Brückenmodellierung

Im Leitfaden: 4.3.2 Optimierungskonzepte

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Informationsbasis für die Bestandsmodellierung von Brücken

Für die Bestandsmodellierung einer Brücke ist eine solide Informationsgrundlage notwendig. Oft liegen Daten in Form von 2D-Ausführungsplänen vor. Insbesondere bei älteren Bauwerken sind diese möglicherweise nicht mehr aktuell. Es stellt sich die Frage, ob Instandhaltungsmaßnahmen dokumentiert wurden und wie stark z.B. die Witterung auf die Fahrbahn eingewirkt hat. Hier können 3D-Scandaten eine wertvolle Ergänzung bieten, um den Bestand der Oberfläche, und daraus auch das Volumen, abzubilden. Dies kann entweder mittels herkömmlichem Laserscanning (TLS) oder durch den Einsatz von Drohnen (UAV) erfolgen. Die Besonderheit bei der Brückenmodellierung ist, dass als Bestandsdaten keine Shape-Dateien vorlagen, sondern lediglich 2D-Pläne und Bauwerksdokumente. Diese wurden um Datenaufnahmen aus Scans ergänzt.

Unterschiede der Varianten

Die Massenermittlung von Bestandsbauwerken kann mit verschiedenen Methodiken stattfinden, darunter die manuelle Berechnung und das Ableiten der Massen aus Modellen, basierend auf 3D-Scandaten.

Bei der manuellen Berechnung werden 2D-Pläne aus der Bauausführung herangezogen. Anhand der aufgeführten Maße erfolgt die Berechnung des Volumens, welches dann mit den entsprechenden Dichtewerten verrechnet wird, um die Massen zu ermitteln.

Eine Alternative dazu besteht im Scannen des Bauwerks und der anschließenden Modellierung anhand der gesammelten Daten. Dadurch kann der Ist-Zustand des Bauwerkes als 3D-Modell abgebildet werden. Aus diesem Modell ist es möglich, sich Volumina und Massen abzuleiten.

Beide Varianten haben Unterschiede in Ihrem/Ihrer:

• Zeitaufwand

Die manuelle Massenermittlung ist eine vergleichsmäßig schnelle Herangehensweise. Der anfallende Aufwand, besteht einzig aus der einmaligen Berechnung aller gewünschter Daten. Die Dokumentation dieses Vorganges kann aufgrund der subjektiven Einflüsse intransparent sein.

Bei der Modellierung eines Bestandsbauwerkes fällt ein höherer Zeitaufwand an. Die Tätigkeiten des Scannens und Modellierens müssen hier zusätzlich zu der Berechnung mitberücksichtigt werden. Im Gegensatz zu der manuellen Ermittlung liegt dadurch auch eine eindeutig nachvollziehbare Berechnungsgrundlage vor. Da die Berechnung in diesem Fall digital abläuft, ist es möglich, etwaige Fehler direkt ausfindig zu machen. Darüber hinaus kann das 3D-Modell in weiteren Anwendungsfällen Gebrauch finden. An dieser Stelle ist anzumerken, dass es aufgrund der Eigenschaften der Laserscantechnologie nicht möglich ist, alle Bauteile mit dieser Methode exakt abzubilden. Ein Bauteil kann durch fehlende Zugänglichkeit nicht scannbar sein. In diese Kategorie fallen zum Beispiel Fundamente, oder andere überschüttete Bauteile sowie Bauteile, die mangels Zugänglichkeit nicht gescannt werden können.

