VOXELGRID-Technologie im Einsatz

Das Kloster Benediktbeuern blickt auf 1.250 bewegte Jahre zurück, die auch in der Bausubstanz ihre Spuren hinterlassen haben.  Quelle: VOXELGRID GmbH

Letzten November setzte sich die VOXELGRID GmbH auf der BIM World MUNICH gegen 30 Konkurrenten durch und gewann den BIM / Smart Construction Award. Damit wurde das Münchner Start-up Praxispartner des Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrums Planen und Bauen, das für kleine und mittelständische Unternehmen der Bauwirtschaft praxisgerechte Erkenntnisse aufbereitet. Als Übungsfeld für Lösungen von innovativen Unternehmen dient ihm dabei das Kloster Benediktbeuern.

Für die VOXELGRID GmbH, die sich auf die digitale Erfassung von Bestandsgebäuden spezialisiert hat, eignete sich der komplexe Altbau des Klosters bestens, die Leistungsfähigkeit der von ihm zum Patent angemeldeten innovativen Methoden in der Praxis zu testen.

Verlässliches Planmaterial

Denn während die FM-Branche über Building Information Modeling (BIM) redet, liegen in der Praxis für zahlreiche Bestandsimmobilien nicht einmal banalste Pläne vor. Und selbst wenn digitalisierte Daten existieren, müssen sich die Verantwortlichen oft fragen, ob diese überhaupt stimmen. Um also nicht den dritten vor dem ersten Schritt zu tun, dabei unnötig viele Ressourcen aufzuwenden und vielleicht unterwegs entnervt aufzugeben, sollte man sich im Bestand zunächst um die für das Facility Management wirklich grundlegenden Informationen kümmern. Mit Hilfe digitaler 2D-Pläne lassen sich dessen zentrale Aufgaben effektiv erfüllen – von der Belegungs- und Wegeplanung über die Flächeneffizienzanalyse bis zur Ausschreibung von Reinigungskosten. Setzt man dann noch innovative Methoden wie das von VOXELGRID zum Patent angemeldete Verfahren ein, gelingt es, diese Daten wirtschaftlich zu erheben und zu verarbeitet. Damit begibt man sich auf dem Weg raus aus der Theorie und rein in die praktische Umsetzung von BIM im Bestand.

Mit dem Laserscanner werden die Innenräume des Klosters digital erfasst.
Quelle: VOXELGRID GmbH

Zu eben diesem Zweck rollte ein Trolley mit einem Laserscanner an Bord über die fast 7.000 Quadratmeter Bruttogrundfläche (BGF) des altehrwürdigen Klosters Benediktbeuern. Vorbei an Heiligenstatuen, goldenen Kerzenleuchtern und barocken Putten. Die so aufgenommenen Koordinaten können zu einer farblosen Punktwolke weiterverarbeitet werden, die das Innere des Gebäudes im Detail abbildet. Dieses Vorgehen ermöglicht es, pro Tag bis zu 10.000 Quadratmeter BGF zu digitalisieren – auch Mönchszellen, Sakristeien und Kapellen. „Natürlich war dieses Gebäude für mich als Erfasser eine Herausforderung“, erzählt Aleksander Saso von der VOXELGRID GmbH. „Ein Kirchenschiff ist eben nicht quadratisch und praktisch, sondern weist erstaunlich viele gekrümmte Flächen auf. Und der unebene Boden im Kellerbereich stellte ein ziemliches Hindernis dar. Hier waren große Feldsteine verbaut, so dass neben dem Trolley auch unser Rucksacksystem zum Einsatz kam.“

Die einzelnen aufgenommenen Punkte ergeben zusammen eine Punktwolke der Innenräume.
Quelle: VOXELGRID GmbH

Zur Erfassung der Gebäudehülle ging es dann in luftige Höhen, denn dabei nimmt eine Drohne aus unterschiedlichen Positionen Bilder von den Fassaden- und Dachflächen auf. Mittels Photogrammetrie, einer Gruppe von Messmethoden und Auswertungsverfahren aus der Fernerkundung, werden diese Fotos später analysiert und markante Punkte ermittelt. Durch die verschiedenen Perspektiven der Aufnahmen kann die Position jedes dieser Punkte und folglich der einzelnen baulichen Elemente berechnet werden. So entsteht eine farbige Punktwolke, die den Blick auf das Gebäude von außen wiedergibt.

