Bestandsmodellierung Kloster Schlüchtern

Projektaufgabe

Die Sanierung und Umnutzung der altertümlichen Klosteranlage im hessischen Schlüchtern soll nach der BIM-Methode erfolgen. Dazu werden verformungsgerechte Planungsunterlagen benötigt. Als Basis für die weitere Projektabwicklung soll ein parametrisches 3D-Modell auf der Grundlage von Scandaten (Punktwolken) erzeugt und übergeben werden. Die Umsetzung dieser Arbeitsaufgabe erfolgte durch das Vermessungsbüro Frommelt GmbH Wiesbaden und die Laserscanning Europe GmbH.

Datenerfassung mit Leica RTC360 und UAV

Für die Datenerhebung setzte das Vermessungsbüro Frommelt GmbH Wiesbaden das Laserscanverfahren ein, eine der modernsten, schnellsten und verformungsgerechten Möglichkeit zur Bestandsaufnahme. Die gesamten Gebäude der Klosteranlage wurden vom Keller bis zum Dachgeschoss mit einem Leica RTC360 Laserscanner erfasst. Zur Aufnahme der Fassaden und Dachflächen wurde eine Drohnenbefliegung durchgeführt. Die entstandenen Einzeldaten wurden zu einer strukturierten Punktwolke registriert, zusammengeführt und an die Laserscanning Europe GmbH zur weiteren Datenaufbereitung übergeben.

Punktwolke aus der Drohnenbefliegung in Autodesk ReCap

Modellierung der Scandaten

Die Modellierung erfolgte in Autodesk Revit. Aufgrund des engen Zeitfensters und der Komplexität des Projekts arbeiteten mehrere CAD-Experten an der Umsetzung. Vorab entwickelte das Team eigene Workflows, die sich für den Projektfortschritt äußerst positiv ausgewirkt haben.

Workflow der Modellierung:

  1. Absprachen zur Detaillierung des 3D-Modells
  2. Einsatz der Software PointCab für die Orientierung im Projekt
  3. Revit – Definition der Ebenen
  4. Revit – Erzeugung identischer Rasterlinien
  5. Revit – Aufteilung in Bearbeitungsbereiche
  6. Revit – Aufbau der Familienbibliotheken
  7. Revit – Modellierung
  8. Einsatz anderer Softwarelösungen für komplizierte Bauteile
  9. Prüfung und Übergabe
  10. Ableitung von 2D-Plänen

1. Absprachen zur Detaillierung des 3D-Modells

Um ein 3D-Modell exakt nach den Vorstellungen des Kunden zu erstellen, sind im Vorfeld unter anderem Absprachen zum Detaillierungsgrad, der Informationsdichte und der geometrischen Genauigkeit erforderlich. Oft gibt es nicht „den einen“ Auswertegrad, sondern die Anforderungen variieren von Bauteil zu Bauteil. Zur Abstimmung werden eigene Formulare genutzt, in denen der Kunde schnell die gewünschte Auswahl treffen und fixieren kann. Zusammen mit den Informationen zum Übergabeformat, Lage- und Höhensystem, zur Auswertestrategie und Softwarelösung liegen alle entscheidenden Angaben vor und das Modellierungsteam kann starten.

3D-Detaillierungsgrad Architektur

2. Einsatz der Software PointCab für die Orientierung im Projekt

Die wenigsten Modellierer sind bei der Bestandsaufnahme vor Ort. Dadurch fehlen oft das Objektverständnis, das Wissen über die Geschosseinteilung und die Klarheit in der Bewertung der Bauteile. Durch den Einsatz der Software PointCab kann dieses Prole hervorragend gelöst werden. Auf der Basis der übergebenen Punktwolkendaten wird ein PointCab-Projekt erzeugt. In diesem Projekt kann sich der Bearbeiter die Situation vor Ort genau ansehen. Er kann sich durch die Punktwolke, ähnlich wie in einem Rundgang, navigieren und erhält damit eine klare Vorstellung. Durch die Erzeugung von Grundriss- und Vertikalschnittbildern liefert die PointCab Software ideale Informationen zur Geschossverteilung und zur Einordnung der Höhenprofile. Die Software bleibt während der gesamten Bearbeitungszeit im Einsatz. Jeder nach der Punktwolke modellierte Raum wird optisch mit der Realität (z. B. dem Panoramafoto) verglichen und damit gleichzeitig geprüft.

