Koordination zwischen den Beteiligten erleichtert und die geometrische Qualität der Laserscanner-Erfassungen gewährleistet.
Das Wichtigste auf einen Blick
Eine nicht georeferenzierte Laserscanner-Erfassung ermöglicht die Erstellung hochwertiger Pläne und BIM-Modelle, ist jedoch auf ein lokales Koordinatensystem beschränkt.
Durch die Georeferenzierung werden diese Daten an das nationale Schweizer Bezugssystem MN95/NF02 gekoppelt und ihre Kompatibilität mit künftigen Vermessungen, BIM-Projekten, Baustellenkontrollen und topografischen Daten gewährleistet.
Bei den meisten Projekten, die sich im Laufe der Zeit weiterentwickeln sollen, gilt dies heute als bewährte Vorgehensweise, die die Langzeitverfügbarkeit der Daten und die Zuverlässigkeit von Vergleichen zwischen dem Ist-Zustand und dem Projekt gewährleistet.