Digitale Informationen

Die mittels Photogrammetrie erstellte Punktwolke ermöglicht einen dreidimensionalen Blick auf das Äußere des Gebäudes. Quelle: VOXELGRID GmbH

Punktwolken von innen und außen vermittelt einen dreidimensionalen Eindruck vom Gebäude und helfen, dessen Strukturen besser zu verstehen; wie den äußerst komplexen historischen Dachstuhl des Klosters. Aber auch bei weniger komplizierten Immobilien lassen sich aus ihnen interessante Informationen ableiten, etwa zur Möblierung der Räume oder zur Anzahl der vorhandenen Beleuchtungskörper. Potential besteht zudem im Bereich der Dokumentation, denn über die Punktwolke ist in der Zukunft ein Vergleich zwischen dem Zustand vor beispielsweise fünf Jahren und dem aktuellen Zustand möglich. Außerdem stellt sie natürlich die Grundlage für die Anfertigung von 2D-Plänen mit Maßen und Flächen dar. Hierzu werden die vor Ort gesammelten Rohdaten mit Algorithmen und Rechenoperationen vektorisiert. So erhält man schließlich Pläne im dwg-Format, die über Raumstempel zum Beispiel Aufschluss über den Bodenbelag, die Deckenhöhe oder die Raumnutzung geben.

Für die Erstellung von Ausschreibungen, etwa von Reinigungsarbeiten, sind außerdem Fassadenansichten mit echtem Flächenaufmaß nützlich. Bei der Erfassung der dazu erforderlichen Fassadenattribute wird Deep Learning, ein Teilgebiet der künstlichen Intelligenz, eingesetzt. Dabei lernt das virtuelle Gehirn des Computers durch Beispiele und Erfahrungen: ihm werden hunderte kommentierte Gebäudebilder gezeigt, über die es sich die wesentlichen Merkmale verschiedener Bauteile wie Dachrinnen, Balkone oder Fenster aneignet. Auf diese Weise kann es diese schließlich auf neuen Bildern selbständig lokalisieren. „Das System hat inzwischen bemerkenswerte Fortschritte bei der Erkennung von Bauteilen und der Abschätzung ihrer Flächen gemacht“, erklärt Charoula Andreou PhD, CTO der VOXELGRID GmbH. „So identifiziert es innerhalb von einer Sekunde Fensterbereiche, und das mit einer Flächenabweichung von weniger als einem Prozent. Hierzu benötigten Architekten mit CAD Planzeichnung bisher viele Stunden, oder in komplizierten Fällen wie dem Kloster sogar Tage.“

BIM im Bestand

Zukünftig sollen realistische dreidimensionale Gebäudemodelle entwickelt werden, die sämtliche Informationen zu den Geometrien und baulichen Elementen enthalten. Außerdem wird derzeit an der automatischen Materialerkennung mittels Hyperspektralanalyse und Deep Learning gearbeitet. Damit lässt sich beispielsweise Feuchtigkeit in der Fassade bereits feststellen, bevor sie mit bloßem Auge sichtbar wird. Durch die geplante Integration aller Daten in AiBATROS®, der Bestandsmanagementsoftware des VOXELGRID-Partners CalCon, ließe sich dann BIM im Bestand sogar in 6D realisieren. Denn die dreidimensionalen Gebäudedaten von VOXELGRID werden dadurch noch um die zeitliche Komponente (4D) sowie Informationen zu den Kosten (5D) und zur Nachhaltigkeit (6D) ergänzt. Damit würde BIM endlich auch für Bestandsgebäude praktikabel und finanzierbar werden. Selbst wenn es sich dabei um so komplexe Immobilien wie das Kloster Benediktbeuern handelt, von dem nach 1.250 Jahren nun erstmals digitale Pläne vorliegen.

Von Voxelgrid GmbH für die BIM World MUNICH