Vertikalschnitt aus der Software PointCab

3. Revit – Definition der Ebenen

Eine besondere Herausforderung war die Definition der Hauptebenen. Aufgrund der über mehrere Jahrhunderte immer wieder erweiterten Bausubstanz war es schwierig, durchgehende Ebenen als Bezug zu finden und festzulegen. Das Modellierungsteam hat sich final für eine gemittelte Geschossdefinition entschieden, damit das Modell aufgebaut und die Abhängigkeiten erzeugt.

4. Revit – Erzeugung identischer Rasterlinien

Für eine homogene Außenhülle haben die Modellierer nach der „best fit“-Methode Rasterlinien an den Gebäudeaußenkanten erzeugt. An diese Definition musste sich jeder Bearbeiter zwingend halten. Gleichzeitig wurde damit auch der Modellierungsrahmen abgebildet und ein Verständnis für die Bauteile der Klosteranlage entwickelt. 

5. Revit – Aufteilung in Bearbeitungsbereiche

Damit allen Bearbeitern immer der gleiche Projektstand zur Verfügung stand, verwendeten sie eine Zentraldatei und definierten Bearbeitungsbereiche.

Dieser Entschluss brachte viele Vorteile:

  • Mehrere Bearbeiter konnten gleichzeitig am Projekt mitwirken
  • Aufwendiges „Copy & Paste“ wurde vermieden
  • Eine einheitliche Familienbibliothek wurde erzeugt, aufgebaut und verwendet
  • Schnelle Übersicht, welcher Bearbeiter in welchem Bereich arbeitet
  • Aus- und Anschalten verschiedener Arbeitsbereiche

Bearbeitungsbereiche aus der Software Autodesk Revit

Der Ablageort dieser Datei war ein zentraler Server, auf den jeder Bearbeiter Zugriff hatte. Mit einem Zeitstempel wurden die lokalen Arbeitsdateien versehen und gesichert.

6. Aufbau der Familienbibliotheken

Bei nahezu allen großen und komplexen Bestandsmodellierungen reichen die Bibliothekselemente von Revit selbst nicht aus. Eine Erweiterung der Bibliothek setzt gutes Verständnis und umfangreiche Kenntnisse in der Erzeugung von Familien voraus. Selbst erfahrene Revit-Modellierer nutzen dabei unterschiedliche Wege, Ansätze und Begriffsdefinitionen.

Damit alle Mitwirkenden die Elemente und ihre Parameter mit dem gleichen Verständnis erzeugen, wurden vorab ein einheitliches Muster, einheitliche Begriffe und Abhängigkeiten festgelegt. Diese Vorgaben wurden während der gesamten Bearbeitung von jedem Modellierer eingehalten.

Diese Vorgehensweise erwies sich insbesondere bei der Erstellung von Türen und Fenstern als hilfreich. Beispielsweise wurden für die Fenster kombinierte Familien aus Fensteröffnung und Fensterflügel verwendet. Die Abhängigkeiten wurden dabei gleich benannt. Jeder Bearbeiter konnte die Elemente unmittelbar kombinieren; die Bibliothek wurde in kurzer Zeit aufgebaut. Aufgrund der verschiedenen Höhenniveaus und der gemittelten Bezugsebenen wurde für die korrekte Brüstungshöhe der Fenster ein zusätzlicher Familienparameter vergeben. Der von der Software Revit vordefinierte Parameter konnte in diesem Projekt nicht genutzt werden und wurde durch eine Erweiterung ergänzt (Differenz der Brüstungshöhe (Abstand zur Ebene) – Fußboden).

Autodesk Revit – Beispiele Einzelfamilien – Fensteröffnung – diverse Fensterflügel

Autodesk Revit – Beispiele zusammengesetzter Familien

7. Revit – Modellierung

Die Modellierung erfolgte parallel mit drei Bearbeitern. Beginnend mit den Wänden und Geschossdecken wurde das Modell gemäß der Auswertestrategie „Vom Großen ins Kleine“ aufgebaut. Eine besondere Herausforderung lag in der Nachbildung von mittelalterlichen Türmen, Gewölben aus Romanik, Gotik und Renaissance, sowie aufwendigen Fassadendetails.

