3D-Laserscanning bei Fraport / Projektbericht

3D-Laserscanning am Flughafen Frankfurt / Main

Der Status quo im Bauwesen in Deutschland- und europaweit ist dadurch gekennzeichnet, dass mehr als die Hälfte aller Bauplanungen im Kontext existierender Bausubstanz realisiert werden. Oft reicht auch ein Umbau, um die Gebäude zu revitalisieren und zum neuen Leben zu erwachen.

Umbaumaßnahmen setzen eine Bestandsaufnahme voraus. Je präziser die Bestandsaufnahme, desto mehr Zeit und Kosten werden bei der Bauplanung und Ausführung gespart. Das ist leichter gesagt als getan. Denn die Pläne, auf die man hierfür zurückgreifen muss, liegen oft noch auf Papier und in 2D vor. Oft sind sie nicht einmal auf dem aktuellen Stand oder sie existieren gar nicht mehr. Was tun? Handaufmaß oder Fotogrammmetrie sind aufwendig oder zu ungenau. Mit dem berührungslosen 3D-Laserscanning lassen sich dagegen Gebäude und Anlagen präzise in 3D aufnehmen.

In manchen Fällen ist eine detaillierte Bestandsdokumentation nicht nur vor der Bauplanung- und Ausführung durchzuführen, sondern auch zeitgleich mit den fortlaufenden Baumaßnahmen. Stichwort: baubegleitende Prozessdokumentation.

Als ein modernes und innovatives Unternehmen setzt der Betreiber des Flughafens Frankfurt am Main – die Fraport AG – die 3D-Laserscanningtechnologie zum Aufnehmen der baulichen Substanz sowie als effektives Mittel für die baubegleitende Projektdokumentation ein. Anhand von zwei Projekten, die Ingenieurbüro 3D-Scanline in den letzten 2 Jahren am Flughafen Frankfurt/Main abgewickelt hat, werden die Vorteile der von der Fraport AG eingesetzten 3D-Laserscanningtechnologie dargestellt.

Was ist 3D-Laserscanning?

Mit einem 3D-Laserscanner können Oberflächengeometrien dreidimensional erfasst werden. Die Objektoberflächen werden mit einem Laserstrahl Punkt für Punkt abgetastet. Dabei entsteht eine diskrete Menge von 3D-Abtastpunkten, die als Punktwolke bezeichnet wird. Das von den Objekten zurückgestrahlte Licht wird aufgenommen. Aus der gemessenen Laufzeit des Lichtstrahls und der Phasenverschiebung ergeben sich die Informationen über die Entfernung, so daß eine echte dreidimensionale Punktwolke entsteht.

Die Scanner sind sehr teuer, ihre Bedienung und der Umgang mit den gewonnenen Daten erfordern viel Erfahrung, so daß es sich lohnt, für Bestandsaufnahmen und die darauf folgende Datenverarbeitung auf einen Dienstleister zurückzugreifen. Einige von ihnen decken die gesamte Prozesskette von der Planung der Bestandsaufnahme über das Scannen bis hin zum CAD-Modell ab. So bietet etwa das Ingenieurbüro 3D-Scanline neben dem 3D-Laserscannen, CAD-Modellierung und Visualisierungsdienste an. Außerdem entwickelt das Unternehmen in Zusammenarbeit mit der iQsoftlab GmbH die Software ScanManager, mit der schwarzweiße und farbige Scans aus hochauflösenden 3D-Laserscannern angezeigt, analysiert und verwaltet werden. Das Ingenieurbüro 3D-Scanline ist auch auf dem Gebiet der Architektur- und Umbauplanung tätig.

