Abschlussarbeiten

In der Arbeit wurde die Integration von Nachhaltigkeitsinformationen in digitale Bauwerksmodelle mittels Building Information Modeling (BIM) untersucht. Ziel ist die Entwicklung eines Plug-Ins für Autodesk Revit, das CO2-Emissionswerte von Baumaterialien automatisiert aus einer externen Datenbank in BIM-Modelle überträgt. Das übergeordnete Ziel besteht darin, Planern zu ermöglichen, bereits in der Entwurfsphase nachhaltige Entscheidungen zu treffen. Im theoretischen Teil der Arbeit wurden zunächst grundlegende Nachhaltigkeitskonzepte im Bauwesen untersucht, darunter die Environmental Product Declaration (EPD) und der Carbon Risk Real Estate Monitor (CRREM). Darüber hinaus wurde die Relevanz der Lebenszyklusanalyse für die ökologische Bewertung von Gebäuden analysiert. Im Anschluss wurden Herausforderungen bei der Implementierung solcher Nachhaltigkeitstaxonomien in BIM-Systeme diskutiert.
Im Rahmen des praktischen Teils erfolgte die Entwicklung eines Python-basierten Plug-Ins für Autodesk Revit. Die Programmierung erfolgt in Visual Studio Code unter Verwendung der Bibliothek IfcOpenShell zur Verarbeitung von IFC-Dateien. Das Plug-In führt folgende Aufgaben durch:
 

1. Datenanalyse und Vorverarbeitung:
   - relevanten Umweltinformationen extrahiert
   - Bereinigung der Daten und Konvertierung in ein geeignetes Format

    

2. IFC-Dateiverarbeitung:
   - Export des Gebäudemodells aus Revit als IFC-Datei
   - Identifikation relevanter Bauteile (*IfcWall, IfcDoor, IfcWindow etc.)
   - Verknüpfung der GWP-Werte mit den Bauteilen im Modell
   - Speicherung als IfcPropertySets für eine maschinenlesbare Integration

    

3. Validierung und Überprüfung
   - Import der modifizierten IFC-Datei in BIMVision
   - Prüfung der korrekten Zuweisung der Nachhaltigkeitsdaten

Das entwickelte Plug-In ermöglicht eine vollständig automatisierte Integration von CO2-Emissionswerten in BIM-Modelle. Die Validierung in BIMVision bestätigt, dass alle Nachhaltigkeitswerte korrekt zugewiesen und gespeichert wurden. Die Automatisierung reduziert den manuellen Aufwand erheblich und ermöglicht es Planern, Umweltauswirkungen frühzeitig zu bewerten.

Trotz des Erfolgs der Implementierung bestehen weiterhin Herausforderungen, insbesondere in der Standardisierung und Interoperabilität zwischen verschiedenen BIM-Softwarelösungen. Die Arbeit kam zu dem Schluss, dass digitale Werkzeuge wie BIM einen signifikanten Beitrag zur Förderung nachhaltiger Bauweisen leisten kann.

Building Information Modeling (BIM) ist eine Arbeitsmethodik, die in den vergangenen Jahren eine signifikante Zunahme an Bedeutung erfahren hat und maßgeblich zur Digitalisierung im Bauwesen beiträgt. Der Begriff bezeichnet zum einen den Prozess der Erstellung, Änderung und Verwaltung eines digitalen Bauwerksmodells mithilfe spezieller Software. Zum anderen wird er verwendet, um die Anwendung dieses digitalen Modells während des gesamten Lebenszyklus eines Bauwerks zu beschreiben. BIM bezieht sich mittlerweile nicht mehr ausschließlich auf die Gebäudemodellierung. Speziell in Deutschland wird durch die Initiative des Bundesministeriums für Verkehr und Digitale Infrastruktur (BMVI) der Einsatz von BIM vor allem im Infrastrukturbau vorangetrieben. Das bedeutet, dass zukünftig Projekte im Straßen-, Schienen- und Wasserstraßenbau sowie bei zugehörigen Brücken-, Tunnel- und Ingenieurbauwerken BIM-konform geplant werden.

