BIM –Mehr als eine...

. Christian Clemen BIM – Mehr als eine Punktwolke. Dessau, 27.04Seite 1

BIM – Mehr als eine Punktwolke

Christian ClemenKolloquium des DVW Landesverbandes Sachsen-Anhalt und der HS Hochschule Anhalt, Dessau, 27.04.2017


HTW Dresden / Fak. Geoinformation

Fakultät Geoinformation

Bachelor (7 Semester)Vermessung/GeoinformatikKartographie/Geoinformatikab WS17/18: Geomatik

Master (3/4 Semester)Geoinformatik/Management

Diplom (FH) (10 Semester)Fernstudiengang Vermessungswesen

Personal für 308 Studierende12 Professoren11 Laboringenieure, 4 Techniker4-7 SHK/WHK


HTW Dresden / Fak. Geoinformation

akultät Geoinformation – Forschungsschwerpunkt „Geodäsie und BIM“ (Ausschnitt)

1.07.16 - 30.06.22: Postdoc-Stelle mit dem Schwerpunkt 3D-Stadtmodelle und nergiebedarfsberechnung (Dr. Robert Kaden) – SMWK Antrag

1.11.16 - 31.05.18: BMWi Forschungsprojekt "3D-PW - TLS2BIM BIM-konforme Bauteilextraktio

1.03.17 - 30.09.17: „Topographie- und Geländemodellierung für BIM“ (Dr. Schiller & Partner)

1.09.17 - 31.08.20: ESF-Promotionsstipendium zur „Entwicklung und Implementierung hotogrammetrischer Methoden für die gerichtsfeste Erfassung und Dokumentation von

Verkehrsunfallstellen“

eit 22.07.2015: den Kooperationsvertrag zur wissenschaftlichen Zusammenarbeit mit der DB ngineering & Consulting


IM - Definition

M ist eine Methode der optimierten, softwareunterstützten Planung,usführung und Bewirtschaftung von Bauvorhaben, basierend auf derktiven Vernetzung aller am Bau Beteiligten.

Building – Bauwerke, nicht Gebäude

nformation – Das Imacht den Unterschied ! Nicht Zeichnung

Modeling,Model,Management. . .


Gemeinsame Datenumgebung (common data environment)


Lebenszyklus - Vermessung und GIS?

quelle: Borrmann u.a. 2015, S.4

Entwurf (LP 1-3)GIS-Daten zu Topographie, Ökologie, Demographie u.v.m

Planung (LP 4-6)Lageplan, Geländemodel, eigentumsrechFragen, Leitungsdaten, baugeometrischeBeratung, u.v.m

Ausführung (LP 8 und LP 9)Absteckung, Maschinensteuerung, Bauüberwachung und Dokumentation

Bewirtschaftung (80% der Kosten)Mietflächen, Fortführung, Datenerfassun

Umbau (sehr häufig!)Pflege Bestandsdaten und DokumentatioHandwerkerkopplung


BIM in a nutshell

• Gemeinsame Datenumgebung vs. Dateichaos• Bauteilorientierung vs. Zeichnung• Lebenszyklus vs. Einzelauftrag pro Leistung(sphase) Abb.: Hau

Abb.: Clemen u


Allgemeines (DIN18710-1)

Bestandsdokumentation (DIN18710-2)

Absteckung (DIN18710-3)

Monitoring (DIN18710-4)

BIM – Datenmodel GeometrieTopologieSemantik

BIM – ManagementLODWorkflowKollaboration

Agenda


Bestandsdokumentation - Geometrie

Frage: BIM ist 3D, mein Tachymeter und Scanner messen 3D – alles klar?

Dimension 3D, aber:DrahtmodellFlächenmodellVolumenmodell

Parametrische Modellierung nicht B-Rep1. Klasse/Typ wählen (Treppe) -> Parameter2. Topologie (welches Stockwerk)3. Geometrie (Platzieren, Maße Anpassen)4. Parametrisieren (Anzahl und Art der Stufen)

nformationsmittel sind derTyp und dessen Parameter, nicht daskoordinatenmäßige Ergebnis derKonstruktion (CAD).



Frage: BIM ist 3D, mein Tachymeter und Scanner messen 3D – alles klar?

