Dez
15
2011

Wo die Jahrhunderte übereinander liegen

Auf einer Felseninsel am Ufer des Genfersees gelegen, zieht das Chateau Chillon jährlich über 300.000 Besucher aus aller Welt. Das Schweizer Schloss  hat die Jahrhunderte überdauert und wurde dabei immer wieder umgebaut – meist ohne Pläne. Der FARO Laser Scanner ermöglichte die erste umfangreiche 3D-Dokumentation der Anlage.

Archäologe vermisst Schloss mit Hilfe des FARO Laser Scanners

Die erste historische Erwähnung des Schloss Chillon wird ins Jahr 1005 datiert. Auch die ältesten, heute noch sichtbaren Bebauungen stammen aus dem 11. Jahrhundert, Teile des inneren Burgbezirks etwa, oder der Hauptturm. Über die Jahrhunderte wechselten die Hausherren: Sie bauten die Wasserburg nach ihren Vorstellungen um, legten neue Verteidigungsvorrichtungen an. Aus Platzmangel, die Insel misst nur 120×45 Meter, wurde zumeist auf- und ineinander gebaut. Vom Schloss existieren keine vollständigen Pläne. Der Archäologe Olivier Feihl, Gründer und Inhaber von Archeotech in Epalinges bei Lausanne, wurde beauftragt das Schloss zu vermessen. Er nutzte dafür den FARO Laser Scanners LS 880. Das Ergebnis waren millimetergenaue Pläne und Mauern des Chateaus. [weiterlesen …]

Dez
13
2011

FARO Laser Scanner ermöglicht Änderungen an historischer Kathedrale in England

Im Südosten Englands, etwa 35 Kilometer außerhalb Londons, steht die Abtei von St. Albans. Grundriss und Struktur der Kathedrale stammen zu großen Teilen noch aus dem 11. Jahrhundert. Jedoch wurde die Kathedrale im Laufe der Zeit häufig umgebaut. Nun wurden Mittel- und Seitenschiffe mit einem Laser Scanner vermessen. Die so entstandene 3D-Dokumentation soll helfen, die Abtei auf die Bedürfnisse der heutigen Gemeinde anzupassen.

3D-Dokumentation der St. Albans Kathedrale

Die Abtei wurde im Jahr 793 gestiftet. Namenspatron ist der römische Soldat Alban, der erste christliche Märtyrer Englands. Im Mittelalter avancierte sie zu einem der reichsten und mächtigsten Klöster der britischen Inseln. Im 11. Jahrhundert entstand der normannische Bau der “Cathedral Church of St Albans”. Bis heute ist die Kathedrale noch eine wichtige Pilgerstätte für Gläubige aus dem ganzen Land. Gleichzeitig muss die Abtei als Veranstaltungsort den Ansprüchen der lokalen Gemeinde genügen. Die Gemeindeleitung entwarf daher Pläne zur Änderung des Mittelschiffs. Der Umbau sah eine Ver­größerung der Bühne, eine Überarbeitung der Sitzanordnung, sowie die Versetzung des Taufbeckens vor. Eine detaillierte 3D-Dokumentation per Laser Scanner lieferte die, für die genaue Planung erforderlichen, Informationen. [weiterlesen …]

Dez
06
2011

Mythologie trifft High-Tech

Im Hinduismus wird das älteste Gottespaar durch Stier und Kuh versinnbildlicht. Seitdem steht das Rind unter einem besonderen Schutz: Die lebende Kuh wird verehrt, der Stier ist das Begleittier mehrerer Gottheiten. Auch Shiva, Gott der Zerstörung, nutzt als Reittier einen Stier, Nandi genannt. Der Stier fungiert in jedem Shiva-Tempel als Schwellenhüter. Eine Hindu-Gemeinde in Südindien hatte sich zum Ziel gesetzt, eine riesige Nandi-Statue zu errichten. Die neue Statue sollte sowohl die Götter zufrieden stellen, als auch neue Gläubige anziehen. Nach mehreren misslungenen Versuchen griff die Gemeinde auf die Expertise eines Ingenieurbüros und die 3D-Dokumentation zurück.