Für diese Planungen werden Grundlagendaten aus unterschiedlichen Quellen benötigt, wie 
z.B. Airborne-Laserscanning-Daten zur Darstellung eines großflächigen Geländeverlaufs, detaillierte Geländeaufnahmen von Geodäten oder auch Grundstücks- und Eigentümerdaten. Diese Daten müssen einerseits verwaltet und organisiert werden, andererseits müssen die vorliegenden Daten möglicherweise in ein geeignetes, einheitliches geodätisches Referenzsystem übertragen werden. Aus diesen Grundlagendaten können geometrisch und semantisch aussagekräftige Umgebungsmodelle für die Bauwerks- und Infrastrukturplanung erstellt werden. Da jedes Bauprojekt die Zusammenarbeit von Fachkräften aus zahlreichen Fachbereichen erfordert, ist eine interoperable Zusammenarbeit von entscheidender Bedeutung. Diese wird durch openBIM-Modelle realisiert. Das zentrale Schema für openBIM, entwickelt und gefördert von buildingSMART, ist das Industry Foundation Classes (IFC)-Format. Als offener, herstellerneutraler Standard ermöglicht IFC den modellbasierten Austausch sowie die gemeinsame Nutzung von Bauwerksdaten im Rahmen der BIM Methodik.

Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Erstellung von openBIM-konformen Umgebungsmodellen und Bestandsmodellen in BricsCAD BIM. Zum Zeitpunkt der Untersuchung lag die aktuelle Version V24 vor. Es wurde versucht, ein Umgebungsmodell aus möglichst kostenfreien Grundlagendaten zu erstellen. Dazu wurden verschiedene Geodaten sowie eine aus einer tachymetrischen Geländeaufnahme generierte LandXML-Datei verwendet. Als Ergänzung wurden noch eine unregelmäßige Wand sowie eine Stromleitung modelliert. Hauptaugenmerk lag dabei auf die Georeferenzierung sowie die semantische und topologische Korrektheit. Für diese Erstellung standen in BricsCAD BIM V24 ausreichend Funktionen zur Verfügung. BricsCAD BIM V24 kann mit großen Koordinatenwerten arbeiten, sodass die Modellierung georeferenziert im amtlichen oder festgelegten Koordinatensystem durchgeführt werden kann. Funktionen zum Festlegen eines Projektbasispunktes oder einem übergeordneten Koordinatensystem wurde erst mit der Version V25 eingeführt.

Zusätzlich wurde versucht, ein Umgebungsmodell mit einem integrierten 3D-Stadtmodell zu erzeugen. Dazu wurden ebenfalls verschiedene Grundlagendaten verwendet. Die gängigste Variante für die Speicherung und den Austausch von 3D-Stadtmodellen ist das Format City-GML. In BricsCAD BIM steht jedoch keine Funktion zum Import von City-GML-Daten zur Verfügung. Trotzdem konnte mithilfe eines Workarounds ein aussagekräftiges Umgebungsmodell erstellt werden.

In Bezug auf die Gebäudemodellierung wurden zunächst die Mindestanforderungen an eine BIM-Software für die Gebäudemodellierung untersucht. BricsCAD BIM V24 erfüllt grundsätzlich alle Mindestanforderungen. Für weitere Untersuchungen wurde ein Einfamilienhaus basierend auf einem 3D-Laserscan modelliert.

Insbesondere wurden die Möglichkeiten verschiedener Wandaufbauten, geschossübergreifender Bauteile sowie die standardkonforme Ableitung von Grundrissen und Schnittdarstellungen untersucht.

Unterschiedliche Wandaufbauten lassen sich in BricsCAD BIM V24 problemlos realisieren. Geschossübergreifende Bauteile sind jedoch nicht möglich. Solche Bauteile müssen entweder einem Geschoss zugeordnet oder an der Geschossgrenze aufgetrennt werden.

Eine Ableitung von standardkonformen Grundrissen und Schnittdarstellungen ist in BricsCAD BIM V24 über den typisierten Plan realisierbar. Die Konfiguration ist zwar aufwendig, bei regelmäßigen Ableitungen jedoch sinnvoll.

Nach Abschluss der Modellierung wurde von jedem Modell eine IFC-Datei exportiert, um die openBIM-Konformität zu überprüfen. Diese Dateien wurden anschließend in verschiedene BIM-Softwarelösungen importiert. Die Ergebnisse fielen dabei sehr unterschiedlich aus. Sie reichten von nahezu verlustfreien Importen bis hin zu Fällen, in denen kein Importergebnis erzielt werden konnte. Semantik und Topologie wurden größtenteils übernommen.

Diese Problematik kann jedoch nicht ausschließlich einer einzelnen Software zugeschrieben werden, sondern stellt eine generelle Herausforderung für alle Softwareentwickler dar.

Die jeweiligen Softwarehersteller interpretieren das IFC-Schema unterschiedlich, wodurch ein verlustfreier Datenaustausch nur schwer realisierbar ist.

Dieser Sachverhalt wird künftig eine zentrale Herausforderung im Zusammenhang mit der openBIM-Thematik darstellen.

