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DENKMALSCHUTZ

3D Laserscanning von Gebäuden – vom richtigen Gerät bis zur perfekten Punktwolke

Ein großer Teil des kulturellen Erbes Deutschlands und ganz Europas ist in historischen Gebäuden festgehalten. Trotz der immensen Zerstörung, welche die Uneinigkeit Europas in den vergangenen Jahrtausenden über den Kontinent gebracht hat, sind unsere Stadtbilder noch immer von historischer Architektur geprägt. Wir haben uns zum Ziel gesetzt dazu beizutragen, dass das auch zukünftig so bleibt, mithilfe modernster Technik.

3D Laserscanning – Die Methode zur Vermessung historischer und denkmalgeschützter Gebäude

Es mag paradox klingen, aber gerade für die ältesten Gebäude ist die modernste Technik unverzichtbar. Über die Jahrhunderte und unter dem Einfluss von Wind, Wetter und anderen Naturgewalten arbeitet das Baumaterial und der Boden, auf dem das Gebäude errichtet wurde. Verschiebungen, Verformungen sind die Folge. Um für eine dauerhafte Erhaltung zu sorgen sind regelmäßige Sanierungen notwendig. Für umfangreichere Sanierungsmaßnahmen, welche unter Umständen auch das Tragwerk betreffen, sind verformungsgerechte Bestandspläne notwendig. Vor allem die Statische Beurteilung ist von einer exakten Bestandserfassung abhängig. Um ein sogenanntes verformungsgerechtes Aufmaß mit herkömmlichen Messverfahren zu erstellen, ist ein sehr kompliziertes Vorgehen und eine Menge Zeit notwendig. Deshalb setzten wir auf moderne Technik.
Beispiele finden Sie in unseren Referenzprojekten >>
Kirchensanierung

Punktwolkendurchflug durch die St.Martin Kirche

Das verformungsgerechte Aufmaß durch 3D Laserscanning

Eine Vermessung mit einem 3D Laserscanner ist immer verformungsgerecht. Die Begründung liegt auf der Hand. Während bei dem Einsatz herkömmlicher Messverfahren nur einzelne Punkte aufgenommen werden, nimmt ein 3D Laserscanner gesamte Oberflächen auf und produziert so, je nach Einstellung, Punktdichten von mehreren Millionen Punkten je Quadratmeter. Selbstverständlich ist es auch mit herkömmlichen Verfahren möglich eine höhere Punktdichte zu erzielen und so verformungsgerecht zu Vermessen. Jedoch steigert sich der Aufwand proportional zu Anzahl der aufgenommenen Punkte. 3D Laserscanning produziert also ein dreidimensionales, je nach Einstellung farbiges, Abbild der Realität. Dieses Abbild nennt sich Punktwolke. Die Voraussetzung für eine vollumfängliche Punktwolke eines historischen Gebäudes ist die Erfassung möglichst aller Gebäudestrukturen. Da es sich bei 3D Laserscanning um ein optisches Messverfahren handelt, ist hierfür die Zugänglichkeit sämtlicher Gebäudeteile notwendig. Bei Besonderheiten eines historischen Gebäudes wie beispielsweise ein hoher Kirchturm, kann die Punktwolke aus dem 3D Laserscanner durch Drohnenaufnahmen ergänzt werden. Mehr dazu erfahren Sie weiter unten.
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Ergänzung von 3D Laserscanning durch Drohnenaufnahmen und Photogrammetrie

Photogrammetrie beschreibt ein Verfahren, mithilfe dessen aus einer Vielzahl an Fotoaufnahmen aus verschiedenen Perspektiven, eine 3D Punktwolke errechnet werden kann. Wohingegen man beim 3D-Laserscanning vom elektrooptischen Messverfahren spricht, kann man die Photogrammetrie im rein optischen Verfahren einordnen. Hier werden keine Lichtimpulse ausgesendet, sondern allein anhand von stark überlappenden Bildern eine detaillierte Punktwolke erstellt. Dabei spricht man von Verfahren, welche als Structure from Motion und Dense Image Matching bekannt sind. Um die vermessene Örtlichkeit so realitätsnah wie möglich darzustellen, können die beiden Messverfahren auch kombiniert werde. (Diese kann mit der Punktwolke aus dem 3D Laserscanner kombiniert werden.) So erhalten wir ein dreidimensionales virtuelles Abbild des gesamten Bauwerkes. Detaillierter geht es nicht.
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Die Punktwolke eines historischen Gebäudes und die Möglichkeiten die sich daraus ergeben