Zeitaufwand für ein Bauwerk (Datenerhebung an Ein- und Mehrfeldbrücken mit Spannweiten zwischen 8,5m und 12m )

Manuell	Laserscan (TLS)	Dronenscan (UAV)
2-6.5h	6-24h	4-20h

• Genauigkeit

Mit der Annahme der manuellen Berechnung als Referenzwerte muss auch darauf hingewiesen werden, dass es bei der Arbeit mit Scandaten zu Abweichungen kommt. Für die genauen Ursachen dieser Abweichung besteht weiterer Forschungsbedarf. Eine erste Einschätzung zieht die folgenden Ursachen in Betracht:

• Genauigkeit der Scanmethode
• Aufwand der Modellierung
• weitere

Diese Abweichungen liegen im Bereich von 10-15%. Infolgedessen kann es sinnvoll sein, Überschlagsformeln zur Massenberechnung zu verwenden.

Genauigkeit (Die manuelle Modellierung dient hierbei als Maßstab für die anderen Methoden)

Manuell	Laserscan (TLS)	Dronenscan (UAV)
Ø Abw.: 0%	Ø Abw.: 16,96%*	Ø Abw.: 9,61%**

*bei Ausschluss von Geländermodellierung, aufgrund der erhöhten Komplexität und Ausführung dieser

**ohne Betrachtung der Fundamente und *

• Betrachtung als Volumina

Bauteil	Volumen (Plan) m³	Volumen (TLS) m³	Volumen (UAV) m³
Überbau	51,2	56,8	62,57
Pfeiler + Wiederlager	11,94	10,28	10,96

Arbeitsschritte für die Arbeit mit Scandaten

Eine Möglichkeit der Bestandsmodellierung von Brücken ist die Nutzung von Scans. Dabei wird das Brückenbauwerk im Vorfeld der Modellierung mit Hilfe von verschiedenen Methoden (Laserscans, Dronenscans) digitalisiert. Im Gegensatz dazu steht die Ableitung eines Modells aus vorliegenden 2D-Plänen.

Die grundlegenden Modellierungsschritte für eine Brücke, werden hier für die Methode der Laserscans unter Verwendung der Software Cyclone Register 360, ReCap und Revit beschrieben. Beginnend mit der Verarbeitung von 3D-Scandaten bis hin zur endgültigen Modellierung werden die wesentlichen Schritte erläutert.

• Cyclone Register 360 öffnen und die Scans laden. Die automatische Registrierung nutzen oder bei Bedarf eine manuelle Registrierung durchführen. "Visual Alignment" für die manuelle Registrierung in Drauf- und Seitenansicht verwenden. Vor dem Exportieren eine LimitBox erstellen, um die Größe der Fahrbahn zu begrenzen. Die Fahrbahn als E57-Datei exportieren und die zuvor erstellte LimitBox auswählen.
• ReCap öffnen und die Fahrbahn als E57-Datei aus Cyclone Register 360 importieren. Hier kann die Fahrbahn beschnitten oder in Bereiche unterteilt werden. Die linke Maustaste gedrückt halten und ziehen, um einen Bereich zu markieren. Auf "Bereich" klicken und einen neuen Bereich (z.B. "Böschung") hinzufügen. Dies für weitere Bereiche wiederholen. Das Projekt als RCP-Datei speichern.

• Revit öffnen und ein neues Projekt erstellen. Auf "Einfügen" -> "Fahrbahn" klicken und die RCP-Datei aus ReCap auswählen. Unter "Ansicht"->"Sichtbarkeit/Grafiken" -> "Fahrbahn" können die Scanbereiche ein- und abgewählt werden. Die Fahrbahn auf Ebene 0 verschieben, um die richtige Positionierung zu gewährleisten. Bauteilfamilien für verschiedene Modellierungsoptionen wie Extrusion, Verschmelzen, Rotation und Sweep verwenden. Das Projekt regelmäßig speichern, um Datenverlust zu vermeiden.

Beachten Sie, dass dies eine grundlegende Anleitung ist, und es kann erforderlich sein, weitere Ressourcen und Schulungen zu konsultieren, um fortgeschrittene Techniken zu erlernen.

Punktwolke einer Brücke aus Scans

Simple Bestandsmodellierung anhand der Punktwolke und 2D-Pläne

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Verkehrsflächenmodellierung | Kanalisationsmodellierung