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S. LogesJ. Blankenbach

Geodätisches Institut, RWTH Aachen

Oldenburger 3D-Tage 2017

AS-BUILT DOKUMENTATION FÜR BIM: ABLEITUNG VON BAUTEILORIENTIERTEN

MODELLEN AUS PUNKTWOLKEN

BIM

Motivation

Forschungsprojekt a-BIM

Allgemeiner Prozess

Agenda

2Oldenburger 3D-Tage 2017

Building Information Modeling• Neue kollaborative Planungsmethodik• Vollständige digitale Abbildung

eines Bauwerks• Über den gesamten Lebenszyklus • Auf Grundlage eines semantikreichen bauteilorientierten

Modells

• Stufenplan zur Einführung von BIM bei Planung und Umsetzung großer Infrastrukturvorhaben bis 2020 (BMVI)

BIM - Planungsmethodik


NBIM.org

BIM – Bauteilkatalog


Semantikreiches bauteilorientiertes Modell• Bauteile als Informationsträger• Geometrie nur eine Eigenschaft neben

Semantik (Sachdaten) & Relationen (Beziehungen)

• Bauteilkatalog definiert Ausprägungen von Bauteilen

• Beschreibung der Geometrie idR durch ein Volumenmodell

Neue Herausforderungen durch die BIM-Methode • Bauen im Bestand• Wahl der Aufnahme-Methode • Händisch geprägter Prozess

Strukturierung von Punktwolken Erzeugen von Bauteilen Eingabe von Bauteileigenschaften

Zeit- und Kostenreduktion durch Automatisierung

BIM - Motivation


Level of Development (LOD)• Einteilung der Fertigstellung in fünf Hauptgraden• Level of Geometry (LOG) ausschlaggebend• Semantisch geprägte Einteilung Level of Information eher

vom Verwendungszweck abhängig Zu welchem Zeitpunkt eines Vorhabens ist welcher LOD

gefordert?

BIM - LOD

6Oldenburger 3D-Tage 2017NATSPEC 2013

a-BIM – advanced BIM for model-based Construction, Building and Refurbishment

Entwicklung von Strategien zur Erstellung von BIM-gestützten, zeit-, energie- und kostensparenden PlanungsprozessenKonzeption neuartiger Methoden zur effizienten Datenerfassung und-modellierung bestehender Gebäude und der Verwendbarkeit von BIM alsGrundlage für die Automatisierung von Prozessen

Szenario: Umnutzung von Bestandsgebäuden

Aktuelle Forschung: a-BIM


BIM-Modellerweiterungen

Nutzungsanforderungen

Erfassung, Detektion und Modellierungvon Bauteilstrukturen

Recycelbarkeit

Erweiterung um Schnittstellen zu Fertigungsverfahren und Robotern

Aktuelle Forschung: a-BIM


Von der Punktwolke zum as-built BIM

Datenaufnahme und -

vorverarbeitungSegmentierung Klassifizierung Zuordnung &

Objektbildung

- Registrierung- Filterung / Ausdünnung

- Ausrichtung

vorbereite Punktwolke

- Aufteilen der Punktwolke in ROIs

- Zweiteilig:1 Räume2 Elemente

Teilpunktwolken

- Feature-Extraktion

- ML (ANN, SVM..)

Klassifizierte Elemente

- Zuordnen derElemente

- Erzeugung vonBauteilen

as-built BIM-Modell


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• Erzeugung von Punktwolken garantiert umfassende Aufnahme des Bestands

• Verschiedene Methoden zur PW-Erzeugung

• „Scan-to-BIM“• Structure-from-Motion• 3D-Kameras

• Vorverarbeitung liefert eine ausgedünnte & ausgerichtete Punktwolke

Datenaufnahme und -vorverarbeitung

Project Tango (Google)


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Ausrichten der Richtung• Schnittbilder• Detektion von Geraden mittels

Hough-Transformation

Ausrichtung der Höhe• Histogrammanalyse

Datenaufnahme und -vorverarbeitung

Bodenpunkte

Tischhöhe

Deckenpunkte



Datenaufnahme und -


Objektbildung


- Ausrichtung




Teilpunktwolken


- ML (ANN, SVM..)




as-built BIM-Modell


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Segmentierung

• Gegeben:Punktwolke, Kameratrajektorie

• Gesucht:Teilpunktwolken der einzelnen Räume

• Lösung:Analyse der von den Kamerastandpunkten sichtbaren Punkte und Detektion der Raumübergänge


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• Detektion der von den Standpunkten aus sichtbaren Punkte

• Erzeugung von Histogrammen für X- und Y-Werte

• Sequentielle Analyse der Quartile Q1 und Q3 der Punkte

• Übereinstimmende Histogramme werden zu einem Raumhistogramm addiert

• Konfidenzintervall definiert Grenzen der Übereinstimmung

Segmentierung - Ansatz

1 · , 1 · ]


15

Segmentierung - Ergebnis

Testdaten:• Punktwolke aus 138

Aufnahmen• 200 Zielstrahlen pro Position• Maßstab m = 0,6

Resultat:• In Räume aufgeteilte

Punktwolke• Ungefähre Lage der Türen• Qualität variiert mit der

Beschaffenheit der Raumgeometrie


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• Ausgehend von den segmentierten Räumen

• Analyse von Schnittbildern

• Extraktion von Flächen mit definierten Mindestflächeninhalt

Segmentierte Elemente des Raums

Segmentierung II



Datenaufnahme und -


Objektbildung


- Ausrichtung




Teilpunktwolken

- Feature-Extraktion - ML (ANN, SVM..)




as-build BIM-Modell


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Klassifizierung

• Extraktion von geometrischen und semantischen Informationen

• Behandlung von Verdeckungen & sonstigen Störungen

• Datenbasierte Ansätze• Farbe, Form

• Modellbasierte Ansätze• Nachbarschaften• Wissen über Aufbau• Bauteilkatalog

Bodenebene

Deckenebene


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Auswahl eines geeigneten Klassifizierers

• Entscheidung durch allgemeine Regeln?

Entscheidungsbäume

• Hierarchische Abfolge von definierten Entscheidungen

• Gute Interpretierbarkeit

Klassifizierung


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Auswahl eines geeigneten Klassifizierers

• Keine allgemeinen Entscheidungsregeln definierbar?

Maschinelles Lernen (ANN)

• Knoten (Neuron) & Kanten (Synapsen)

• Lernen durch Gewichte

Klassifizierung



Datenaufnahme und -


Objektbildung


- Ausrichtung




Teilpunktwolken


- ML (ANN, SVM..)




as-built BIM-Modell


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• „Von der Ebene zum Bauteil“

• Zusammengehörige Elemente zu einem Bauteil verschmelzen

• Verschneidung der Bauteile

as-built Modell

Zuordnung & Objektbildung

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Wand

Tür Möbiliar


Ergebnisse – SfM vs. TLS


Fragen?


Sören [email protected]‐aachen.de

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