Innovative 3D-Dokumentation trifft auf jahrtausendealte Religion

Traditionell steht in jedem Tempel des Hindu-Gottes Shiva eine Nandi-Statue, gegenüber dem Haupt-Schrein. Gläubige beten zuerst zu Nandi, bevor sie sich Shiva zuwenden. Für seine Gemeinde in Coimbatore wünschte sich der Sadhguru, das spirituelle Oberhaupt, eine riesige Nandi-Statue. Sie sollte wie keine zweite im Land sein und mehr als 500 Jahre überdauern. Eine Herausforderung für die Konstrukteure, denn sie hatten bereits schlechte Erfahrungen mit überdimensionierten Shiva-Statuen aus Stein gemacht. Die Götzenbilder waren ohne die Hilfe von Laser Scannern und CAD-Modellen errichtet worden und entsprachen nicht den Vorstellungen der Auftraggeber. Auf der Suche nach einer verlässlicheren Lösung für das neue Vorhaben beauftragten sie das Ingenieursbüro VectraFORM. Die Ingenieure schlugen vor, die Arbeiten mit Laser Scannern zu unterstützen. Zudem sollte die Nandi-Statue aus Metall konstruiert werden, da sich Stein als Material als ungeeignet erwiesen hatte.

Eine Nandi-Statue in Chamundi*

Laser Scanner im Einsatz

Aus Fotografien verschiedener Tiere entwarfen Künstler ein Gipsmodell eines Idealtypus. Der Entwurf ist einem aufstehenden Stier mit ausgestrecktem Vorderlauf nachempfunden. Diese Haltung symbolisiert in der Mythologie, dass das Tier seinen Meister Shiva erkennt. Das Modell war im Maßstab 1:6 erstellt, die fertige Statue sollte 4x6x8m messen. Die Studie wurde per Laser Scanner vermessen und das CAD-Modell auf die Endgröße hochskaliert. Mit Hilfe dieses Zwischenergebnisses berechnete das Ingenieursteam Gewicht und Statik der Statue. Ein ähnlicher Prozess wiederholte sich: Das Projektteam der Gemeinde, ungeübt im Umgang mit der CAD-Software, bevorzugte es, an einem physischen Modell zu arbeiten. Aus dem Modell wurde nun, in Originalgröße, in eine Wachsstatue gegossen.

Konstruktion der Statue nutzt 3D-Dokumentation

Das Team erhitzte und veränderte Bereiche des Wachsmodells, bis es mit der endgültigen Form zufrieden war. Auch dieses Resultat wurde per Laser Scanner erfasst. Da der Laser Scanner den Boden des Modells nicht vermessen konnte, wurde dieser per Post-Processing in der 3D-Dokumentation ergänzt. Zur Debatte stand, die Statue aus einem Stück zu gießen. Die geringe Anzahl an Gießereien in der Gegend war nicht der einzige Grund, der dagegen sprach. So waren Haltung des Tieres und Statik ungeeignet für einen Guss. Der schwere Kopf musste gesondert gestützt werden. Die Gemeinde merkte zudem an, dass eine händisch gebaute Statue bei den Göttern mehr Anklang findet. So wurde nur der Kopf der Statue aus sieben Stücken gegossen. Der Körper wurde zuerst aus einem Skelett aus 16mm Bewehrungsstäben geformt und anschließend mit 8mm Stahlblech überzogen. Die mit Hilfe des Laser Scanners erstellten Pläne stellten sicher, dass die Konstruktion dem Wachsmodell gleicht und stabil ist.

Dank 3D-Dokumentation konnte das Kunstwerk realisiert werden. Die Errichtung der Statue war ein voller Erfolg. Der Sadhguru des Tempels weihte sie in einer feierlichen Zeremonie vor 250.000 Menschen ein.

*(Bild: Rameshng / flickr)

Okt
20
2011

Laserscanning im Tunnelbau

Tunnelbauarbeiten sind ein schwieriges Unterfangen: Der kleinste Fehler kann zeit- und kostspielig werden. Die Projektpläne sind eng gestrickt, Zeitfenster klein. Täglich müssen mehrere Kilometer erschlossen werden – und dass unter schwersten atmosphärischen Bedingungen. Wir zeigen, wie der Laserscanner in diesem Umfeld die Tunnelbauarbeiten unterstützt.

Sprengvortrieb anfällig für Fehler

Beim Tunnelbau im Gebirge wird häufig der Sprengvortrieb eingesetzt. Das Gestein wird durch Sprengungen gelöst. Das Problem: Die Bohrungen und Sprengstoffmengen können zwar im Vorfeld berechnet werden, die Ergebnisse jedoch sind ungenau. Das tatsächliche Ergebnis weicht vom theoretischen Tunnelprofil ab. Vor der Sicherung der Felswände müssen diese „Mehrausbrüche“ ausgebessert werden. Die weiteren Arbeitsschritte verzeihen keine Fehler beim Sprengen. Hydraulikhämmer lockern loses Gestein, das über Förderbänder entfernt wird. Strukturbolzen stützen den Schacht, Spritzbeton stabilisiert die Felsoberfläche. Bereits jetzt, vor der Endverkleidung der Felswände, werden der Straßenbelag oder ein Schienensystem installiert. Erst danach werden die endgültigen Verkleidungselemente aus Beton angebracht. Nun zeigt sich, ob die Tunnelwände exakt herausgearbeitet wurden: Die vorgefertigten Verkleidungselemente müssen millimetergenau passen.

