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Bauwerke punktgenau in 3D vermessen Wie funktioniert 3D-Laserscanning eigentlich? Wie wird es eingesetzt und was für Vorteile bringt dieses innovative Messverfahren gegenüber herkömmlichen Methoden? Wir haben einen Journalisten gebeten, unserem Laserscanning-Team bei einem Einsatz am Basler Münsterplatz über die Schultern zu schauen.
Ein Surren ist zu hören – das Geräusch erinnert an eine alte Spiegelreflexkamera, wenn sich die Filmrolle im Gehäuse nach dem letzten Bild aufrollt. Für die zwei Vermessungstechniker Michael Schrattner und Eric Anklin ein gewohnter Ton, kommt er doch nicht von einer Fotokamera aus fernen analogen Zeiten, sondern vom modernsten Arbeitsgerät des Ingenieurbüros Jermann in Arlesheim: dem 3D-Laserscanner. Umgeben von jahrhundertealten Gebäuden, die ihre heutige
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barocke Form nach der Säkularisierung des Fürstbistums Basel 1803 mit der Umformung der Domherrenhöfe erhielten, gehen die zwei Spezialisten den Münsterplatz auf und ab – auf der Suche nach Lage- und Höhenfixpunkten, die sie für die präzise Vermessung benötigen.
Digitale CAD-Gebäudepläne Der Auftrag heute: die komplette Bestandsvermessung des Verwaltungsgebäudes des Bau- und Verkehrsdepartements (BVD) auf dem Münsterplatz in Basel. Für beide Vermessungsspezialisten eine besondere Herausforderung, nicht zuletzt aufgrund der Dimensionen des Gebäudes. «Der Komplex des BVD umfasst den Münsterplatz 10 bis 12 und die Rittergasse 2», sagt Markus Gmür, Ressortleiter Gebäudemanagement Bau beim BVD und präzisiert, dass es sich um vier Gebäude handle, unter anderem den Falkensteinerhof, den Regisheimerhof und die dreiflüglige Anlage des Domhofs, die alle miteinander verbunden sind. Ein Blick hinter das Eingangsportal offenbart das Ausmass. Das Gebäude gleicht eher einem italienischen Palazzo aus der Renaissance als einem Verwaltungsgebäude. In der Mitte entfaltet sich ein riesiger Raum, ein grosser Lichthof mit einer Kuppel aus Glasbausteinen. Arkadengänge um den Lichthof führen in alle vier Obergeschosse, wo die Angestellten des BVD ihre Büros haben. «Wir haben das Ingenieurbüro Jermann als Resultat eines freihändigen Submissionsverfahren mit der Vermessung beauftragt, weil wir unsere Gebäudepläne aktualisieren und auf einen digitalen Stand bringen wollen», meint Gmür.
Schritt für Schritt im Puzzleteil Schrattner und Anklin gehen bei der Vermessung der Fassaden, Grundrisse und Querschnitte strukturiert vor. Schritt für Schritt wie in einem Puzzle platzieren sie bemusterte ScannerMessmarken mit einer jeweils eindeutigen Nummerierung. «Mit dem 3D-Laserscanner erfassen wir vollflächig die gesamte Geometrie eines Bauwerks, sodass wir in einem Arbeitsgang alle benötigten Masse mit höchster Präzision erhalten», erklärt Schrattner. «Innen wie aussen, vom Gesamten bis
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ins Detail», ergänzt Anklin, der sich seit fünf Jahren auf die Bestandsvermessung beim Arlesheimer Ingenieurbüro spezialisiert hat. Doch bevor mit den eigentlichen Objektaufnahmen begonnen wird, gehört der Rundgang zu den ersten Aufgaben. «Wir definieren zuerst sogenannte Fixpunkte im Aussenbereich. Die Koordinaten dieser Punkte dienen uns als dauerhafte Referenz für alle anschliessenden Messungen», erklärt der gelernte Geomatiker. Anschliessend werden die ScannerMessmarken zur Verknüpfung der einzelnen 3D-Scans im Aussenbereich und Gebäudeinneren platziert. «Mit dem Tachymeter messen wir danach die Lage und Höhe der Scanner-Messmarken aus und speichern die erhaltenen 3D-Koordinaten auf dem Gerät. Unsere Messungen weichen dabei nicht mehr als einige Millimeter ab.» Simultan dazu wird das Gebäude von aussen und innen mit dem 3D-Laserscanner aufgenommen. Verallgemeinert bedeute 3D-Laserscanning das strukturierte Abrastern von Oberflächen und Objekten mittels Lasermessstrahl und es zeichne sich neben der vollständigen Aufnahme durch eine sehr hohe Arbeitsgeschwindigkeit und Präzision aus. Nur wenige Minuten seien pro Scan notwendig. «Im Aussenbereich dauert die Aufnahme pro Standort rund drei Minuten, im Innenbereich reicht uns aufgrund der kürzeren Messdistanzen und der reduzierten Scan-Auflösung die Hälfte», erläutert Schrattner. «In der Regel scannen wir alle Bauwerksgeometrien von mindestens zwei Seiten», betont der Geomatikingenieur. So gehe man sicher, dass auch jede Unebenheit, jeder Eingang, jede Fensterlaibung oder die Dachkanten detailgetreu aufgenommen werden. Doch kein Gebäude und keine Umgebung gleichen sich. «Bei der Arbeit vor Ort müssen wir trotz der vorgängigen Planung und unserer Erfahrung oft improvisieren und schnelle Entscheidungen treffen», erklärt Anklin und zeigt schmunzelnd auf einen der zwei Münstertürme. «Um die Dächer und Spitzgauben des BVD aufzunehmen, müssen wir heute dort noch hoch.»
