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3D-Laserscanner erzeugen eine dichte Punktwolke, aus der im nächsten Schritt BIM-konforme Modelldaten generiert werden
Foto: Laser Scanning Architecture
Mehrwert trotz Mehraufwand

BIM im Bestand

BIM kann nicht nur Neubau. Auch für Umbau- oder Sanierungsmaßnahmen bietet die modellorientierte Planungsmethode Vorteile. Zuvor muss der Bestand allerdings BIM-gerecht erfasst werden.

Text: Marian Behaneck

Die landläufige Meinung zu BIM im Bestand lautet: »Die modellorientierte Planungsmethode ist im Bestand zu aufwendig. Zu hoch ist der zeitliche und finanzielle Mehraufwand für das 3D-Aufmaß und die BIM-gerechte Erfassung des Gebäudebestands.« Doch das ist nur die halbe Wahrheit: Neue Vermessungsverfahren sowie Hard- und Softwareentwicklungen rationalisieren zunehmend die nötigen Arbeitsabläufe und machen den Einsatz von BIM-Gebäudedatenmodellen auch beim Planen und Bauen im Bestand wirtschaftlich.

BIM-Vorteile auch im Bestand

Ist der Bestand digital erfasst, entstehen Rationalisierungsvorteile, beispielsweise durch die Übernahme von BIM-Gebäudedaten für Ausschreibungen, Kostenkalkulationen, Visualisierungen oder die Angebotserstellung und Bauzeitenplanung. Umbau-, Anbau- oder Sanierungsprojekte lassen sich einfacher und konsequenter statisch, haustechnisch, bauphysikalisch oder energetisch optimieren, weil im BIM-Modell enthaltene Gebäude-, Raum- und Bauteildaten, Hüllflächen, U-Werte etc. übernommen werden können. Werden die erfassten Bestandsdaten nach Baufertigstellung mit den As-built-Informationen ergänzt, die das realisierte Bauwerk »wie tatsächlich gebaut« kurz vor Inbetriebnahme dokumentieren, entsteht eine wertvolle Datengrundlage auch für die spätere Bewirtschaftung und Instandhaltung. Zwar ist man vor den im Altbau häufig auftretenden Überraschungen und Unwägbarkeiten auch mit BIM nicht gefeit. Automatisierte Änderungsverfolgungen, Baufortschritts-, Kollisions-, Plausibilitäts- und Qualitätskontrollen und nicht zuletzt durch die BIM-Planungsmethode vorgegebene Koordinations- und Kommunikationsabfolgen beugen jedoch Fehlern vor, machen die Bestandsplanung effizienter und steigern die Planungsqualität. Wollen Bauherren, Investoren und Planer von diesem Mehrwert profitieren, müssen sie allerdings auch die BIM-gerechte Erfassung des Gebäudebestands und den daraus resultierenden zeitlichen und finanziellen Mehraufwand berücksichtigen.

Bestand BIM-gerecht erfassen

Liegen halbwegs aktuelle Pläne in Papier- oder gar in digitaler Form vor, lassen sich BIM-Modelle auch auf dieser Grundlage eingeben. Dabei werden Papierpläne gescannt und als Pixel-Datei, digitale Pläne meist als DXF-Datei in ein BIM-fähiges CAD-Programm importiert und kalibriert. Über diese Unterlage wird anschließend eine »digitale Transparentfolie« gelegt, auf deren Grundlage man – ähnlich wie beim herkömmlichen »Durchpausen« – dreidimensionale BIM-Objekte konstruieren kann. Liegen keine oder nur veraltete Planunterlagen vor, kommt man um ein Bestandsaufmaß nicht herum.

Für das BIM-gerechte Aufmaß haben sich mehrere Messverfahren etabliert, die teilweise auch parallel eingesetzt werden: das digitale 2D-Handaufmaß oder die 3D-Tachymetrie für die Erfassung einzelner Messpunkte sowie das 3D-Laserscanning oder die Fotogrammetrie für die flächenorientierte Objekterfassung. Während das Handaufmaß mit Laser-Distanzmesser vorwiegend für die Erfassung einfacher, orthogonaler Grundrisse zum Einsatz kommt, eignen sich tachymetrische Verfahren auch für die Erfassung von polygonalen Grundrissen, unterschiedlichen Wandhöhen, Dachschrägen und Fassaden. Dabei werden mit einem Laser-Messgerät 2D- oder 3D-Koordinaten markanter Objektpunkte einzeln erfasst. Aus den Messdaten lassen sich, sofern erforderlich, noch vor Ort mit einer Aufmaßsoftware 2D- oder 3D-Aufmaßskizzen erstellen, die man über Schnittstellen an BIM-fähige CAD-Programme übergeben kann. Beim 3D-Laserscanning tastet ein an mehreren Standorten aufgestellter Laserscanner das Umfeld ab und wandelt es in eine dichte, aus mehreren Mio. Messpunkten bestehenden »Punktwolke« um. Aus den parallel aufgenommenen Fotos wird zusätzlich ein räumliches 3D-Panoramabild erstellt. Innerhalb weniger Minuten können damit auch komplexe, beispielsweise frei geformte oder stark strukturierte Objekte wie etwa gebäudetechnische Anlagen detailliert erfasst werden. Die Messdaten werden später im Büro manuell oder halbautomatisch ausgewertet. Auch fotogrammetrische Verfahren oder kombinierte Systeme können das BIM-Aufmaß ergänzen. Fotogrammetrie-Systeme wie beispielsweise »Phidias« basieren auf Fotos, die mit kalibrierten oder handelsüblichen Digitalkameras aufgenommen wurden. Bei der fotogrammetrischen Auswertung entstehen millimetergenaue 2D- oder 3D-Aufmaßskizzen. Kombinierte Messsysteme wie beispielsweise »HottScan« verknüpfen Tachymetrie und Laserscanning mit der Fotogrammetrie. Nach der Übergabe der Mess- und Fotodaten kann der Anwender mit der dazugehörigen Fotoaufmaß-Software am PC Räume dreidimensional modellieren.