Projekt 1

  • Bestandsaufnahme von Gate C6 am Flughafen Frankfurt am Main mittels 3D-Laserscanning
  • Erstellen von 3D-CAD-Dokumentation von Gate C6 auf der Grundlage der 3D-Scandaten

Im Zuge der Revitalisierungsarbeiten am Gate C6 hat 2006 das Münchner Ingenieurbüro 3D-Scanline eine Bestandsaufnahme mittels 3D-Laserscanning durchgeführt. Mit rund 220 Scans wurden die ca. 4.300 m² der drei Gebäudegeschosse (UG, EG u. OG) binnen 2 Wochen aufgenommen. Anschließend wurden präzise 3D-CAD-Bestandsdaten des C6-Gates und der dazugehörigen technischen Gebäudeausrüstung erstellt. Die Bestandsdaten von 3D-Scanline waren die Grundvoraussetzung für die erfolgreiche Planung und Ausführung der Umbaumaßnahmen am Frankfurter Flughafen.

Gate C6, Frankfurt am Main Airport, 2006

Gate C6, Flughafen Frankfurt am Main, 2006

Projekt 2

  • Baubegleitende Projektdokumentation vom Flugsteig B am Flughafen Frankfurt am Main mittels 3D-Laserscanning

Man stellt sich folgendes Szenario vor: In einem Gebäude muss ein umfangreicher Umbau durchgeführt werden. Für dieses Gebäude existieren gar keine oder nur veraltete 2D-Papierpläne. Man weiß nicht, was man hat und die (wie gewöhnlich) knappen Projektabwicklungsfristen setzen einen unter enormen Leistungsdruck. Ja, als erstes steht eine Bestandsaufnahme an! Aber wie – die doppelten Böden und die abgehängten Decken verdecken die ganze technische Gebäudeausrüstung! Zudem ist und bleibt ein Teilbereich des Gebäudes in Betrieb. Was tun?

Dieses Projektszenario war der Fraport AG sehr wohl bekannt, als sich im Mai 2008 die zukunftsorientierten Fraport-Projektleiter für die hochmoderne und letzten Endes sehr wirtschaftliche Lösung der baubegleitenden Projektdokumentation entschlossen haben. Mit dieser Aufgabe wurde erneut das Münchner Ingenieurbüro 3D-Scanline betraut. Der baubegleitenden Projektdokumentation wurde die Technologie des 3D-Laserscannings zugrunde gelegt.

In mehreren Schritten zwischen Mai 2008 und Februar 2009 wurden die wichtigsten Bauphasen auf der Baustelle am Flugsteig B des Frankfurter Flughafens mittels 3D-Laserscanning dokumentiert.

Vorteile der baubegleitenden Projektdokumentation:

  1. Die 3D-Scandaten sind eine IST-Zustand-Dokumentation. Sie dienen als Grundlage für die Erstellung und Prüfung von Revisionsplänen der Ausführungsfirmen. Jegliche Abweichungen von der Ausführungsplanung werden millimetergenau dokumentiert.
  2. Die 3D-Scandaten dienen auch als Leistungs- und Abnahmenachweis für den Auftraggeber.
  3. Wenn die technische Gebäudeausrüstung schon mal montiert und hinter abgehängten Decken und doppelten Böden versteckt ist, dann ist es sehr kostenaufwendig auch für kleinste Wartungs-, Reparatur- oder Umbaumaßnahmen, die abgehängten Decken abzumontieren, um die Installationen aufzunehmen. Mit den 3D-Scandaten weiß man ganz genau, wo was ist.

Es ist naheliegend zu erwarten, daß die baubegleitende Projektdokumentation mittels 3D-Laserscanning in nächster Zukunft als ein Standard eingeführt wird. In dieser Hinsicht ist die Fraport AG vielen Flughäfen deutschland- und weltweit ein Schritt voraus.

ScanManager – das smarte Verwaltungssystem für 3D-Scandaten

Die Überführung der 3D-Scandaten in CAD-Daten ist der kosten- und zeitaufwendigste Teil der Technologie 3D-Laserscanning. Die Erkennung von Objekten – Ebenen, Zylindern, Kugeln etc. – in den Punktwolken ist zum größten Teil mit manueller Arbeit und somit mit niedriger Wirtschaftlichkeit verbunden. Unterschiedliche Algorithmen unterstützen den Benutzer dabei, Objekte in den Punktwolken zu erkennen, sind aber bei weitem nicht ausgereift, um die Objekterkennung voll automatisch durchzuführen. Daher stellt sich natürlich die Frage, ob die 3D-Scandaten – auch ohne ins CAD überführt zu werden – als Grundlage für manche Planungsarbeiten dienen können.