Akkumulative:

Auch explizite Verfahren (Borrmann, 2015 S

Das Ergebnis der Modellierung wird gespeichert.

Generative:

Auch implizite bzw. prozedurale Verfahr(Borrmann, 2015 S.30 ff)

Generative Verfahren zur Geometriebeschreibung beruhen daraudass die Entstehungs-geschichte des modellierten 3D-Körpers festgehalten w


Stadler Alexandra: Kohärenz von Geometrie und Semantik in der Modellierung von 3D Stadtmodelle. In: Clemen, Christian: Entwicklerforum Geoinformationstechnik, Shaker Verlag, 2007

Nur Geometrie, keine Semantik

Nur Semantik, keine Geometrie

Einfache Objekte mit unstrukturierter Geometrie

Bestandsdokumentation - SemantikFrage: Wo sind die Layer in BIM?


Stadler Alexandra: Kohärenz von Geometrie und Semantik in der Modellierung von 3D Stadtmodelle. In: Clemen, Christian: Entwicklerforum Geoinformationstechnik, Shaker Verlag, 2007

Einfache Objekte mit strukturierter Geometrie

Komplexe Objekte mit unstrukturierter Geometrie

Komplexe Objekte mit strukturierter Geometrie

Wenn alle semantischen Objekte mit geometrischen Objekten auf derselben AggregationsebeneKorrelieren -> vollständige semantische Kohärenz

Bestandsdokumentation - Semantikrage: Wo sind die Layer in BIM?


Bestandsdokumentation - Semantik

Frage: Wo sind die Layer in BIM?

Problem: Semantik in Software (z.B. Revit) und Standard (IFC) ist nicht gleich !!

Semantik über Bauteiltypen (Klassen)Attribute (Eigenschaften)Keine Layerzuordnung

Wichtig:Semantik IMMER notwendig! Verständnis von Bauwerksstruktur im AD notwendigInhalt und Struktur des Bauteilkataloges sind Bestandteil des Aufmaßes!

LayerKönnen beim Export in CAD angelegt werdenExport kann konfiguriert werden


Bestandsdokumentation - Topologie

Frage: Fehlermeldungen nerven, mit CAD war das einfacher. Was bringt mir BIM?

direkte Topologieer Bezugselemente

Ebenen (z-first!)Raster (Bauachsen)

Direkte Topologiezwischen BauteilenRegelbasiertKohärenz zurSemantik

NutzenValide Modelle (keine Lücken) Invariant gegenGeometrische Änderungen


Bestandsdokumentation – Topologie und Parametrische Modellierung

Frage: Fehlermeldungen nerven, mit CAD war das einfacher. Was bringt mir BIM?

Neben:- Geometrischen Varianten bei gleicher

Topologie- Konsistentzsicherung (Fenster in Wand)- Bauteillisten und geordnete Mengenanga

(Alle Fenster von Raum X)- Gute graphische Performance- Assoziative Flächenberechnung nach DIN- und, und, und, und, und, und

Auch:- Kontrolle beim Modellieren mit gemessene(und ggf. fehlerhaften) Maßen.



Frage: Also kann ich kein verformungstreues Aufmaß für BIM durchführen?

Verformungstreues Aufmaß mit Bauteilen ichhthofen, Jonas v.: „BIM-konforme Modellierung eines Brückenbauwerkes mit LS-Punktwolken am Beispiel der B85 in Kelbra“, Bachelorarbeit an HTW Dresden, 016, mit Glückaufvermessung GmbH

1. CAD-Elemente einfügen/verlinken2. BIM-Proxy-Elemente erzeugen3. Einfach klassifizierte Volumenkörper4. Je einen komplexen Bauteiltyp für

ein Bauteil erzeugen

Verformungstreue Körper können an BIM-Logik teilhaben! (Fenster in Wand, Flächenberechnung, …

BIM

iger


Bestandsdokumentation - LOD

Frage: Das bezahlt doch keiner. Wie soll ich das den alles modellieren?

