Jul
26
2011

Case Study: Vermessung der Penicuik House Ruine via Laserscanner3D-Dokumentation von Gebäudefassaden mit Hilfe der Laserscanning-Technologie

3D-Dokumentation des Gebäudes der Northwestern Mutual Life

3D-Dokumentation des Gebäudes der Northwestern Mutual Life

Das Renovieren historischer Wahrzeichen erfordert ein sorgfältiges Abwägen zwischen der Bewahrung der architektonischen Elemente der ursprünglichen Baukonzeption und der Erneuerung anderer Elemente, um sie an moderne Gegebenheiten anzupassen.

Genau vor dieser Aufgabe standen die Planer einer 30 Millionen US-Dollar teuren Restaurierung des Gebäudes der Northwestern Mutual Life in Milwaukee, Wisconsin, USA. Das nach einem Entwurf von Marshall & Fox 1914 im neoklassizistischen Stil erbaute Gebäude an der Wisconsin Avenue besitzt zehn 22,5 Meter hohe, 422 Tonnen schwere korinthische Säulen und wird von einem majestätischen Granitgesims gekrönt. Die Restaurierung des Gesimses bildete den Kern der originalgetreuen Erhaltung des Gebäudes. Da das Gesims vor dem Zeitalter der Computer und CAD-Programme gebaut wurde, bestand der erste Schritt der Restaurierung in der Erstellung einer digitalen Dokumentation der Gesimsausführung. Das in Milwaukee ansässige Beratungsunternehmen SightLine, LLC, wurde beauftragt, die Messungen von den Mittelpunkten ausgehend entlang des Gebäudegesimses auszuführen.

Scan-Technologie mit großer Reichweite

Installation des 3D-Laserscanners auf dem Dach

Installation des 3D-Laserscanners auf dem Dach

Um die Kluft zwischen Innovation und Tradition zu schließen, setzte SightLine die 3D-Laserscan-Technologie für die erforderlichen Messungen zum Erhalt der klassischen Schönheit des Gebäudes ein. SightLine führte die Messungen mit dem FARO Laser Scanner durch. „Der FARO-Scanner wurde für die Durchführung dieser Scans ausgewählt, weil er in der Lage ist, aus erheblichen Entfernungen zu scannen und dabei exakte Daten zu liefern“, so Penny Anstey, President von SightLine.
Der 3D-Laser Scanner erstellt eine 360-Grad-Punktwolke der gescannten Oberfläche, indem er einen Infrarotstrahl in die Mitte eines rotierenden Spiegels sendet. Mithilfe von Messgebern werden die Rotation des Spiegels sowie die horizontale Rotation des Laser Scanners gemessen, was das Erfassen und Modellieren der X-, Y- und Z-Koordinaten jedes Punkts ermöglicht.

SightLine schloss die Vermessung des Gesimses innerhalb von vier Tagen ab. Der Laser Scanner erlaubte SightLine den Luxus, die Scans bequem und sicher aus einem Abstand von ca. 45 Metern durchzuführen, und zwar mit einer Genauigkeit von weniger als 1/10 Zoll. So konnten sämtliche Messungen durchgeführt werden, ohne am Gebäude Gerüste aufstellen oder Arbeitsplattformen herablassen zu müssen. „Nahezu alle Daten wurden vom Boden aus erfasst“, erklärte Anstey. „Der Bauträger meinte, es mit Magie zu tun zu haben, da die Geräte bereits während des Scannens eine Punktwolke erstellen konnten.“
Stellen ohne direkte Sichtlinie umging SightLine mit Erfassungskugeln oder Reflektoren, die geschickt an strategischen Punkten um den Scanner und das Gebäude herum platziert wurden. Die Scans wurden aus unterschiedlichen Sichtwinkeln am Boden und auf dem Gebäudedach durchgeführt und dann mithilfe der Scene-Software über die Kugeln verknüpft.
Die Übersichtsdarstellung der verknüpften Daten ähnelt in ihrer Visualisierung der von Röntgenaufnahmen. So entstand beim Bauträger der Eindruck, der Laserscanner könne durch Wände hindurchscannen.

Scan der Fassade mit dem 3D-Laserscanner

Scan der Fassade mit dem 3D-Laserscanner

Die Daten
SightLine wählte Ausschnitte aus den 3D-Punktwolken aus und übertrug die Objekte dann durch Anzeigen der Wolken aus verschiedenen Richtungen in AutoCAD Architectural Desktop, um die Linienzeichnungen zu erstellen. Es wurden 16 Sätze digitaler 2D-Zeichnungen des Gesimses und des Gebäudeprofils angefertigt. Die Scans ergaben, dass die ursprünglichen Entwurfszeichnungen nicht mit der tatsächlichen Bauausführung übereinstimmten. Ein ganzer Flügel der Gebäudestruktur ragte weiter vor als der andere, was mit bloßem Auge jedoch nicht zu erkennen war. Als der Bauträger die mithilfe der Scans erstellten Detaildarstellungen sah, wünschte er zusätzliche Informationen zum Gebäude. Daraufhin lieferte SightLine Aufrissanalysen und Details zu Schnitten durch typische Bereiche (wie Fenstererker) und Verzierungselemente. Dabei wurden weitere Abweichungen entdeckt. Während die vorhandenen Zeichnungen die Endstücke als stilisierte Eicheln zeigen, ergaben die Scans, dass sie in Wirklichkeit als Gerstenmotive ausgearbeitet waren.
SightLine konnte die gewünschten Informationen liefern, ohne dazu erneut Messungen vor Ort vornehmen zu müssen, da bereits während des ersten Scandurchlaufs enorm viele Daten erfasst worden waren. Das Erzeugen der zusätzlichen Informationen war daher nur eine Frage der Software-Anwendung.

Vergleich der Punktwolke mit der CAD-Datei

Vergleich der Punktwolke mit der CAD-Datei

Return on Investment
„Wir sind der Ansicht, dass das 3D-Laserscannen ein riesiges Potenzial hat und in jedem Fall Vorteile durch Zeitersparnis, reduzierte Fehleranfälligkeit und verbesserte Sicherheit bietet“, sagte Anstey. Die schnelle Erfassung, die einfache Datensammlung und die Exaktheit der Messungen gaben den Ausschlag für die Entscheidung von SightLine, Laserscan-Verfahren anstelle herkömmlicher Vermessungsmethoden einzusetzen.
„Mit unserem früheren Vermessungsverfahren hätte dieses Projekt wahrscheinlich Monate in Anspruch genommen, da wir umfangreiche Gerüstbauten benötigt hätten“, so Anstey. „Davon einmal ganz abgesehen, hätten die Vermesser im Falle zusätzlich benötigter Daten jedes Mal wieder vor Ort Messungen vornehmen müssen. Und wer weiß, ob diese Daten dann überhaupt exakt gewesen wären?“

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