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Im Stahlwasserbau ergeben sich unterschiedliche Anforderungen für Bestandsmodelle als Grundlage für die Sanierung und Instandhaltung. Auf der einen Seite werden BIM-konforme Modelle der Bauwerke benötigt, um die Bauwerkssanierung mit BIM-Werkzeugen zu planen. Auf der anderen Seite gibt es Bereiche, in denen Grundlagen für hydraulische Modelle zur Optimierung der Anlagen benötigt werden. Hinzu kommen im Stahl-Wasserbau Bauteile, die neu gefertigt und ersetzt werden müssen. Für die Dimensionierung und Fertigung sind für den Anschluss von Stahlbauteilen an die Betonkonstruktionen Genauigkeiten im mm-Bereich erforderlich. Wenn es um den Stahlbau selber geht, müssen zum Teil sogar Toleranzen im Bereich von 10tel mm erfüllt werden.

Darüber hinaus, erfolgt die Planung nicht nur in BIM-Plattformen, sondern auch in Stahlbau- und Industriesoftware. Einiges ist hierbei nur durch die Verwendung von Freiformflächen möglich. Das gängige Austauschformat IFC unterstützt zwar in den aktuellen Versionen theoretisch Freiformflächen, aber fast keine BIM-CAD-Plattform übersetzt diese in geeigneter Art und Weise fehlerfrei, ohne dass sich die Geometrie der CAD-Objekte verändert oder in Vermaschungen auflöst. In einer Durchführbarkeitsstudie haben wir in Vorbereitung auf unser nächstes Forschungsprojekt Lösungsansätze untersucht, die wir in den kommenden zwei bis drei Jahren in Zusammenarbeit mit einem Softwarepartner und zwei Forschungspartnern bearbeiten werden.

Die erforderliche Arbeitsweise wird zu einer Kombination aus BIM-Bestandsmodellen und einem Fachmodell für Fertigung und Stahlbau führen, in dem aus aktueller Sicht das IFC-Format nicht ausreichen wird.

Für die Deutsche Bahn sind aktuelle Bestands- und Zustandsdaten der Infrastruktur ein strategisches Instrument zur Erfüllung ihrer Kernziele: Sicherheit, Effizienz, Verfügbarkeit, Kundenzufriedenheit, Nachhaltigkeit und Innovationsfähigkeit.

Die präzise, digitale Erfassung der Infrastruktur ist somit ein zentraler Baustein für die Zukunft der Schienenmobilität. Klassische Aufnahmemethoden kommen aufgrund Fachkräftemangel, hoher betrieblicher Streckenauslastungen und der Kosten an ihre Grenzen.

Neue Technologien der fahrzeuggebundenen Multi-Sensor-Systeme (MSS; auch Mobile Mapping Systeme) etablieren sich als die Schlüsseltechnologie, mit der Messungen im regulären Zugbetrieb mit einer Genauigkeit von ±5 mm durchgeführt werden können. Neben der Aufnahmetechnik gehören innovative Lösungen für die Auswertung und Bereitstellung der aufgenommenen Daten zur Gesamtlösung. Dieser Beitrag beschreibt die Rahmenbedingungen, den Ablauf von der Vorbereitung über die Aufnahme mit MSS bis zur datenverarbeitenden Auswertung und digitalen Bereitstellung über Web-Technologien. Praktische Erfahrungen, Anforderungen und Herausforderungen werden diskutiert, wobei der Fokus auf der Nutzung von MSS-Daten für präzise Vermessungen unter Einhaltung der strengen DB-Qualitätsstandards gemäß DB-Handbuch 88301 »Gleis- und Bauvermessung« (HB 88301) liegt. Zusätzlich werden zwei innovative Ansätze vorgestellt.

Die Darstellung der Geometrie im „Building Information Modelling“ (BIM) wird in der Regel mit 3D-Volumenmodellen realisiert. Volumenmodelle haben sehr hohe numerische Genauigkeitsanforderungen und werden im kartesischen, dreidimensionalen Einbettungsraum modelliert. Deshalb unterstützt die 3D-Modellierungs- und -Koordinationssoftware keine gekrümmten und skalierten geodätischen Koordinatenreferenzsysteme, wie sie in der Vermessung, Geografischen Informationssystemen (GIS) und in Infrastruktur-Planungssoftware verwendet werden. Demnach besteht ein grundlegender Unterschied zwischen geodätischen Koordinatensystemen, die nach dem 2D+1D-Prinzip arbeiten, und kartesischen Koordinatensystemen, die 3D verwenden. Dieser Unterschied führt zu systematischen Abweichungen zwischen Punktwolke und tatsächlicher 3D-Geometrie. Um diese Abweichungen zu minimieren, kommt in diesem Beitrag das Verfahren der verzerrungsminimierten kartographischen Projektion, auch Low-Distortion-Projection (LDP) genannt, zum Einsatz. Die Lagekoordinaten dieser kartographischen Projektionen sind streng mit einem geodätischen Datum (z.B. ETRS89 oder DB_REF) verbunden. Aufgrund der speziellen Kartenprojektion sind sie aber in lokalen (BIM-)Projekten nahezu maßstabsfrei.

In BIM-Autorensystemen oder 3D-CAD werden Punktwolken bei Scan-to-BIM-Ansätzen als Digitalisierungsreferenz für die 3D-Modellierung von Bauwerken oder einzelnen Bauteilen genutzt. Im Idealfall ist die Punktwolke georeferenziert UND maßstabsfrei, um die zuvor genannten systematischen Abweichungen bei der Modellierung zu minimieren und einen Bezug des Modells zum übergeordneten Raumbezugssystem zu erhalten.

