Marktübersicht: So finden Sie das passende 3D-Aufmaßsystem
Lassen sich rechtwinklige Standardräume noch relativ einfach mit Maßband, Zollstock oder Laser-Distanzmesser aufmessen, stoßen diese Werkzeuge bei komplexen Gebäudehüllen, krummen und schiefen oder frei geformten Räumen an ihre Grenzen. Für solche Fälle sind spezielle, laserbasierende 3D-Messsysteme besser geeignet. Sie erfassen 3D-Messpunktkoordinaten beliebiger Objekte über den Horizontal- und Vertikalwinkel sowie die gemessene Distanz. Die digitalen Messdaten lassen sich anschließend auf mobile oder stationäre Rechner übertragenen und auswerten.
Vom Messpunkt zur Punktwolke
Für das lasergestützte 3D-Aufmaß haben sich zwei Messverfahren etabliert: Die auf dem sogenannten tachymetrischen Prinzip basierende dreidimensionale Erfassung einzelner Messpunkte sowie das 3D-Laserscanning.
Markante Objektpunkte tachymetrisch erfassen
Beim tachymetrischen Verfahren werden mit Hilfe eines Laser-Messgeräts 3D-Koordinaten markanter Objektpunkte einzeln erfasst – entweder durch manuelles Drehen und Schwenken des Messgerätes oder motorisch betrieben und per Funkfernbedienung gesteuert. Anschließend werden die 3D-Geometriedaten über ein Datenkabel, einen Stick oder kabellos per Bluetooth oder WLAN in das meist zum System gehörende Aufmaßprogramm übertragen.
Aus den Messdaten lassen sich, sofern erforderlich, noch vor Ort mit der mitgelieferten Software 3D-Aufmaßskizzen erstellen, die man über Schnittstellen an CAD-Programme übergeben kann. Das tachymetrische 3D-Aufmaß eignet sich vor allem für das schnelle, dreidimensionale Aufmaß schiefwinkliger, runder oder frei geformter Räume. Es gibt auch tachymetrische Lösungen, die unmittelbar beim Aufmaß Wände, Stützen oder Decken als BIM-Bauteile erfassen. Daraus entsteht ein dreidimensionales BIM-Modell, das aus „intelligenten“ Bauteilen mit allen für die weitere Planung erforderlichen Attributen besteht und aus dem sich Grundrisse, Ansichten, Schnitte, Ausschreibungen und Kostenschätzungen ableiten lassen (z.B. Flexijet 4Architects).
Stark strukturierte Objekte per 3D-Laserscanner abtasten
Das 3D-Laserscanning eignet sich vor allem für das Erfassen komplexer, stark strukturierter Objekte, technischer Anlagen und damit auch der Gebäudetechnik. Dabei tastet ein an mehreren Punkten im Raum aufgestellter Laserscanner das Umfeld in einem dichten Raster von Messpunkten ab. Innerhalb weniger Minuten können damit auch geometrisch sehr komplexe Objekte mit allen Details aufgemessen werden. Vorteil – und zugleich Nachteil dieser Technik: Es werden nicht einzelne, für das Aufmaß wichtige Punkte selektiv gemessen, sondern mehr oder weniger wahllos Millionen von Messpunkten.
Das reduziert die Gefahr, dass wichtige Maße vergessen werden praktisch auf Null. Die sogenannten „Punktwolken“ lassen sich allerdings nicht sofort vor Ort weiterverarbeiten, sondern müssen später im Büro ausgewertet werden. Dafür werden die Messdaten in ein spezielles Auswertungsprogramm oder in ein CAD-Programm mit entsprechender Schnittstelle importiert und gefiltert. Horizontale oder vertikale Schnitte oder Schnittansichten lassen sich sofort generieren, indem durch die Punktwolke einfach eine Schnittebene gelegt wird.
Sollen die Messpunkte dagegen in CAD-Vektordaten überführt werden, müssen sie manuell, teilweise auch halbautomatisch ausgewertet und durch CAD-Elemente wie Linien, Bögen, Quader und Zylinder oder durch BIM-Bauteile ersetzt werden.
Kombi- und Fotogrammetrie-Systeme
In bestimmten Fällen werden die Tachymetrie und der 3D-Laserscan auch parallel eingesetzt, weil sich die Verfahren gegenseitig ergänzen. So werden etwa Raumgeometrien tachymetrisch, Details per Laserscan erfasst und die Aufmaßdaten passgenau überlagert. Auch fotogrammetrische Verfahren ergänzen das 3D-Aufmaß. Das zur BAU 2015 erstmals vorgestellte Mess-System HottScan beispielsweise kombiniert die Messverfahren Tachymetrie und Laserscanning mit der Fotogrammetrie.