Modellierung in Revit

Vom Keller bis zum Dachboden verfügt die Klosteranlage über extrem schiefe Decken; diese mussten aufwendig nachmodelliert werden. Die uralten Kellerräume und deren Gewölbe wurden mit kreativen Strategien bearbeitet. Verschneidungen, Abzugskörper und Sweeps kamen dabei zahlreich zum Einsatz.

Viel Zeit benötigte auch die verformungsgetreue Modellierung der Dachgauben und deren Anschlüsse an die Dachneigung im zweiten Obergeschoss. Über 100 kleine Räume wurden auf dieser Etage modelliert sowie freigelegte Balken und Unterzüge, Höhensprünge und Gesimse.

Für die Fassadenelemente hat das Team die berechneten Orthofotos der Drohnenbefliegung eingesetzt. Anhand der Bilder konnten die Verzierungen, Schmuckelemente, Gesimse und Sandsteineinrahmungen perfekt platziert werden. Eine Modellierung nur nach Punktwolkendaten wäre wesentlich schwieriger und deutlich generalisierter.

Orthofoto – Fassade Süd

Modell – Fassade Süd

8. Einsatz anderer Softwarelösungen für komplizierte Bauteile

Einige der sehr aufwendigen Gewölbedecken konnten die Modellierer mit den Elementen und Möglichkeiten der Software Autodesk Revit nicht abbilden. Für diese Aufgabe verwendeten die Modellierungsexperten zusätzlich die Software Geomagic. Mit Hilfe von 3D-Polylinien wurden erst Flächen und dann Volumenkörper erstellt; die fertigen Volumenkörper wurden dann in eine Revit-Familie importiert und an der richtigen Position im Projekt platziert.

 

Deckenkonstruktionen mit Geomagic Design X

9. Prüfung und Übergabe

Nach Abschluss der Modellierungsarbeiten wurde das Gesamtmodell auf Vollständigkeit geprüft und im Format IFC übergeben. Entscheidend für eine nahezu konfliktfreie Übergabe der IFC-Datei zum CAD-System ViCADo waren die richtige Definition der Export- und Importparameter, eine gute Kommunikation mit dem Auftraggeber und zahlreiche Tests.

10. Ableitung von 2D-Plänen

Im Laufe der Jahre haben sich viele Standards für die Übergabe von Plänen entwickelt und etabliert. Dabei war oft eine 2D-Auswertung die Grundlage. Alle Informationen, zusätzlich zur Geometrie (z. B. Höhen und Materialien), mussten in die Pläne eingetragen werden.

Mit den parametrischen 3D-Modellen kam eine Wende. Alle relevanten Informationen sind Teil des 3D-Modells und müssen nicht mehr zwingend in die Pläne integriert werden. Damit sehen die Planableitungen oft sehr vereinfacht und ungewohnt aus; sie entsprechen damit häufig nicht den Vorstellungen der Kunden.

Ein weiterer Punkt ist die Einarbeitung von Höhensprüngen in den Geschossen. Im 2D-Plan ist eine sehr individuelle Arbeit möglich, wodurch die Lesbarkeit und Aussagekraft eines Plans erhöht werden können. Bei der Ableitung vom 3D-Modell müsste man mit mehreren Grundrissebenen arbeiten und ggf. Dopplungen in den Darstellungen einplanen.

Um für die Kunden vollständige Pläne zu erstellen, hat das Modellierungsteam der Laserscanning Europe GmbH mit verschiedenen Ableitungen gearbeitet. Diese wurden in AutoCad zusammengeführt, händisch nachbearbeitet und mit Bemaßungen und Texturen ergänzt.

Planableitung und Nachbearbeitung im AutoCad

Fazit

Die verformungsgerechte Modellierung alter Gebäude ist sehr zeitaufwendig, kostenintensiv und oft nicht nur mit einer Softwarelösung machbar. Um ein solches Projekt erfolgreich realisieren zu können, müssen geeignete Softwares kombiniert, kluge Generalisierungsansätze gefunden und Standards definiert werden. Der Erfolg hängt zudem von gut ausgebildeten, erfahrenen Modellierern ab, die mit dem Kunden klare Absprachen über die gesamte Bearbeitungsdauer treffen.

 

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