Ratgeber: 3D Vermessung Gebäude

3D-Vermessung und Building Information Modeling (BIM) für effiziente Baumaßnahmen

Was ist 3D-Gebäudevermessung?

Exakte Bauwerksdaten mithilfe der Vermessung in 3D bilden die sichere Basis für die effiziente Planung von Umbauten, Modernisierungs- und Sanierungsmaßnahmen. In traditionellen Vermessungsverfahren dienen zeitaufwendige Techniken zur Erfassung von Entfernungen, Flächen, Winkeln und anderen Daten mithilfe handwerklicher Instrumente.
Dank moderner Laserscanner sind die meisten dieser Messverfahren obsolet. Innerhalb kurzer Zeit erfassen 3D-Scanner alle für die Vermessung notwendigen Daten.Auf dieser Datenbasis kann ein 3D- bzw. BIM-Modell mit all den komplexen baulichen Anlagen und Einrichtungen erstellt werden, was im weiteren Schritt als Planungsgrundlage dient.

Worin liegt die Bedeutung der 3D-Vermessung?

Während sich bei herkömmlichen Messverfahren meist mehrere Personen über eine Dauer von Stunden oder sogar Tagen auf dem Grundstück oder im Gebäude bewegen, kann eine Person allein den 3D-Scanner bedienen. Dieses Verfahren erfasst Bauwerksdaten in Minutenschnelle. Zudem entstehen die Scans mit Lasertechnik vollständig berührungslos und damit störungsfrei für laufende Produktionsverfahren und ohne Risiken für empfindliche Gebäudeteile und Einrichtungen. Die 3D-Vermessung erfasst auch schwer zugängliche Gebäudeteile, in denen sich mit herkömmlichen Messmethoden nur schwer präzise Maße ermitteln lassen.
Speziell für bestehende Gebäude stellt die 3D-Vermessung eine optimale Methode zur zeit- und kostensparenden Datenermittlung bei hoher Planungssicherheit dar. Dieser Aspekt gewinnt aufgrund stetig steigender Baukosten und der aktuellen Entwicklung in der Baubranche zunehmend an Bedeutung.

Grundlagen der 3D-Gebäudevermessung

Vor baulichen Veränderungen ist zunächst eine detaillierte Bestandsaufnahme erforderlich. Die in dieser frühen Planungsphase meist noch bestehende Nutzung der Gebäude erschwert den Einsatz konventioneller Vermessungsmethoden und die Ermittlung exakter Messergebnisse. Für moderne Laserverfahren in 3D bildet die gleichzeitige Nutzung der Gebäude kein Hindernis.

Ein erstes Verfahren zur Bestandserfassung in 3D war die Photogrammetrie. Sie wendet Fotografien aus verschiedenen Perspektiven sowie Panoramafotografien an, um daraus computergestützt ein Gebäudemodell zu erstellen, birgt jedoch noch immer kleine Ungenauigkeiten. Deutlich präziser funktioniert das später entwickelte 3D-Laserscan-Verfahren. Inzwischen wurde es mithilfe der LIDAR-Technik weiter verfeinert und bietet eine hohe Genauigkeit bei geringem Aufwand.

Anwendungsbereiche der 3D-Gebäudevermessung

Die Anwendungsbereiche der dreidimensionalen Vermessung von Gebäuden reichen von der Neubauplanung über Renovierungen und Umbaumaßnahmen bis hin zur Darstellung von Immobilien zur Vermarktung. Architekten erhalten innerhalb kurzer Zeit die notwendigen Daten über die Beschaffenheit von Bestandsgebäuden oder die Geländestruktur für Neubaumaßnahmen und können sie direkt mit CAD oder ihrem BIM weiterverarbeiten. Handwerker erfassen in Minutenschnelle die notwendigen Angaben für ihr Aufmaß. Makler und Vermieter erstellen mit geringem Aufwand Exposés mit realistischen Bildern und exakten Grundrissen. In der Immobilienverwaltung erleichtern die digitalen Messverfahren die Erfassung und Dokumentation von Gebäuden und Einrichtungen.

Methoden und Techniken

Für die Umgebungserfassung im Rahmen einer dreidimensionalen Gebäudevermessung mit anschließenden Visualisierungen kommen verschiedene Verfahren in Betracht. Alle Verfahren eignen sich zur weiteren Bearbeitung mit CAD- sowie mit einem BIM- (Building Information Modeling) System.

3D Laserscanner

3D Laserscanner für die Gebäudevermessung sind kompakte transportable Geräte mit einem Lasermesssystem, Kameras sowie einer Antriebs- und Steuerungstechnik. In Verbindung mit passender Software auf einem Tablet stellt der Scanner Visualisierungen seiner Umgebung dar. Für die Erfassung der Daten projiziert der Laserstrahl sein Licht auf die Objekte in seiner Umgebung und erfasst die Reflexion des Lichtstrahls. Anhand der dafür benötigten Zeit ermittelt der Laserscanner die Entfernung zu jedem von Millionen einzelnen Punkten. Aus dieser Umgebungserfassung entsteht eine Punktewolke, die der Software zur detaillierten Berechnung dreidimensionaler Bilder mit einer exakten Objektgeometrie und genauen Maßen dient. Das Laserscanning zeichnet sich durch seine für die Gebäudevermessung hohe Präzision, Schnelligkeit und Effizienz aus.