Das Ergebnis bestimmt das Werkzeug

Welches Messverfahren sich für welche Aufgabe am besten eignet, hängt von mehreren Faktoren ab: vom Messobjekt, den Rahmenbedingungen, den Genauigkeitsanforderungen, vom Einsatzzweck der Messdaten und nicht zuletzt von den gewünschten Ergebnissen. Das 3D-Laserscanning punktet beispielsweise mit einer präzisen Erfassung auch komplexer Objekte, bei gleichzeitig hohen Erfassungsgeschwindigkeiten und kurzen Aufmaßzeiten vor Ort. Aufgrund der Vielzahl von Mess- und fotografischen Daten lassen sich fehlende Maße oder Details jederzeit, auch nach dem Aufmaßtermin, ermitteln und kontrollieren.

Tachymetrische Verfahren bieten wiederum Vorteile bei der Messdaten-Auswertung. So lassen sich aus den 2D- oder 3D- Messdaten bei Bedarf direkt vor Ort unmittelbar verwertbare CAD- oder BIM-Daten generieren, ohne diese später im Büro aufwendig aufbereiten zu müssen. Beim BIM-konformen Bestandsaufmaß kommt es allerdings nicht nur auf die Geometriedaten, sondern auch auf die Erfassung von BIM-Bauteilen und deren Sachdaten an: Handelt es sich um eine Wand, ein Fenster, eine Stütze oder eine Deckenplatte? Aus welchem Material und ggf. in welchem baulichen Zustand ist sie? Ebenso
wie die Auswertung sollte auch die Zuordnung der Geometrieobjekte zu den Bauteilen und die Erfassung der beschreibenden Sachdaten (Attribute) idealerweise parallel zum geometrischen Aufmaß erfolgen. Das hilft, Fehler und Mehraufwand zu vermeiden. Auch in diesem Punkt haben »langsame« Messverfahren wie das digitale Handaufmaß oder die Tachymetrie ihre Vorteile, weil sie eine parallele Erfassung von Bauteil- und Sachdaten ermöglichen. Daraus entstehen unmittelbar dreidimensionale BIM-Modelle, die aus »intelligenten« Bauteilen mit allen für die weitere Planung erforderlichen Attributen bestehen (z. B. »Flexijet 4Architects«).

Keine Bestandserfassung ohne Zielvorgabe

Vor der BIM-konformen Bestandserfassung sollten Zielvorgaben definiert werden. Diese werden wie beim Neubau in den »Auftraggeber-Informations-Anforderungen« (AIA), auch »BIM-Lastenheft« genannt, beschrieben. Dazu gehören beispielsweise Verantwortlichkeiten, Detaillierungsgrade des BIM-Modells, Softwareanforderungen, Übergabeformate etc. Die technische Umsetzung dieser Vorgaben und die Zusammenarbeit aller Projektbeteiligten werden im BIM-Projektabwicklungsplan, auch BIM-Abwicklungsplan (kurz BAP, englisch: BIM Execution Plan) oder BIM-Pflichtenheft genannt, detailliert festgehalten. Er bildet die Grundlage einer BIM-basierten Zusammenarbeit, definiert BIM-Ziele im Detail samt ihrer technischen Umsetzung, organisatorische Strukturen und Verantwortlichkeiten.

Wichtig für die Planung von BIM-Projekten im Bestand ist wie im Neubau der Level of Accuracy (LOA). Das ist eine vom U. S. Institute of Building Documentation (USIBD) definierte Angabe für die Mess-/Scangenauigkeit und die BIM-Modellgenauigkeit. Ebenso wichtig ist der Fertigstellungs- oder Modelldetaillierungsgrad (engl. Level of Development, kurz: LOD). Er beschreibt in mehreren Stufen – von einer symbolhaften Darstellung in einer frühen Planungsphase bis hin zur As-built-Modellierung in der Bewirtschaftungsphase – den erforderlichen Modellierungs- oder Fertigstellungsgrad eines BIM-Gebäudedatenmodells. Der LOD setzt sich zusammen aus dem geometrischen Informationsgrad (engl. Level of Geometry, kurz: LOG) und dem alphanumerischen Informationsgrad (engl. Level of Information, kurz: LOI) der Bauteile, aus dem das BIM-Modell besteht. Der geforderte Fertigstellungsgrad entscheidet u. a. darüber, welche Informationen später ausgewertet werden können: Abmessungen, Flächen, Materialien, Brandschutzklassen, U-Werte etc. Je höher der Detaillierungsgrad allerdings ist, desto größer ist auch die vom Anwender zu bearbeitende und von der Hard- und Software zu verarbeitende Datenmenge. Deshalb sollte auch beim BIM-Bestandsaufmaß stets der Grundsatz beachtet werden, dass nur soviel Informationen erfasst werden sollten, wie in den jeweiligen Leistungsphasen auch tatsächlich gebraucht werden.


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