LOD = LOG + LOILevel of Detail = Level of Geometry + Level of Information

Hausknecht, K. und Liebich, T. (



Frage: Das bezahlt doch keiner. Wie soll ich das den alles modellieren?spiel aus UK: BIM Survey Specification and Reference GuideBezug aller Vermessungsleistungen zu RIBA Leistungsphasen(Stage 1-7). Speziell für Auswertung von 3D-Punktwolken aus Laserscanning

Spezifikation von LOD – für „as-is-survey“LOD1 – einfacher Volumenkörper LOD2 – Bauteile, Öffnungen, … Nur StandardfamilienLOD3 – Bauteile, Öffnungen, Fenster, … BauteilbibliothekLOD4 – Detailliertes Bauteilmodell mit speziellen Details,

TGA, Möbel

Spezifikation von LOI – für „as-is-survey“ LOI100 Modelkategorie „Basiswand“LOI200 + Paramtrische MaßeLOI300 + Detailierter Typ „Innenwand“LOI400 + Visuelle Inspektion und Dokumentation (nicht intrusiv)LOI500 + FM Daten (von Dritten)

Sehr einfache, umfangreiche und fachbezogene LOD + LOI Definition.




• Messgenauigkeit. Wie gut passt die Punktwolke zur Realität?• Modellierungstoleranzen. Wie stark wird das

Bauwerksmodell zweckmäßig vereinfacht?• Vereinfachung von Elementen im horizontalen Schnitt• Senkrechte Lage von Wänden - 60mm, 30mm, 15mm

max. Abweichung• Redundanzfreiheit und kleine Anzahl von Bauteiltypen

(Familien)




Beispiel aus UK: BIM Survey Specification anReference Guide- Umfangreiches

Modellierungshandb- Vereinheitlichte

Checklisten für die Vertragsgestaltung




DIN18710 ist Grundlage für GenauigkeitsklassenGetrennte Angabe von Mess- und ModellgenauigkeitDefinition von Standardfällen (Normal, Denkmalpflege, Metrisch, Imperial)Unterschied zwischen relativer und absoluter GenauigkeitZwischen Bauteiltypen wird der LOA unterschieden!Angaben zur Kontrolle (Validation)

LOA10 User defined - 5 cm LOA20 5 cm - 15 mmLOA30 15 mm - 5 mm LOA40 5 mm - 1 mmLOA50 1 mm - 0



Frage: Das bezahlt doch keiner. Wie soll ich das den alles modellieren?Beispiel DB: BIM-Vorgaben für kleine und mittlere Verkehrsstationen Vermessung für Bestandsmodell und As-built-Modell

LOI (100, 200, 300, 400) nach Planungsphasen (Variantenentscheidung, Entwurfs- und Genehmigungsplanung, Ausführungsplanung , As-built). Die Notwendigkeit der Spezifikation bestimmter Bauteilattribute wird durch LOI usgedrückt.




Pflichtenheft „Planungsbegleitende Vermessung / Bestands-dokumentation für BIM von Verkehrsanlagen, Ingenieurbauwerken, Gebäuden“

Bei der Erstellung des BIM–Gesamtmodells wird die Darstellungstiefe der Neuplanung mit dem Begriff des LoD – Level of Detail, bzw. LoI – Level of Information beschrieben. Dieser steht in keinem Zusammenhang mit dem hier verwendeten Begriff des Detaillierungsgrades. Der Detaillierungsgrad beschreibt hier den Zusammenhang zwischen der Lagegenauigkeit der vermessungstechnischen Bestandsdokumentation und der Möglichkeit zur inhaltlichen Detailtiefen den unterschiedlichen Abbildungsmaßstäben 1:200 oder 1:250, 1:100 und 1:50.“

Ziel der vermessungstechnischen Erfassung: Die Detaillierungsgenauigkeit des BIM-Bestandsmodells wird projektbezogen auf die Aufmaßgenauigkeit der Bestandsvermessung angepasst.

Beispiel DB: BIM-Vorgaben für kleine und mittlere Verkehrsstationen


Bestandsdokumentation - Workflow

Frage: Muss ich Außendienst etwas anders machen?

Bauteilkatalog. Schlank, strukturiert, 20% im „Außendienst“

z-First. Vertikale Struktur desGebäudes als wichtigster logischer Ordnungsrahmen. Aber Sparsam mit Ebenen umgehen!