Laserscanner erfasst Tunnelquerschnitt

Um sicher zu stellen, dass die Betonelemente passen, kann man jedoch nicht einfach mehr Gestein abtragen. Jeder Zentimeter zu viel im Tunnelquerschnitt würde immense Kosten nach sich ziehen. Beim Vintebro-Tunnel nahe Oslo bspw. hätte ein um einen Zentimeter größerer Tunneldurchmesser, auf die gesamten 3,6 Kilometer gerechnet, zusätzlich 5000 Tonnen Fels bedeutet. Die Alternative: Ein Laserscanner begleitet die gesamte Vortriebsarbeit. Mithilfe des Laserscanners kann nach jedem Sprengvorgang die gesamte Ausbruchsfläche vollständig erfasst werden. Da jeder Vortriebsstillstand Verzögerungen im Zeitplan nach sich zieht, ist das Zeitfenster für Vermessungen sehr klein. Der FARO Focus3D erfasst innerhalb weniger Minuten mehrere Hundert Millionen Messpunkte. Die Daten werden nach dem Scannen in einem externen Notebook abgespeichert und unmittelbar im Tunnel verarbeitet. So entsteht an Ort und Stelle eine Bestandsdokumentation des Tunnelquerschnitts. Die Ingenieure sehen sofort, an welchen Punkten der Tunnelwände sie nachbessern müssen.

Der FARO Focus3D im Tunneleinsatz

Herausforderung für Laserscanner unter Tage

Der Laserscanner wird beim Einsatz im Tunnel vor schwierige Herausforderungen gestellt: Unter Tage ist es zuweilen sehr heiß oder sehr kalt, hinzu kommt die hohe Luftfeuchtigkeit. Das Gerät muss also robust sein, gleichzeitig aber leicht genug, um die Arbeit zu begleiten. Die Tunnelbauarbeiten finden auf engem Raum statt, Geräte wie der Laserscanner müssen den gesamten Weg getragen werden. Die per Laserscanner gewonnen Daten werden genutzt, um den Tunnelquerschnitt in Bezug auf Struktureffizienz zu optimieren. Die Amberg Software TMS Tunnelscan vergleicht das tatsächliche Profil des Tunnels mit dem theoretischen Sollprofil. Anhand einer exakten Berechnung des Mehrausbruchs, können die Mineure erkennen, an welchen Stellen zu viel oder zu wenig Gestein abgetragen wurde.

Laserscanner fördern Sicherheit im Tunnelbau

Der Laserscanner unterstützt die Arbeit im Tunnelbau, da Fehler im Vortrieb frühzeitig erkannt und kostensparend beseitigt werden können. Oliver Schneider, Produkt Manager Tunnel bei Amberg Technologies hat einen weiteren Pluspunkt für Laserscanner bei der Arbeit im Tunnel ausgemacht: “Beim modernen Tunnelbau wird neben den wirtschaftlichen Aspekten ein sehr großer Wert auf die Sicherheit gelegt. Die Laserscanning Technologie hilft durch die schnelle und exakte Datenauswertung den Tunnelbau sicherer zu machen.“

Sep
12
2011

Bauüberwachung mit dem 3D-Laserscanner

Die Bauüberwachung ist eines der Haupteinsatzfelder des 3D-Laserscanners. Von der Überprüfung des Baugrubenaushubs angefangen bis hin zur wöchentlichen Kontrolle der Rohbauten: Der Laserscanner ermöglicht eine zeit- und kosteneffiziente Arbeiten. In regelmäßigen Soll-Ist-Vergleichen werden Abweichungen des Bauobjekts von den Bestandsplänen kontrolliert. In diesem Artikel zeigen wir, wie der Laserscanner bei der Bauüberwachung hilft und welche Vorteile der Laserscanner gegenüber herkömmlichen Messinstrumenten bietet.

Per 3D-Laserscanner die Baufortschritte eines Bürogebäudes überwachen
Ein Auftrag in der Baubranche könnte lauten, die Baufortschritte eines Bürokomplexes zu überwachen. Der Baugrubenaushub ist bereits erfolgt. Der Auftraggeber verlangt eine wöchentliche Dokumentation und Überwachung des Baufortschritts für die rechtliche und technische Dokumentation. Beim Objekt handelt es sich um einen modernen Entwurf mit zahlreichen Freiformflächen. Herkömmliche Messinstrumente können diese nicht flächendeckend vermessen. Laserscanner sind hierfür   prädestiniert. Zudem eignen sie sich, Abweichungen des Baubestands von den Planungsunterlagen zu dokumentieren. Laserscanning spart Zeit und Kosten. Mit der passenden Software können darüber hinaus gegebenenfalls neue Pläne erstellt werden.