Es kann jedenfalls festgehalten werden, dass BricsCAD BIM die Erstellung von openBIM-konformen Umgebungsmodellen und Bestandsmodellen unterstützt. 

Die Erdzeichnungen in der Pampa von Nasca im Süden Perus zählen zu den größten Rätseln der Geschichte. Auf einem mehr als 500 km² umfassenden Gebiet zeugen die Linien und Geoglyphen von der hohen künstlerischen und technischen Begabung der Nasca-Kultur (ca. 200 v. Chr. bis 650 n. Chr.). Das 1995 an der HTW Dresden initiierte Forschungsprojekt „Nasca“ hat sich zum Ziel gesetzt, dass Weltkulturerbe angesichts der drohenden Zerstörung in digitaler Form zu erhalten. Kernstück des Forschungsprojektes bildet das NascaGIS, in welchem alle verfügbaren Daten zu den Bodenzeichnungen gespeichert, verwaltet, analysiert und für die Präsentation aufbereitet werden. Ziel der Bachelorarbeit ist die Erneuerung dieser Webapplikation unter Verwendung von Open-Source-Software.

Die Erneuerung erfolgt clientseitig über einen lokalen Rechner unter Windows. Hierzu werden QGIS, ein Webbrowser, sowie PuTTY und WinSCP zur Kommunikation und dem Austausch von Daten zwischen Client und Server verwendet. Serverseitig erfolgt die Installation und Konfiguration der Software-Komponenten unter Ubuntu Linux. Im Zuge einer Erneuerung der bestehenden Applikation werden verfügbare Produkte zur Erstellung von webbasierten Kartenanwendungen genauer betrachtet und hinsichtlich zuvor definierter Anforderungen beurteilt. Durchsetzen konnten sich Mapbender, QGIS Server sowie Apache HTTP Server.

Im Anschluss an die Installation und Konfiguration der einzelnen Software-Komponenten erfolgt die Gestaltung eines WMS in QGIS sowie die Erstellung einer Anwendung in Mapbender. Nach dem Upload der QGIS-Projektdateien kann der konfigurierte Geodienst schließlich in die Mapbender-Anwendung implementiert und die Applikation bereitgestellt werden.

Das vorgestellte Zusammenspiel von modernen Webtechnologien mit Konzepten der Visualisierung räumlicher Daten bildet eine gute Basis zur weiteren Entwicklung der Webapplikation. So konnten alle Anforderungen nach einer funktionalen und erweiterbaren Open-Source-Lösung erfüllt werden. Dies ermöglicht die Fortführung der jahrzehntelangen Arbeiten zum digitalen Fortbestand des Weltkulturerbes.

Eine der vielzähligen Theorien über die Geoglyphen bei Nasca wurde in den 1940er Jahren von Paul Kosok und Maria Reiche aufgestellt. Sie vermuteten einen astronomischen Zusammenhang, da sie während der Sonnenwende zufällig den Sonnenuntergang über einer Nasca Linie beobachteten. Daraufhin fand die Dresdnerin zahlreiche weitere Linien mit einer Ausrichtung auf helle Sterne, sowie Sonnen- und Mondwenden. Im Rahmen dieser Bachelorarbeit werden die Ergebnisse von Maria Reiche hinsichtlich der Mondwenden evaluiert sowie auf das gesamte Gebiet der Nasca-Linien ausgeweitet.

Für die Berechnung der astronomischen Koordinaten während der Mondwenden zur Nasca-Zeit (200 v. Chr. bis 650 n. Chr.) steht das präzise Berechnungsprogramm „JPL Horizons System“ der NASA zur Verfügung. Außerdem wird die Open-Source-Software „Stellarium“ verwendet, um die Bahnbewegung des Mondes am Untersuchungsstandort zu simulieren (siehe Abbildung 1). Die Datenaufbereitung der Linien-Koordinaten erfolgt, ebenso wie die Visualisierung der Ergebnisse, in ArcGIS Pro.

Für den Abgleich zwischen den Linien- und Mond-Koordinaten wird eine Excel-Tabelle angelegt. Zunächst erfolgt die Überprüfung der von Maria Reiche identifizierten „Mondlinien“, anschließend werden alle im NascaGIS hinterlegten geraden Linien und Flächengrenzen untersucht.

Im Ergebnis weisen etwa 12,5 % aller Linien einen möglichen Zusammenhang mit Mondwende-Ereignissen auf, wenn von einer Beobachtungsgenauigkeit von ± 2° ausgegangen wird. In Abbildung 2 ist die Verteilung dieser Treffer (blau = Große Mondwende, rot = Kleine Mondwende) über dem gesamten Untersuchungsgebiet zu erkennen. Die vorliegenden Ergebnisse von Maria Reiche lassen sich dabei vollständig bestätigen.