Außenbereich. Übergang Gebäude (Volumen) zu Gelände (Fläche) genau messen


Bestandsdokumentation - Workflow

Frage: Wie komme ich schnell von der Punktwolke zum BIM Modell?

emiautomatische Verfahren zum Auswerten von unktwolken

Snapping. Erkennen von geometrischen Elementen in PunktwolkeFitting. Automatische Zuordnung Bauteil aus Katalog zur PunktwolkeVerwalten. Erzeugen von neuen BauteiltypenGeneralisieren. Geometrische Generalisierung von WinkelbedingungenAll inclusive. Vollautomatisches Bauwerksmodell?

Generalisierung mit Faro PointSense (kubit), Faro 3D Software GmbH

EdgeWise Building Modeling Tools, ClearEdge3D


Absteckung - Geometrie

Frage: Ich bekomme eine Revit Datei. Wie kann ich das Bauwerk abstecken?

Robert Kaden und Christian Clemen (Applying Geodetic Coordinate ReferenSystems within Building Information M(BIM) – Proceedings of FIG Working W



Frage: Ich bekomme eine Revit Datei. Wie kann ich das Bauwerk abstecken?Georeferenzieren

Baulagenetz (maßstabsfrei, gekürzte Koordinaten)Passpunkte/-linien (exakt in Model und Realität)Modell in Baulagenetzt einpassen (Bsp. Autodesk Revit)- Projektbasispunkt (Recht/Hoch/Höhe/Azimut)- Georeferenzierten CAD-Lageplan als Referenz + Höhe- Spezialsoftware (z.B. Autodesk PointLayout)

VerwaltenBIM Software kann mehrere (Vermessungs-) Koordinatensysteme verwalten, z.B.: Baulagenetz und Landeskoordinaten Aber nur 3P + 1P Transformation, keine EPSG

Validierenz.B. Beschriftung von Kontrollpunkten (Lage + Höhenkote)

AustauschenIFC/CAD Datei übertragen werdenGeoreferenzierung über IFCSite / IFCLocalPlacement bzw. WKS



Frage: Ich bekomme eine Revit Datei. Wie kann ich das Bauwerk abstecken?

Punkte erzeugen (Achsenschnittpunkte, Modellelemente)Punkte benennen und verwaltenPunkte an Tachymeter übertragen (CSV, Punktdatenbank/XML, online)

Schinke, Marcel (2017): Building Information(BIM) für Vermessungsingenieure –Durchführung und Dokumentation einer Abstmit offenen Standards (IFC), Bachelorarbeit Dresden


Absteckung- Kollaboration

Frage: Wie kann ich die Absteckung in einer BIM Datenbank dokumentieren?


Absteckung- Kollaboration

Frage: Wie sollte ich die Absteckung organisieren?

rozesskarte Spezifizierung der Prozesse

Austauschanforderungen

MVD

nformation Delivery Manual (IDM)„Diese legen fest, welche Informationen von wem wann welchem Projektbeteiligten wieur Verfügung gestellt werden sollen.“ [Borrmann / König / Koch / Beetz 2015, S.130]

Bedarf: Spezifikation vermessungstechnischerIDMs!


Allgemeines (DIN18710-1)

Bestandsdokumentation (DIN18710-2)

Absteckung (DIN18710-3)

Monitoring (DIN18710-4)

BIM – Datenmodel GeometrieTopologieSemantik

BIM – ManagementLODWorkflowKollaboration

ngenieurgeodäsie und BIM - Agenda

Oder doch GIS?


Kollaboration mit GIS?

Zusammenarbeit mit Vermessungsingenieur in einem BIM Projekt?

- Topographie (Lageplan)- Gelände (Geländemodell)- Liegenschaftsgrenzen (Kataster)- Leitungen (GIS)- 3D-Stadtmodel - und, und, und


Kollaboration – Daten – Vermessung in IFC

ariante 1: Eigene Objektklassen entwickeln

semantischen Objekte bedienen sich dann n den Ressource Layern bedienen.

ggf. neue Klassen in Resource Layer

orteil: Freiheit in der Modellierung

achteil: Muss durch BSI anerkannt werdenDas IFC Datenmodell wird aufgebläht

Motivation: Ursprüngliche Beobachtungsdaten (Messwerte in IFC Datei speichern) [Clemen/Gründig 2006]

Variante 2: Verwendung generischer Merkmalslisten (Propery Sets)

- Semantische Erweiterung duch IfcPropertySeund IfcRelDefinesByProperties

Vorteil:

- Keine Standarderweiterung nötig- Wird von Software unterstützt- Kann validiert werden

Nachteil: - Schwierige Modellierung der Beziehung

Geometrie und Messung (wegen Bauteilmodellierung)

örne 2016] [Görne 2016]

Problem:Parametrisierung von Messungselementen erfordert B-Rep!