Resultat der Bestandsaufnahme Auch bei den Innenaufnahmen sind Improvisations- und Entscheidungsvermögen gefragt, wenn beispielsweise die Scanner-Messmarken nicht am gewünschten Ort angebracht werden können oder die interessierenden Geometrien z.B. durch Möbel verdeckt sind. Man habe sich im Vorfeld auch dazu entschieden, jedes Stockwerk des Gebäudes in drei Etappen aufzunehmen, um die Organisation der Arbeiten zu erleichtern, sagt Anklin. Zudem werden die Aufnahmen während den Bürozeiten durchgeführt, was für Schrattner einer organisatorischen Meisterleistung gleichkommt.
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«Anspruchsvoll, aber für uns absolut machbar!», sagt er und weist auf die Marschtabelle, auf der eingetragen ist, welche Büros und Sitzungszimmer wann zur Verfügung stehen. Das Ergebnis der Bestandsaufnahme mit dem 3D-Laserscanner ist zunächst eine sogenannte «Punktwolke», bestehend aus Milliarden einzelner Messpunkte, wobei jeder Messpunkt über die drei Raumkoordinaten x,y,z eindeutig beschrieben wird. «Die resultierenden Messdaten dienen uns als vollständige Grundlage für die nachfolgende Ausarbeitung der benötigten Grundrisse, Schnitte und Ansichten in einem CAD-Programm», erklärt Schrattner. Der Arbeitsaufwand lässt sich in etwa nach folgender Faustregel berechnen: Auf einen Tag Vermessungsarbeit vor Ort kommen noch drei bis vier Tage im Büro dazu, bis sich die Puzzleteile in Grundrisse, Schnitte oder 3D-Modelle verwandeln. «Am Anfang steht einfach eine lose Punktfolge ohne Bezug zueinander», meint Schrattner, «und unsere Aufgabe ist es, die einzelnen Teile miteinander zu verbinden und daraus die gewünschten Informationen zu gewinnen.
3D-Messtechnik weiter ausbauen Bestandsaufnahmen von Bauwerken würden heutzutage teilweise immer noch mit Messband und Doppelmeter erfolgen, was dementsprechend zeitaufwändig und mitunter ungenau sei, sagt Eric Anklin. Mit der neuen und modernen Vermessungsmethode wolle man das neue Geschäftsfeld und die entsprechende Kompetenz bei Jermann weiter ausbauen. «Seit rund vier Jahren beschäftigen wir uns intensiv mit der innovativen Technik des 3D-Laserscannings.», sagt Anklin. Mittlerweile sei das Team der Bau- und Ingenieurvermessung auf 16 Mitarbeitende angewachsen. Eric Anklin ist einer davon.» Schrattner sieht in der modernen Aufnahmemethode ein grosses Potenzial für die Zukunft, denn immer mehr Ingenieur- und Architekturbüros, Gemeinden oder auch Ämter, wie das BVD, haben mittlerweile einen hohen Bedarf an aktuellen und präzisen Bestandsplänen. «Wir sind mit dem Resultat und der Zusammenarbeit mit dem Ingenieurbüro Jermann sehr zufrieden», sagt Markus Gmür und ergänzt: «Mit diesen Vorlagen haben wir nun hervorragende Grundlagen für weitere Projekte». Text: Paolo D‘Avino
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