Als Sümpfen bezeichnet man das Entfernen von Wasser aus einem Bergwerk.

Der Braunkohlentagebau Inden im rheinischen Braunkohlerevier liegt aktuell mit der tiefsten Sohle vor der Ortschaft Merken (Abb. 1). Aufgrund von potenziellen Bodenbewegungen und bauwerkschädlichen Absenkungen wird in dieser Arbeit das horizontale Bewegungsverhalten der Ortschaft und des Umlandes untersucht.

Bisher wurden repräsentative Messpunkte in Merken für die Analyse von Bodenbewegungen nur tachymetrisch bestimmt und relative Längenänderungen der verschiedenen Messepochen durch lokale Koordinatenunterschiede miteinander verglichen. Um auch Informationen über die Richtung und Art der großräumigen Deformationen in Merken zu erhalten, werden die terrestrischen Messungen durch statische GNSS-Messungen ergänzt. (Abb. 2).

Bei einer gemeinsamen Auswertung von Messungen aus der Tachymetrie und GNSS wird berücksichtigt, dass die Ermittlung der Koordinaten in unterschiedlichen Bezugssystemen stattfindet. Die Verebnungen mittels geläufiger Abbildungsmethoden führen zu  Streckenveränderungen.  Gemäß Kundenwunsch muss die Längentreue jedoch erhalten bleiben.

Um die längentreue Darstellung von horizontalen Bodenbewegungen in einem übergeordneten Koordinatensystem zu erreichen, werden mehrere Transformationsschritte unter Verwendung eines topozentrischen Koordinatensystems durchgeführt. (Abb. 3)

Es wird ein Konzept entwickelt, das es ermöglicht, beide Messverfahren  gemeinsam auszuwerten und verschiedene Messepochen längentreu in einer Karte darzustellen. (Abb. 4)

Das Ergebnis ist eine Darstellung, bei der die ermittelten Punktverschiebungen durch Bewegungsvektoren längentreu in einer Karte abgebildet werden. (Abb. 5).

Im Zeitraum von 1946 bis 1991 gewann die Staatliche Aktiengesellschaft der Buntmetallindustrie / Sowjetisch-Deutsche Aktiengesellschaft Wismut große Mengen Uranerz aus der Lagerstätte Schlema-Alberoda, nördlich der Stadt Aue. Die Auswirkungen jener Vergangenheit und die Resultate der anschließenden Sanierungsmaßnahmen der Wismut GmbH sind bis heute in der Region präsent.

Das Ziel dieser Abschlussarbeit war die 3D-Modellierung und Präsentation des Bergbaugebietes von Niederschlema, eines Ortsgebietes von Aue-Bad Schlema, für drei verschiedene Zeitschnitte. Hierdurch erhalten Interessenten die Möglichkeit, den Wandel der Landschaft von den Anfängen des Wismut-Bergbaus im Modell von 1947 über den Beginn der Sanierungsphase der Bergbaufolgelandschaften im Modell von 1994 bis hin zur gegenwärtigen Situation im Jahr 2023 mit den sanierten Halden und noch existierenden Schächten nachzuvollziehen.

Die Modellerstellung stützte sich primär auf die Tagerisse der Wismut GmbH sowie die digitalen Höhen- und Stadtmodelle des Landesamtes für Geobasisinformation Sachsen. Für die Modellierung kam die Software ArcGIS Pro zum Einsatz. Nach der Erstellung wurden die 3D-Modelle mithilfe von ArcGIS Online über Webszenen in Anwendungsumgebungen wie Story Maps und Portfolios veröffentlicht. Diese ermöglichen einen Vergleich der Modelle. Zudem vermitteln Videos einen Überblick über die Modellinhalte.

Die Geländeoberflächen der 3D-Modelle basieren auf Höhenrastern, die zusätzlich anhand von Schummerungs- und Neigungsrastern visualisiert wurden. Eine Charakteristik der Nutzungsarten der Oberfläche erfolgte über unterschiedlich symbolisierte Polygone. Dreidimensionale Bauwerke und Bäume tragen zur 

realistischen Gestaltung der Modelle bei. Primär während der Präsentation der Szenen in ArcGIS Online zeigt sich ein unerwünschtes Schimmern der Dachdeckung. Relevante Objekte erhielten zudem Beschriftungen und aktivierte Pop-ups bieten zusätzliche Informationen.

Erstmals wurde somit der facettenreiche Wandel von Niederschlema in 3D-Modellen dargestellt. Dadurch haben Interessenten die Möglichkeit, die Entwicklung von vergangenen Zeiten bis in die Gegenwart zu erfassen und die einzelnen Zustände zu vergleichen.