Der Beitrag beschreibt eine empirische Studie anhand eines Labor-Gebäudes der HTW Dresden. Zunächst wurde eine sehr genaue Netzmessung im Innen- und Außenbereich des Gebäudes durchgeführt (sigma3D = 5,6 mm). Anschließend wurde das Bauwerk mit 68 Standpunkten mit statischem, terrestrischem Laserscanning erfasst. Die Zielmarken wurden in zwei unterschiedlichen Koordinatenreferenzsystemen bestimmt: ETRS89/UTM33 und ETRS89/LDP (LDP = low distortion projection).

Die Punktwolke wurde in den beiden Referenzsystemen und drei unterschiedlichen Softwareanwendungen registriert. Dabei zeigten sich signifikante Unterschiede, die auf die jeweils verwendeten Registrierungsverfahren der Software und die Georeferenzierung zurückzuführen sind.

Trotz der Verwendung identischer Rohdaten und gleicher Passpunkte unterscheiden sich sowohl die ausgewiesene Registrierungsgenauigkeit als auch die relative Position der registrierten Standpunkte zwischen den Softwaresystemen. Ein Unterschied wird ebenso in Vergleichen zwischen Strecken ersichtlich, die in den registrierten Punktwolken gemessen wurden. Die Unterschiede zwischen den verschiedenen Softwarelösungen zur Registrierung fallen allerdings geringer aus, wenn die Passpunkte in einem verzerrungsminimierten Koordinatenreferenzsystem verwendet werden.

In diesem Beitrag wird die These geprüft, ob sich der Aufwand einer Registrierung in einem solchen LDP-System lohnt und wie dieses Referenzsystem für jeden Auftrag individuell angelegt werden kann. Zudem wird beschrieben, welche Abbildungsvorschrift eingesetzt werden und wie ein verzerrungsminimiertes Koordinatenreferenzsystem praktisch spezifiziert werden kann.

Bauen im Bestand funktioniert heute kaum noch ohne ein digitales As-Built Modell, welches die Grundlage für Planung und Umbau darstellt. In der Praxis hat sich die Modellierung auf Basis von 3D-Messdaten, insbesondere aus Laserscans, als besonders effizient erwiesen. In diesem Szenario bildet die Punktwolke die Referenz, anhand derer das As-Built-Modell erstellt und überprüft wird.
Bei der Baufortschrittskontrolle kehrt sich dieses Verhältnis um. Hier liegt bereits ein Modell vor, das den geplanten Zielzustand beschreibt. Der Abgleich mit der Realität erfolgt über aktuelle Scandaten, mit denen der tatsächliche Bauzustand erfasst und mit dem Modell verglichen wird.
In beiden Szenarien ist eine objektive und möglichst vollständige Beurteilung der Modellgüte zur Qualitätssicherung zentral. Für As-Built-Modelle gilt dies insbesondere dann, wenn diese teilweise KI-generiert sind oder von Subunternehmern erstellt wurden. Fehler in dieser frühen Projektphase wirken sich im weiteren Verlauf vervielfacht aus und führen zu erheblichen Mehrkosten.
Gerade bei komplexen Vorhaben stößt eine Überprüfung nach Augenmaß schnell an ihre Grenzen. Entsprechend haben sich Softwarelösungen etabliert, die Abweichungen zwischen Modell und Scan systematisch und in mehreren Stufen aufbereiten. Das Spektrum reicht von der Einfärbung von Punktwolken oder Modellen anhand geometrischer Abstände bis hin zur automatisierten Erstellung von Abweichungs- und Nachbesserungs-Listen, die geprüft, priorisiert und kollaborativ bearbeitet werden können.
Unser Beitrag gibt zunächst einen praxisnahen Überblick über eine Auswahl von am Markt etabliertesten Werkzeugen zur Qualitätskontrolle. Dabei betrachten wir insbesondere die Anwendungsfälle Distanz- und Toleranzprüfung, Vollständigkeitskontrolle sowie Kollisionsprüfung. Wir zeigen, wie Analyseergebnisse typischerweise vermittelt werden, welche Farbkodierungen sich in der Praxis bewährt haben und an welchen Stellen die betrachteten Lösungen noch Schwächen aufweisen. Außerdem stellen wir die heute verfügbaren Kollaborations- und Kommunikationsfunktionen vor.
Im zweiten Teil vertiefen wir den Workflow der Qualitätskontrolle und dessen Einbindung in Modellierungs- und Fortschrittskontrollprozesse. Aus Interviews mit Vermessern, Architekten, Modellierern und VDC-Managern wissen wir, dass dieser Schritt häufig nachgelagert erfolgt: In größeren Organisationen wird zunächst ein As-Built-Modell erstellt und anschließend an eine separate Stelle zur Qualitätsprüfung übergeben. Daraus entsteht ein iterativer Kreislauf, bis die gewünschte Modellqualität erreicht ist. Wir diskutieren die Schwierigkeiten dieses Vorgehens, die vielfach durch die derzeit verfügbaren Tools bedingt sind, und stellen dem einen stärker integrierten Workflow gegenüber, bei dem Modellierung und Qualitätskontrolle eng verzahnt sind. Abschließend zeigen wir die praktischen Vorteile eines solchen Ansatzes auf.