Die Vermessung des Objekts per 3D-Laserscanner
Im ersten Schritt werden die Standorte des Laserscanners in einem Lageplan vermerkt. Diese dienen als Orientierungspunkte, um später die Ergebnisse am PC zusammen zu setzen. Laserscanner, wie der FARO Focus3D, erfassen fast eine Million Messpunkte in einer Sekunde und erstellen so innerhalb weniger Minuten ein detailliertes, dreidimensionales Abbild der bestehenden Gegebenheiten. In der zweiten Phase der Vermessung müssen die Messdaten ausgewertet werden. Mit einer Software wie SCENE ist allerdings auch das gut möglich.

Die Vorteile des 3D-Laserscanners in der Bauüberwachung
Eine Stärke des Laserscanners in der Bauüberwachung zeigt sich in der Nachbearbeitung der Ergebnisse. Einmal in den PC eingespeist, entsteht aus mehreren Millionen Messpunkten eine Punktewolke. Aus diesen Messdaten können nun Detailpläne, Auf- und Grundrisse erstellt werden. Im Soll-Ist-Vergleich mit den alten Plänen können Differenzen aufgedeckt werden.

1. Überprüfen des Baugrubenaushubs
Mit dem Laserscanner lässt sich bereits der Baugrubenaushub überwachen. Der Laserscanner kann an der Grube installiert werden. Regelmäßig können so Veränderungen in der Grube gemessen werden. Sowohl das Aushubvolumen als auch die Größe der Grube sind überprüfbar. Der Bauträger behält so, etwa beim Abtransport des Aushubs, die Kostenkontrolle, da der Laserscanner hilft, die Auslastung der LKW zu optimieren. Hinzu kommt, dass herkömmliche Messinstrumente wie Tachymeter nur einzelne Punkte vermessen. Mit 3D-Laserscannern ist es nun erstmals möglich, mit einer einzigen Messung die gesamte Grube zu erfassen. Bewegungen der Grube, beispielsweise Erdrutsche an den Grubenwänden, werden frühzeitig erkannt.

2. Vermessung von Freiformflächen
Der Vorteil des 3D-Laserscanners gegenüber gängigen Messinstrumenten wird noch deutlicher in der Vermessung der Freiformflächen. Diese Tachymeter und Theodoliten können nur eine begrenzte Anzahl von Messaufgaben erledigen. Sie messen nur einzelne Koordinaten vordefinierter Objekte. Freiformflächen lassen sich somit unmöglich flächendeckend vermessen. Der Laserscanner hingegen erfasst in kürzester Zeit Millionen Messpunkte. Archiviert stehen sie dem Architekten auch lange nach der eigentlichen Messung noch zur Verfügung. Einzelne Werte sind im Scan nachmessbar. Wer mit Tachymetern arbeitet, muss für jeden neuen Messwert erneut auf die Baustelle.

3. Überwachen von Baufortschritten
In der Bauüberwachung spielt der 3D-Laserscanner bei der regelmäßigen Erfassung des Objekts seine größte Stärke aus. Auch hier kann das Gerät, ähnlich der Baugrubenüberprüfung, installiert werden und den Rohbau erfassen. Bislang musste ein externes Landvermessungsbüro für die Vermessung engagiert werden. Dies kann nun kosten- und zeitsparend von Architekten selbst übernommen werden. Mit SCENE kann er die aus den Messergebnissen erstellten 3D-Modelle mit den Planzeichnungen vergleichen und Abweichungen erkennen. Durch die regelmäßige Überwachung der Baufortschritte per Laserscanner lassen sich Probleme frühzeitig erkennen und so kostensparend vorbeugen.

Fazit
Dies ist nur ein kurzer Anriss der Möglichkeiten, die sich in der Bauüberwachung mit einem Laserscanner ergeben. 3D-Laserscanner erfassen Bauobjekte schneller und umfassender als dies mit herkömmlichen Methoden bisher möglich war. Zudem lassen sich nun auch Freiformen flächendeckend vermessen. Scans werden gegeneinander und mit Planzeichnungen abgeglichen, um Missstände zu erkennen und Baufortschritte zu dokumentieren.



Der Laserscanner Blog

Alles rund um Laserscanning, 3D-Dokumentation und 3D-Messtechnik für Architekten und Bauingenieure

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