Bachelorarbeit von Alfred Paul (2023)

Die Building Information Modeling (BIM)-Methode bietet zahlreiche Vorteile über den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes. Allerdings stellt sich die Frage, wie ein Gebäude, das vor der Einführung der BIM-Methode errichtet wurde, in ein Bestandsmodell überführt werden kann, um einige der Vorteile für das Gebäude nutzbar zu machen. Es gibt viele verschiedene Softwarelösungen, die dafür angeboten werden. Im Rahmen dieser Untersuchung wurden zwei bekannte Softwares zur Punktwolkenverarbeitung ausgewählt, die jeweils ein Plugin zur Modellierung in Revit bieten. Die Plugins von PointCab und AsBuiltModeler wurden verwendet, um den Dachstuhl des historischen Herrenhauses in Rothnaußlitz zu modellieren. Das Gebäude hat eine reiche Geschichte und steht derzeit teilweise unbewohnt und unrenoviert als Mehrfamilienhaus.

Vor der Modellierung des Herrenhauses war es entscheidend, einen geodätischen Rahmen zu schaffen. Dies wurde durch Vermessungspunkte erreicht, die mithilfe eines Trimble R10 GNSS durch die Dachfenster ermittelt wurden. Zudem wurden Schachbrettmarken, die über den gesamten Dachstuhl verteilt waren, mithilfe eines Leica TCRP1202+ eingemessen. Anschließend wurde der Dachstuhl aus 22 verschiedenen Standpunkten durch den Laserscanners Faro Focus S150 erfasst und mit der Registrierungssoftware "Scantra" über identische Ebenen registriert.

Sowohl der Modellierungsworkflow als auch der Funktionsumfang der beiden Plugins waren ähnlich, jedoch gab es deutliche Unterschiede in Bezug auf die Benutzeroberfläche und Navigation in der Punktwolke. Dies führte zu erheblichen Unterschieden in der Modellierungsgeschwindigkeit. PointCab arbeitet hauptsächlich in 2D-Ansichten, was ein performantes Arbeiten in großen Punktwolken ermöglicht, jedoch das Erfassen von 3D-Geometriemerkmalen erschwert. Im Gegensatz dazu erfolgt die Arbeit mit AsBuiltModeler in der 3D-Punktwolke. Vor der Modellierung muss die Punktwolke berechnet werden. Die Navigation in der Punktwolke wird durch eine fliegende Perspektive realisiert. PointCab ermöglicht zusätzlich zur Punktwolkenverarbeitung auch die Möglichkeit der Registrierung und Transformation in ein übergeordnetes Koordinatenreferenzsystem an und bietet dadurch im Vergleich zu AsBuiltModeler ein umfassenderes Gesamtpaket.

Während der Modellierung wurden typische BIM-Paradigmen wie Semantik, Volumenkörper, Topologie und Bezugselemente im Rahmen der Bestandsaufnahme untersucht. Es wurde beschrieben, wie die Plugins während der Modellierung arbeiten und wo Verbesserungspotenzial besteht. Dabei unterschieden sich die Plugins in der Erstellung der Balkenkonstruktion. AsBuiltModeler verfolgt den Ansatz, die Balken über Flächen zu definieren, während PointCab die Kanten des Objekts nutzt. Der Ansatz von AsBuiltModeler in Kombination mit der Punktwolkennavigation erwies sich als zuverlässig und effizient. Beide Plugins integrieren geringe Automatisierungen bei der Erstellung von Bauteilfamilien. PointCab bietet eine automatische Stützfamilienerstellung und AsBuiltModeler eine automatische Fensterfamilienerstellung in Revit an.

Es wurde festgestellt, dass die Plugins keine Funktionen zur Semantik und Topologie bieten. Als Bezugselement wird lediglich die Ebenenerstellung bereitgestellt. Um die Qualität der erstellten Modelle zu bewerten, wurden beide Modelle mit der ursprünglichen Punktwolke verglichen. Dies wurde mithilfe der Software "CloudCompare" durchgeführt, da keines der Plugins einen direkten Vergleich mit der ursprünglichen Punktwolke ermöglicht. Die Bauteile in der Punktwolke wurden segmentiert und klassifiziert, um festzustellen, wie präzise die Plugins die Bauteile erstellen und wie stark die Abweichungen aufgrund der Generalisierung der Bauteile sind. Die Standardabweichungen wurden gemäß den USIBD LOA-Klassen bewertet und ergaben, dass beide Plugins eine vergleichbare dargestellte Genauigkeit aufweisen.