Ja! Diese Antwort auf die Frage gibt uns das leistungsstarke 3D-Scanverwaltungssystem der iQsoftlab GmbH und des Ingenieurbüros 3D-Scanline. Die 3D-Scandaten sind nicht nur als einfache Grundlage zum Überzeichnen zu betrachten. Der ScanManager erschließt den Mehrwert der 3D-Scandaten.

Das 3D-Scanline Softwareprodukt ScanManager ist das leistungsstarke und praxisgerechte Werkzeug für den professionellen Anwender zum Anzeigen, Analysieren und Verwalten von schwarz-weißen und farbigen Scans aus hochauflösenden 3D-Laserscannern.

Die wichtigsten Funktionen der Software ScanManager:

  1. Konvertieren von 3D-Scans. Unterstützte 3D-Scandatenformate folgender Hersteller: Faro, Leica, Riegl, Zoller+Fröhlich.
  2. Visualisieren von 3D-Scans und Punktwolkenschnitten.
  3. Gruppieren der 3D-Scans in Ebenen.
  4. Generieren und Exportieren von horizontalen, vertikalen und beliebig geneigten Schnitten durch die Punktwolken. LT – jpg, PRO – jpg, dxf, iges, ptc, xyz.
  5. Messen von Abständen in den Scandaten
    – Distanz zwischen zwei Punkten
    – Orthogonale Distanz zwischen Punkt und Fläche
    – Distanz zwischen in der Punktwolke erkannten Objekten (z.B. zwischen Rohrleitungen, Wänden, etc)
  6. Anbindung an viele Softwareprodukte (CAD, CAFM, etc.)
  7. Punktwolkenexport in DXF-, PTC-, ASCII- und IGES-Format.
  8. Kommentare / Notizen / Links zu bestimmten Scanpositionen setzen. Export als txt- und Excel-Daten.
  9. Import von DXF-Daten und Überlagern mit Punktwolkenschnitten. Übernahme der DXF-Layerstruktur.
  10. Import von VRML-Daten in die Punktwolken.
  11. Soll-Ist-Abgleich zwischen VRML-Modell und Punktwolke mittels Abstandmessung.
  12. Zeichnen von Linien, Kreisen, Ellipsen, Rechtecken, Polygonen.
  13. Zeichnen von Polylinien und automatische Übertragung in AutoCAD.
  14. Geometrische Objekterkennung von Ebenen, Zylindern und Kugeln. Objektkantenerkennung. DXF-Export.

Abstandmessungen im 3D-Scan

Die Software ScanManager lässt sich an verschiedene Facility-Management-Systeme anbinden. Somit werden ganz neue Dimensionen und weitere Tätigkeitsfelder für das Facility Management erschlossen – Verwalten von Liegenschaften auf der kostenoptimierten Grundlage der 3D-Scandaten. Dies wurde erst mal möglich durch das Definieren von auswertbaren Objekten in den 3D-Scandaten. Die iQsoftlab GmbH hat eine Patentanmeldung der eigenentwickelten Methode zur Anbindung der Scandaten an Facility-Management-Systeme eingereicht.

ScanManager + Facility-Management-Systems

Anbindung der Software ScanManager an Facility-Management-Systeme

Merkmale der Anbindung der Software ScanManager an FM-Systeme

  • Visualisieren der Scans im FM-System
  • Setzen von Attributen zu Objekten und Flächen
  • Prozess- und Wartungsoptimierung
  • Statusabfragen von Abläufen
  • Alle Projektbeteiligten haben die gescannte Umgebung am PC.
  • Standortunabhängigkeit bei Projektleitung
  • Intuitives Kommunikationstool für alle Projektbeteiligten

ScanManager-Broschüre herunterladen.