Dabei tastet ein eigens dafür entwickeltes 3D-Aufmaßsystem die Umgebung wie ein Laserscanner automatisch rasterförmig ab, allerdings mit erheblich geringerer Geschwindigkeit und Punktedichte. Rund 30 Messpunkte werden innerhalb einer Minute für ein Raumaufmaß nach dem tachymetrischen Messprinzip erfasst. Bei Bedarf können manuell oder per Fernsteuerung zusätzliche Messpunkte aufgenommen werden. Aus den parallel erstellten Einzelbildern entsteht zusätzlich ein hochauflösendes räumliches 3D-Panoramabild, mit dem man jederzeit Vor-Ort-Details klären, die aktuelle bauliche Situation, Bauschäden oder haustechnische Anlagen dokumentieren kann.
Nach der Übergabe der Mess- und Fotodaten kann der Anwender mit der dazugehörigen Fotoaufmaß-Software am PC Räume dreidimensional modellieren. Dabei werden mit Hilfe der Messpunkte Raum-Ebenen definiert, innerhalb derer CAD-Objekte millimetergenau eingegeben werden können. So entstehen schrittweise CAD-Aufmaßskizzen, die zusammen mit Mengenauswertungen per Schnittstelle an CAD- bzw. Angebots- oder Abrechnungsprogramme übergeben werden können.
Reine Fotogrammetrie-Systeme wie Phidias oder PhotoModeler, die hier nur der Vollständigkeit halber genannt werden, basieren auf Fotos, die mit kalibrierten Kameras oder handelsüblichen Digitalkameras aufgenommen und nach Prinzipien der Fotogrammetrie ausgewertet werden. Dafür klickt der Anwender mit der Maus nacheinander markante Objektpunkte in einem oder in mehreren Fotos an. Mit diesen Eingaben und mit Hilfe mathematischer Berechnungsverfahren ist die Software in der Lage, CAD-Objekte millimetergenau im Raum zu modellieren und so aus zweidimensionalen Fotos dreidimensionale CAD-Aufmaßskizzen zu generieren.
Kriterien für die Auswahl des Aufmaßsystems
Zu den wichtigsten technischen Parametern von 3D-Aufmaßsystemen zählen der Messbereich und die Genauigkeit: Der erste Wert gibt an, von welcher minimalen bis zu welcher maximalen Distanz das Gerät messen kann (z. B. zwischen 0,3 und 50m). Die Messgenauigkeit gibt an, wie präzise ein Objektpunkt in seiner Position bei unterschiedlichen Messentfernungen erfasst werden kann (zwischen ± 1 und 4 mm).
Auch die Winkelgenauigkeit der beiden Drehachsen spielt hier eine wichtige Rolle, die – je nach System – sehr unterschiedlich sein kann. Das Sichtfeld gibt den horizontalen und vertikalen Bereich in Grad an, innerhalb dessen der Sensor Messpunkte erfassen kann. Er liegt horizontal stets bei 360 und vertikal bei rund 300 Grad. Dieser bauart- und stativbedingte „Mess-Schatten“ von etwa 60 Grad kann beispielsweise in beengten Mess-Situationen hinderlich sein. Deshalb ist es von Vorteil, wenn das System auch vertikal nahezu lückenlos misst. Für eine rationelle Messpunkterfassung bei tachymetrischen Systemen ist entscheidend, dass die Messpunkte wahlweise motorisch per Fernbedienung, aber auch manuell angefahren werden können.
Präziser lassen sich Messpunkte zwar motorisch anvisieren, schneller ist man aber per Hand. Auch die Messung selbst sollte wahlweise manuell oder per Fernbedienung ausgelöst werden können, damit man nichts verwackelt. Die maximale Messrate gibt an, wie viele Messpunkte pro Minute erfasst werden können. Weitere wichtige Funktionen sind die automatische Nivellierung beim Aufstellen des Geräts oder ein Schocksensor, der ein versehentliches Anstoßen erkennt, was beispielsweise bei regem Baustellenbetrieb hilfreich ist.
Messreihen ermöglichen eine halbautomatische Erfassung von Messpunkten entlang einer vorgegebenen Linie oder innerhalb einer Fläche. Bei tachymetrischen Systemen ist auch eine CAD-Datenprojektion möglich: Damit können CAD-Daten (z. B. polygonale Ausschnitte, Bohrpunkte etc.) auf eine Wand-, Decken- oder Bodenfläche projiziert werden, wodurch sich das zeitraubende Einmessen erübrigt. Die Datenübertragung der Messdaten vom Aufmaßgerät zum mobilen PC sollte kabellos und simultan erfolgen. Das ermöglicht einen kontinuierlichen Überblick über den aktuellen Verlauf der Messung. Die Messdaten sollten für das Weiterverarbeiten mit einem CAD-Programm über ein gängiges Format (DXF, DWG) exportiert werden können.