Masterarbeit von Georg Wolf (2022)

Building Information Modeling (BIM) bezeichnet eine kooperative Arbeitsmethodik, mit der auf der Grundlage digitaler Modelle eines Bauwerks die für seinen Lebenszyklus relevanten Informationen und Daten konsistent erfasst, verwaltet und in einer transparenten Kommunikation zwischen den Beteiligten ausgetauscht oder für die weitere Bearbeitung übergeben werden (Bundesministerium für Verkehr und Infrastruktur). Die BIM Methode hat sich aufgrund von zahlreichen Vorteilen in den letzten Jahren im Hochbau durchgesetzt und ist mittlerweile sogar für Projekte aus der öffentlichen Hand vorgeschrieben. Im Freileitungsbau findet die Arbeitsmethodik aktuell noch keine Anwendung. Durch den Erfolg der Arbeitsmethode im Hochbau und anderen Branchen stellt sich die Frage, ob BIM auch für den Freileitungsbau einen Mehrwert darstellt. Dies ist von besonderem Interesse, da u.a. auf Grund der Energiewende ein erheblicher Netzausbau des Freileitungsnetzes in Deutschland bis 2035 geplant ist. Mit den begrenzten Kapazitäten der Leitungsbaufirmen, kann BIM eine Möglichkeit darstellen, die Projekte effizient und fristgerecht durchzuführen und den Netzausbau zu realisieren. Aus diesem Grund wird im Rahmen dieser Masterarbeit der Einsatz von BIM in der Freileitungsplanung untersucht. Abbildung 1 zeigt den schematische Lebenszyklus einer Freileitung.

Zu Beginn wird dafür Grundlagenwissen in den Bereichen Freileitungen, Freileitungsplanung und BIM als Arbeitsmethode gelegt. Um tiefere Einblicke in den Planungsprozess von Freileitungen zu bekommen, wird die klassische Freileitungsplanung analysiert und dargestellt. Im Stand der Forschung wird bestätigt, dass BIM in der Freileitungsplanung noch neu ist. Das zeigt sich primär an den wenigen Publikationen und den jungen Veröffentlichungsdaten. Durch die Publikationen konnte ermittelt werden, dass es erste Ansätze gibt, BIM in der Freileitungspla-nung einzusetzen. Der Großteil der Publikationen stammt aus dem asiatischen Raum, wo die Methode bereits in einem Freileitungsprojekt angewandt wurde. Aus dem europäischen Raum konnte keine Publikation zu dem Thema gefunden werden. Es wurden Möglichkeiten zum Einsatz von BIM in der Freileitungsplanung erarbeitet. Dabei wurden die Vorteile der BIM Methode herausgearbeitet und auf die Freileitungsplanung bezogen. Weiterhin konnten 24 BIM Anwendungsfälle für die Freileitungsplanung identifiziert und beschrieben werden. Um ein Bestandsmodell als Planungsgrundlage zu schaffen, wurde der Einsatz von freien Geodaten untersucht. Als Ergebnis wurde eine Übersicht der verfügbaren freien Geodaten in den Bundesländern erstellt. In der Übersicht ist ein deutlicher Trend zu offenen Geodaten zu erkennen. Das bedeutet, dass immer mehr Bundesländer ihre Geodaten kostenfrei zum Download bereitstellen. Für die Freileitungsplanung ergibt sich die Chance, mit den Daten kostengünstig Bestandsmodelle für die Planung zu erstellen und die Daten in die Planung einzubeziehen.

In einem Demoprojekte konnten die Vorteile der dreidimensionalen Planung an einem praktischen Projekt für eine provisorische Stromversorgung veranschaulicht werden. Dabei konnten die Anwendungsfälle Bestandsmodellierung, Visualisierung und Bauablaufplanung erfolgreich im KorFin umgesetzt werden. Um das Projekt zu realisieren, wurden verschiedene Fachmodelle aus freien Geodaten und Bestandsdaten erstellt (siehe Abbildung 2).

Spezifische Bauteile wurden mit Revit modelliert und als Bauteilbibliothek eingebunden. Die KorFin Software erwies sich dabei als eine geeignete Anwendung für die Modellierung von Infrastruktur- und Freileitungsprojekten. Die Software konnte vor allem in der Bestandsmodellierung, der Visualisierung von großen Gebieten und Planungen sowie der Modellierung der Freileitungen selbst überzeugen. Das vollständige Modell ist in Abbildung 3 abgebildet.