Photogrammetrie

Die Photogrammetrie verwendet zur Erstellung von 3D-Modellen Fotografien aus unterschiedlichen Betrachtungswinkeln, setzt diese in passende Verhältnisse und errechnet daraus ein dreidimensionales Modell. Bei Bedarf lassen sich die Ergebnisse mit den Berechnungen des Laserscanners kombinieren. Die Stärken der Photogrammetrie liegen in einer naturgetreuen Visualisierung von Umgebungen, ihre Schwächen in einer leichten Ungenauigkeit.

LIDAR

Die Abkürzung LIDAR steht für Light imaging detection and ranging und beschreibt die Technik, mit der moderne Laserscanner arbeiten. LIDAR-Scanner richten ihre Laserstrahlen zur Erfassung der Entfernungspunkte nicht zwangsläufig auf ein Objekt, sondern nehmen durch Reflexionen in der Atmosphäre wahr. LIDAR-Scanner arbeiten zudem mit Zeitmessung und Ortungssystemen wie GPS und erfassen dadurch zusätzlich Orientierungsdaten für die Vermessung.
Dieses Verfahren der Vermessung in 3D zeichnet sich durch hohe Präzision bei der Erfassung von Entfernungen, Maßen und Aufzeichnungswinkeln sowie seine Geschwindigkeit bei der Erstellung der Punktwolke aus. In Kombination mit den Daten farbiger Kamerabilder entstehen in der Software besonders realistische Visualisierungen.

BIM (Building Information Modeling) und 3D-Vermessung

Besondere Vorteile bietet die Vermessung mit 3D-Technik in Kombination mit dem Building Information Modeling System (BIM). Hier fließen die aus den Scans und der Punktwolke ermittelten Daten direkt ein und bilden die Basis des Gebäudemodells. Den an der Baumaßnahme beteiligten Nutzern des BIM stehen somit kurzfristig aktuelle Daten für ihr Aufmaß, Materialbestellungen, Kalkulationen und Zeitplanungen zur Verfügung.

Vorteile der 3D-Gebäudevermessung

Die Vorteile der Vermessung von Gebäuden in 3D-Technik erstrecken sich über alle Phasen der Bauplanung und Bauausführung und reichen darüber hinaus. Im Fall einer engen Zusammenarbeit, wie etwa im BIM, profitieren alle beteiligten Parteien vom Architekten über die ausführenden Handwerker bis zum Gebäudemanagement des Bauherrn von den Scans der einmal vorgenommenen Vermessung.

Herausforderungen und Einschränkungen

Die bedeutende Herausforderung der 3D-Vermessung besteht in der Beherrschung des Laserscanners und der Softwarenutzung. In jedem Fall ist eine ausführliche Einweisung erforderlich. Funktionalität und Genauigkeit sind auch von der Softwarequalität abhängig. Im Idealfall harmoniert das Anwenderprogramm perfekt mit dem Scanner, sodass es sinnvoll ist, den Empfehlungen des Herstellers zu folgen.

Mögliche Einschränkungen der 3D-Vermessung können bezüglich der Feinheit der Messergebnisse vorkommen und sind abhängig von der Qualität des Laserscanners. Die Genauigkeit der Messergebnisse nimmt generell mit zunehmender Größe des Objekts ab. Allgemein sind die Abweichungen mit 0,005 bis 1 mm sehr gering.

Kostenfaktoren bei der 3D-Gebäudevermessung

Den wichtigsten Kostenfaktor der 3D-Gebäudevermessung bilden die Größe des zu vermessenden Objekts und die gewünschte Genauigkeit. Je hochwertiger der eingesetzte Laserscanner ist, umso höher sind die Kosten. Auf Laserscanning spezialisierte Unternehmen berechnen Kosten zwischen 0,75 und etwa 2,00 EUR pro Quadratmeter für den 3D-Laserscan. Eine zusätzliche 3D-Modellierung erzeugt weitere Kosten zwischen 1,10 und 2,50 EUR pro Quadratmeter.

Vorteile und Potenziale für Bau- und Immobilienprofis

Die lasergestützte 3D-Gebäudevermessung bietet aufgrund der mit ihrem Einsatz verbundenen Zeitersparnis, ihrer Genauigkeit und der vielfältigen Nutzbarkeit der Messergebnisse während des gesamten Bauprozesses enorme Vorteile gegenüber traditionellen Vermessungsverfahren. Für Bau- und Immobilienprofis bieten 3D Laserscanner enorme Potenziale zur Zeit- und Kostenersparnis bei gleichzeitiger Erweiterung ihrer Möglichkeiten.