Gehäusedaten wie Maße und Gewicht sagen etwas über die Mobilität aus, die IP-Schutzart und das Gehäusematerial über die Baustellentauglichkeit des Gerätes. Für die Stromversorgung sind Lithium-Ionen-Akkus von Vorteil, die sich schnell aufladen lassen und länger durchhalten. Der Standard-Lieferumfang sollte einen Transportkoffer, ein Stativ, ein Ladegerät und eine Aufmaßsoftware umfassen. Bei manchen Geräten gehört weiteres Zubehör dazu, beispielsweise eine Fernbedienung.
Fazit: Auf die Amortisation achten
Wer auf der Baustelle dreidimensional aufmessen will, muss wesentlich mehr Geld ausgeben als für Zollstock, Bandmaß, Bleistift und Papier. Die Kosten liegen zwischen 1500 für einfache Systeme und wenige Messpunkte und 14.000 Euro für voll ausgestattete tachymetrische Systeme sowie zwischen 15.000 und 60.000 Euro oder auch darüber für 3D-Laserscanner mit unterschiedlichen Messgenauigkeiten und Messbereichen. Hinzu kommen jährliche Kalibrierungs- und Wartungskosten (zwischen 1000 und 4000 Euro).
Ganz gleich, welches System man einsetzt: 3D-Aufmaße gibt es nicht auf Knopfdruck. Bei tachymetrischen Messverfahren muss jeder Messpunkt einzeln anvisiert werden, was bei großen und komplexen Objekten mit vielen Messpunkten zu einer Herausforderung werden kann. Je komplexer die Geometrie und je kleinteiliger das Objekt ist – etwa bei gebäudetechnischen Anlagen – desto aufwendiger ist eine Einzelpunkt-Erfassung und desto mehr eignet sich das 3D-Laserscanning.
Wer nur gelegentlich Aufmaße braucht, sollte vorher allerdings genau überlegen, ob sich die Investition in ein eigenes Aufmaßsystem lohnt oder ob eine Dienstleistung nicht sinnvoller ist.
Dieser Artikel von Marian Behaneck ist zuerst erschienen in Gebäude Energie Berater Ausgabe:11-2018.
Literatur
[1] Aust, A., Walter, J.: Vergleich zwischen Laserscanning und Tachymetrie bei einer Gebäudeaufnahme, Hochschule Neubrandenburg, Neubrandenburg, 2009,
[2] Blankenbach, J.: BIM im Bestand 3D-Aufmaß und Modellierung für die as-built Dokumentation, Vortrag anlässlich der Intergeo Berlin, 2017,
[3] Donath, D.: Bauaufnahme und Planung im Bestand: Grundlagen, Verfahren, Darstellung, Beispiele, Vieweg & Teubner, Wiesbaden, 2009.
[4] Heiliger, R.: Die Vermessung von Architektur, Ratio-Books, Lohmar, 2016.
[5] Mettenleiter, M., Härtl, F.: Laserscanning, Die Bibliothek der Technik, München, 2015.
Praxistipps vom Dienstleister
Laserscanning-Dienstleister Johannes Rechenbach von Laser Scanning Architecture (
) ist von den Vorteilen des 3D-Laserscannings überzeugt, rät jedoch dazu, vor einem Gerätekauf die voraussichtliche Einsatzhäufigkeit zu prüfen: „Laserscanner sind insbesondere bei großen, komplexen und detailreichen Objekten unschlagbar.
Man vergisst kein Maß und anhand der parallel erstellten 360-Grad-Fotopanoramen kann beispielsweise der Handwerker vorab die Baustelle anschauen und auf mögliche Problempunkte hingewiesen werden. Allerdings ist nur bei mehrmals monatlichem Einsatz ein Kauf sinnvoll, denn zum Kaufpreis kommen jährliche Kalibrierungs- und Wartungskosten in Höhe von 3000 bis 4000 Euro hinzu.
Bei einer geringeren Auslastung ist ein Scan-Dienstleister die bessere Wahl. Dabei sollte man darauf achten, dass dieser nicht nur das Gerät bedienen kann, sondern auch das Know-how und die Werkzeuge besitzt, um Kunden das Gewünschte zu liefern. Das können 2D-Messbilder, fertige Grundrisse, Ansichten und Schnitte oder ein 3D CAD- oder BIM-Modell sein.“
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