Verbesserungspotential hat die Software im Bereich der IFC-Schnittstelle, bei den Exportmöglichkeiten der Mastlisten und Pläne sowie bei der Modellierung von Bauteilen, der Erstellung von neuen Gestängefamilien und bei der Modellierung von Sonderfällen. Die Kor-Fin Software ist daher im aktuellen Implementierungszustand eher ein Visualisierungstool, dass die Planung unterstützt. Eine vollständige Planung im KorFin ist noch nicht möglich. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen u.a. der IFC-Export und weitere Schnittstellen zu seilme-chanischen Fachanwendungen geschaffen werden. In den strategischen Überlegungen zum Einsatz von BIM in der Freileitungsplanung wurde auf wirtschaftliche Aspekte für Kunden und Unternehmen eingegangen.

Der wirtschaftliche Nutzen lässt sich in der Einsparung von Zeit und Kosten sowie die nachhaltige Nutzung der Daten zusammenfassen. Auch die Entwicklung von neuen BIM Produkten wie z.B. die Bestandsmodellierung oder BIM-Consulting als Dienstleistung sind möglich. Es wurde die Prognose aufgestellt, dass die BIM Methode in den nächsten Jahren an Relevanz in der Freileitungsbranche gewinnen wird, wie es in anderen Branchen zu beobachten ist. Durch den Ein-satz von BIM in dieser frühen Pionierphase besteht damit die Chance auf einen zukünftigen Wettbewerbsvorteil. Zusätzlich besteht die Möglichkeit sich aktiv an der Schaffung von Normen zur Modellierung von Freileitungen zu beteiligen.

Abschließend werden Schritte zur BIM Einführung in einem Unternehmen am Beispiel der LTB Leitungsbau GmbH betrachtet. Als Einführungskonzept wird der BIM Planning Guide for Facility Owners von der Pennsylvania State University vorgestellt. Anschließend wird die Strategische Planung des Einführungskonzeptes mit den Schritten Analyse, Ausrichtung und Entwicklung auf die LTB Leitungsbau GmbH angewandt. In der Analyse des IST-Zustandes wurde ermittelt, dass es bereits Bemühungen zur BIM Einführung im Unternehmen gibt. Die LTB befindet sich dabei noch am Anfang bzw. in der Vorbereitungsphase des Einführungsprozesses. Durch die Einstellung eines BIM-Experten im IT-Bereich, die Formung eines BIM Kernteams und der Unterstützung der Geschäftsführung sind sehr gute Voraussetzungen für die Einführung gegeben. In der Ausrichtungsphase wurden projekt- und unternehmensspezifische BIM Ziele für die LTB definiert und Entwicklungsschritte zur Erreichung der BIM Ziele abgeleitet. Um den Einführungsprozess zu veranschaulichen wurde eine theoretische Roadmap erstellt.

Bachelorarbeit von Sebastian Preußel (2022)

Die Software SfM2BIM ist das Ergebnis der Dissertation von Dr. Tim Kaiser und wird derzeit im SMWK- Forschungsprojekt VideoBIM von der Fakultät Geoinformation in Kooperation mit den Fakultäten Informatik/Mathematik und Bauingenieurwesen an der HTW Dresden weiterentwickelt. SfM2BIM stellt einen neuartigen Ansatz in der Erzeugung registrierter Punktwolken auf Basis von Structure from Motion dar. Hierbei wird diese nicht klassisch über Passpunkte orientiert und georeferenziert, sondern mithilfe eines bestehenden BIM-Modells ko-registriert. Der im Rahmen der Bauwerksüberwachung zur Erstellung eines As-Built-Modells notwendige Prozess vereinfacht sich dabei grundlegend, da zeitintensive Planung und geodätische Vorarbeit entfallen.

Das Verfahren wurde hier anhand eines Vergleichs unter realen Bedingungen auf seine Praxistauglichkeit geprüft. Dabei stand insbesondere die Registrierungsqualität im Vordergrund, zumal diese im geodätischen Kontext der Bauwerksüberwachung und Baufortschrittsdokumentation mittels BIM eine übergeordnete Rolle einnimmt.

Im praktischen Teil wurde nach geodätischer Vorarbeit mit Netzausgleichung und Passpunktbestimmung jeweils eine Punkwolke des Brückenbauwerks Verkehrszug Sternstraße im SfM-Verfahren sowie im TLS-Verfahren erzeugt und anschließend absolut über Passpunkte registriert. Ein BIM-Modell und die ko-registrierte SfM-Punktwolke wurden für die Tests bereitgestellt. Darauf folgend konnte der Vergleich durchgeführt werden, wobei das BIM-Modell jeweils als Referenz dient und die qualitative Einordnung der Punktwolken ermöglicht. Zur Anwendung kamen zum Beispiel Schnitte in Autodesk Revit und Distanzberechnungen in der Software CloudCompare.