Der erste Schritt im Hinblick auf die langfristige Erhaltung eines historischen Baudenkmals sollte, unseres Erachtens, immer die Erfassung durch 3D Laserscanning und somit die Erstellung einer Punktwolke sein. Sollte kein akuter Handlungsbedarf für die Erhaltung des Gebäudes anstehen kann es das auch erstmal gewesen sein. In diesem Fall bietet die Punktwolke eine perfekte Dokumentation des Gebäudes. Wesentliche Baudenkmäler wie beispielsweise der Kölner Dom wurden bereits mithilfe von 3D Laserscanning aufgenommen. Nach dem Brand von Notre Dame in Paris im April 2019 wurde die historische Kathedrale ebenfalls mithilfe von Leserscandaten rekonstruiert. Ganz nebenbei bietet die Dokumentation die Möglichkeit zur virtuellen Begehung des Denkmals. Wie unser Referenzprojekt der Kirche St. Martin in Forchheim zeigt.
Sollte dagegen ein konkreter Bedarf für eine Sanierung vermutet werden, so können mithilfe der Punktwolke statische Simulierungen vorgenommen werden und der Sanierungsbedarf überprüft werden. In diesem Fall werden aus der aufgenommenen Punktwolke verformungsgerechte Bestandspläne erstellt.

Renovierungen & Modernisierung historischer Gebäude auf die Planung kommt es an

Für den reibungslosen Ablauf einer Sanierung eines historischen Gebäudes, bei gleichzeitiger Kosteneffizienz, kommt es natürlich auf eine gute Planung an. Eine gute Planung benötig wiederum gute Planungsgrundlagen auf denen sie aufbauen kann. Hier kommt wieder unsere Punktwolke ins Spiel.
Wie daraus Planungsgrundlagen erstellt werden erfahren Sie hier >>

verformungsgerechte Bestandspläne historischer Gebäude auf höchstem Niveau

Wie weiter oben bereits erklärt sind Vermessungen durch 3D Laserscanning immer verformungsgerecht. Die aus diesem Messverfahren abgeleiteten Bestandspläne eines Gebäudes müssen es jedoch nicht zwingend sein. Bei der Herstellung von Bestandsplänen herkömmlicher Gebäude wird häufig abstrahiert, um Kosten und Mühen zu sparen. Für die Erstellung verformungsgerechter Bestandspläne historischer Gebäude ist ein hochqualifizierter Bauzeichner notwendig, welcher sich zum einen mit der Handhabung von Punktwolken als auch mit dem Bauhandwerk vergangener Jahrhunderte auskennt. Die Punktwolke dient im Erstellungsprozess der Bestandspläne als eine Art Schablone. Über die reine Zeichnung hinaus fließen auch weitere Informationen in die Planunterlagen ein. Unter anderem können je nach Detaillierungsgrad enthalten sein:

+ Detaillierte Darstellung des Tragwerkes
+ Steinfugen
+ Hinweise auf frühere Bauzustände
+ Streifnuten
+ Beschlaglöcher
+ Einzeichnung von Zapfen, Blättern
+ Zeichnung historischer Türzargen
+ Fensterlaibungen
+ Zierelemente an den Fassaden
+ Zimmermanns- und Steinmetzzeichen


Der Vorteil an der Erstellung von Bestandsplänen aus einer Punktwolke, neben den Bereits weiter oben erwähnten, ist es, dass die Aufnahme des gesamten Gebäudes bereits vorliegt und auch im Nachhinein noch entschieden werden kann Bestandspläne an verschiedenen Stellen zu erstellen. Sollte im Laufe der Sanierung auffallen, dass eine Detailaufnahme an einer anderen Stelle fehlt, so kann diese problemlos nachgeliefert werden.

Die dreidimensionale Dokumentation einer historischen Kirche am Beispiel

Um ein umfassendes Sanierungskonzept für die Pfarrkirche in Forchheim zu erhalten, wurden wir von dem Erzbistum Bamberg beauftragt, das 800 Jahre alte Gebäude unter die Lupe zu nehmen.
Hier geht’s zum Projekt >>

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