Kollaboration – Daten – Vermessung in IFC -Variante 2: Verwendung generischer Merkmalslisten (Propery Sets)

Topologie:- Geometrie (Fac- Bauteil (Wall)- Messung (Pola

[Görne 2016]

Datenstruktur

Validieren


Kollaboration – Daten – Schematransformation

Semantik und Geomtrie in anderes Datenmodell überführenAls Prozess definieren, dann Instanzen transformierenNicht verlustfrei möglich!GML to IFC möglich, aber nur bedingt sinnvollSehr wichtig IFC to GML, möglich, weil im wesentlichen Information weggelassen werden muss.

https://knowledge.safe.com/articles/1024/bim-to-gis-advanced-ifc-lod-200-to-lod-3-citygml.html-Mekawy 2012


Kollaboration – Daten – Information Container



Information container for Data Drop (nach COINS)

• Für Dokumente, Modelle, und Links• Der Container enthält auch Information zu Beuziehungen

zischen Modellen (plural) und Dokumenten• Nötig für:

- Ausschreibungen- Planungsunterlagen- Projektsteuereung- Dateninfrastrukturen

• Wird bald ISO normiert• Sehr wichtig für GIS-BIM Integration

Formale Beschreibung deSchemas

Links zwischen Daten

Daten



Alternative: Multimodel (Mefisto-Projekt)

Für Dokumente, Modelle, und LinksEinfache XML-SyntaxWird für die Verbing von BIM mit in LV-Verzeichnissen engewendet

[Schererer]



[http://www.bauprofessor.de/BIM-LV-Container%20Metadaten%20MultiModel.xml/e39b1d2f-8a51-403c-857a-d0e41692971e]


Termine

https://www.fig.net/fig2017/bim.htm


Termine

http://www.dvw.de/aktuelles/19915/dvw-plant-leitfaden-zu-geod-sie-und-bim

• Prof. Dr. Robert Seuß (AK2), Frankfurt University of Applied Sci• Univ. Prof. Dr. Andreas Eichhorn (AK4), TU Darmstadt• Prof. Dr. Christian Clemen, Dr. Robert Kaden, HTW Dresde• Univ. Prof. Dr. Jörg Blankenbach, Dr. Ralf Becker, RWTH • Prof. Dr.-Ing. Thomas Kolbe, Runder Tisch GIS, TU Münc• Dr.-Ing. Andreas Donaubauer, TU München• Dipl. -Ing. Ulrich Gruber, Kreis Recklinghausen, SIG3D

DVW BIM Leitfaden„Geodäsie und BIM“


Literatur

Borrmann, André (u.a.) (2015): Building Information Modelling –Technologische Grundlagen und industrielle Praxis,Springer Verlag.

BMVBS - Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (2013): BIM-Leitfaden für Deutschland – Informationen und Ratgeber, Endbericht des Forschungsprogramms ZukunftBAU

BMVI - Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (2015): Endberichtes der Reformkommission Bau von Großprojekten

Clemen, Christian und Manthe, Christian (2015): TLS für das Building Information Modeling (BIM) – Das BIM-Pilotprojekt Erneuerung Hbf Hannover. In: 147. DVW-Seminar TLS 2015, Fulda am 07./08.12.2015

Görne, Hendrik (2016): Building Information Modeling (BIM) –Standards der BIM-Methode für vermessungstechnische Leistungen, Masterarbeit an der HTW Dresden

Hausknecht, K. und Liebich, T. (2016): BIM-Kompendium - Building Information Modeling als neue Planungsmethode. Frauenhofer IRB Verlag,

Scherer, R. J. und Schapke, S. E. (2014): Informationssysteme im Bauwesen 1: Modelle, Methoden und Prozesse. Springer Vieweg: 3-4.

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