Bei der vergleichenden Analyse stellte sich heraus, dass sich die Registrierungsqualität der beiden absolut registrierten Punktwolken auf einem hohen Niveau bewegt, grobe Abweichungen vom Modell waren nicht auszumachen. Bei der zu vergleichenden Punktwolke aus SfM2BIM konnten grobe Registrierungsfehler festgestellt werden, im Besonderen eine Verdrehung entlang der Brückenachse. In Bezug auf die reine Punktwolkenqualität ließ sich beobachten, dass TLS die meisten Vorteile bietet, was auf das direkte Messverfahren rückzuführen ist.

Aus dem Vergleich war abzuleiten, dass SfM2BIM im momentanen Entwicklungszustand nicht gleichermaßen für die Generierung eines As-Built-BIM-Modells geeignet ist, wie die Verfahren der absoluten Registrierung. Bezüglich der Punktwolkenqualität wird jedoch eine ähnlich hohe, wie bei der absolut registrierten SfM-Punktwolke erreicht.

Bachelorarbeit von Alexander Bong (2022)

Mit der GEOgraf Version 10.0c wurden durch die HHK Datentechnik GmbH Anwendungen eingeführt, die auf der Grundlage von Automationen eine schnelle und sichere Arbeit mit Geodaten gewährleisten. Das Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, wie konkrete Neuerungen dieser Version in Arbeitsprozesse der Geokart Ingenieurvermessungsgesellschaft mbH integriert werden können. Dazu zählen die Einführung von Regelprüfungen, die digitale Erfassung und Weiterverarbeitung von Sachdaten und die Möglichkeiten der Stapelplotausgabe bei Großprojekten. Für alle Analysen wurden geeignete Beispieldaten verwendet, um neue Methoden in Arbeitsprozesse einzubinden. Die erstellten Methoden wurden in Workflows umgesetzt.

Die GEOgraf Version 10.0c bietet erstmals die Option der Prüfung während der Erstellung der Daten. Bisher sind Verschneidungstests, Abstandstests, Topologische Tests und Sachdatentests möglich. Die Umsetzbarkeit und individuelle Nutzbarkeit von Regelprüfungen wurde anhand einer Ideensammlung geprüft. Für Ver- und Entsorgungsleitungen ist ein grundlegender Prozess entstanden, der die Nutzung der korrekten Punkt- und Linienarten kontrolliert. Weiterhin werden zulässige Linienverschneidungen und die Notwendigkeit der Beschriftung von Bäumen geprüft. Die zulässigen Arten können für die Prüfungen jederzeit verändert werden. Es existieren drei verschiedene Möglichkeiten die Datenregeln zu prüfen. Die Prüfung kann „On-the-fly“, und somit bei der Konstruktion von Objekten, als Abschlusskontrolle nach Beendigung des Projekts oder beim Export der Grafik durchgeführt werden.

Die digitale Erfassung und Weiterverarbeitung von Sachdaten wurden am Beispiel von Bäumen durchgeführt. Der Prozess sieht die digitale Erfassung der Sachdaten mit Tachymetern vor. Weiterhin werden diese exportiert und unmittelbar in GEOgraf eingelesen. Es erfolgt eine Speicherung aller Sachdaten in einer angelegten Tabelle der auftragsbezogenen Datenbank. Die entsprechenden Bäume können mithilfe einer Makrodatei mit ihrer Art, dem Stammumfang und dem Kronendurchmesser beschriftet werden. Zudem kann eine Baumkrone anhand der Sachdaten gezeichnet werden.

Die Stapelplotausgabe bei Großprojekten eröffnet die Möglichkeit alle Plotboxen auf verschiedenen Blättern in der gewünschten Reihenfolge auszugeben. Dafür wird ein Stempel unter der Nutzung von Variablen erstellt. Diese ermöglichen eine automatische Übernahme gewählter Einstellungen oder Namen für jede Plotbox. Die Erstellung einer Legende wird mit dem Modul der automatischen Legende in GEOgraf durchgeführt. Diese kann somit individuell gestaltet werden. Die Stapelplotausgabe ist lediglich als MultiPage PDF möglich. Eine Nachbearbeitung kann nicht erfolgen. Das Exportformat GEOgraf-Zeichnung ermöglicht dies, lässt allerdings keine Ausgabe als Stapelplot zu, da zu jeder Plotbox eine eigene Datei erstellt wird.

Für alle drei Schwerpunkte der Arbeit wurden betriebsinterne Workflows angefertigt, die in Workshops vorgestellt und diskutiert wurden.