Effizienter Arbeitsablauf zur Umwandlung großer 3D-Punktwolken in Gebäudedatenmodelle mit benutzerunterstützter Automatisierung

Projektbeschreibung:

Ausgangssituation und Problemstellung: Eine Großbaustelle überschreitet im Durchschnitt den ursprünglichen Kostenrahmen um 80% und dauert 20% länger als geplant. Digitale Technologien versprechen, diese unbefriedigende Situation in Architektur, Ingenieurwesen und Bauwesen (AEC) zu überwinden. Tatsächlich haben sich 3D-Scanner und Building Information Model (BIM) als flexible, kooperativ-kreative digitale Ökosysteme auf Großbaustellen und in der Gebäudeinstandhaltung inzwischen durchgesetzt.

Mit dem rasanten Fortschritt der 3D-Messtechnik liefern 3D-Scanner genauere und hochauflösendere 3D-Punktwolken als je zuvor. Die automatisierte Transformation dieser mehrere hundert Millionen 3D-Punkte umfassenden Datensätze in die virtuelle BIM-Realität ist jedoch noch ein ungelöstes Problem. Zeitaufwändige Vorverarbeitungsschritte, fehlende Werkzeuge für die Zusammenführung von 3D-Aufnahmen, diverse zeit-, kosten- und fehlerintensive manuelle Schritte sowie fehlende benutzerfreundliche Schnittstellen sind die größten Herausforderungen.

Ziele und Grad der Innovation: Die Ziele des beantragten Projekts sind die Erforschung und menschenzentrierte Gestaltung eines neuen effizienten Workflows für eine möglichst automatisierte Umwandlung von riesigen, unorganisierten, rohen 3D-Punktwolken in BIMs. Mit einem interdisziplinären Team und unter aktiver Einbindung zukünftiger Nutzer entwickelt LargeClouds2BIM Algorithmen und Datenstrukturen für die fortschreitende Echtzeit-Visualisierung von massiven Punktwolken, die es den Nutzern erlauben, ohne nennenswerte Vorlaufzeit mit solchen Daten zu arbeiten.

Die robuste und präzise Registrierung von mehreren 3D-Punktwolken mit Ähnlichkeitstransformationen macht die Datenerfassung unabhängiger von spezifischen 3D-Scannertechnologien. Durch die Verknüpfung minimaler Benutzereingaben mit leistungsfähigen Optimierungsmethoden aus der Geometrieverarbeitung zielt das Projekt auf einen neuartigen Ansatz zur benutzergeführten Rekonstruktion von BIM-Objekten aus 3D-Punktwolken. Die Erforschung flexibler und aktiver Schnittstellen zu offenen und proprietären BIM-Ökosystemen stellt das letzte innovative Teilziel des vorgeschlagenen Projekts dar.

Angestrebte Ergebnisse und Erkenntnisse: Auf der Systemebene zielt das Projekt auf die Erforschung und (im Labormaßstab) den konzeptionellen Nachweis des vorgeschlagenen innovativen Workflows für die Transformation großer 3D-Punktwolken in BIMs. Auf der Komponentenebene erarbeitet das interdisziplinäre Projektteam theoretische Konzepte und prototypische Implementierungen von Algorithmen und Datenstrukturen für die fortschreitende Echtzeit-Visualisierung, ähnlichkeitsbildende Registrierung, möglichst automatisierte Rekonstruktion von BIM-Objekten sowie benutzerfreundliche, aktive Schnittstellen zu offenen und proprietären BIM-Ökosystemen.

Die abschließende Bewertung des gesamten Workflows analysiert, inwieweit die verbesserte Automatisierung, Flexibilität und der Genauigkeitsgrad die erwarteten Kosten- und Zeiteinsparungen von schätzungsweise 20-30% ausschöpfen können.