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01/2022 Anders sehen

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Der digitale Zwilling

Die Swissbau ist wegen der Covid-Situation auf den 3. bis 6. Mai verschoben worden – die Vortragsthemen der IFMA im Swissbau Focus bleiben aktuell. Im Zentrum steht die Förderung der Vernetzung und Digitalisierung. Auch der digitale Zwilling im Baubereich ist dann ein Thema.

Text DB | Foto zVg

Schon vorab einen Einblick in die spannende Entwicklung hin zum digitalen Zwilling am Bau geben die Webinare der IFMA, das ist der Berufsverband im Facility Management mit internationaler Ausrichtung. Abrufbar auf der Website ist unter anderem ein Vortrag von Adrian Merkel (Framence GmbH) zur Fragestellung: «Wie wird der digitale Zwilling im Betrieb zum Mehrwert?». Gemeinsam mit Nemanja Veljkovic (Bachelorstudent im Facility Management an der ZHAW) beleuchtet er das Potenzial, die technischen Herausforderungen und die Wirtschaftlichkeit eines digitalen Zwillings. Generell biete der digitale Zwilling von Gebäuden und technischen Anlagen über den gesamten Lebenszyklus einen gewaltigen Mehrwert für alle relevanten Prozesse, so Merkel. Trotz dieser Mehrwerte konnten sie sich wegen der hohen Kosten bisher jedoch im Markt nicht durchsetzen. Im IFMA-Webinar stehen deshalb Technologien im Fokus, die diese Kosten auf ein Minimum reduzieren und somit die Erzeugung und Pflege von digitalen Zwillingen wirtschaftlich abbildbar machen.


Digitale Kopie der Wirklichkeit

«Eigentlich ist der digitale Zwilling schon ein alter Hut», sagt Adrian Merkel. In der Produktewelt – insbesondere in der Automobilindustrie – ist er als digitale Repräsentanz eines Produktwertes schon lange verbreitet. Er ist die exakte digitale Kopie der Wirklichkeit, doch er ist mehr als eine CAD-Zeichnung, ein 3D- oder BIM-Modell. Der digitale Zwilling enthält auch Informationen zu Produkt und Material, Zulieferern, Umgebungsvariablen, Messdaten, Service, Unterhalt und vielem mehr. Also alles Informationen, die mit der Erstellung und dem Lebenszyklus im weitesten Sinne zu tun haben. Noch relativ neu ist der digitale Zwilling im Gebäudeumfeld, denn die Erfassung der Daten ist nicht unproblematisch und durchaus aufwändig. Bauten sind – anders als millionenfach hergestellte Autos – fast immer Unikate; selten gibt es mal drei, vier oder fünf gleiche Gebäude. Das treibt die Kosten der Erstellung in die Höhe – und selten wird später so gebaut, wie anfangs geplant wurde.


Die Erfassungstechnologien waren bisher mit hohen Kosten verbunden. Und letztlich ist der digitale Zwilling nur dann sinnvoll, wenn er ständig aktualisiert wird. Es entsteht dadurch ein Zwang zur Nachdokumentation. «Denn nichts ist schlimmer als ein überholter Stand», weiss Merkel. Die digitale Repräsentanz braucht folglich eine Methode, um das tatsächlich Gebaute kostengünstig zu erfassen.

Die Magie der Fotogrammetrie
Hohe Kosten bei der Erfassung der baulichen Gegebenheiten vernichten die Wirtschaftlichkeit. Für den Einsatz von Laserscannern braucht es Spezialisten, die immer in Abstimmung zum «Level of Information» entscheiden, wie hoch der Digitalisierungsgrad sein soll. Merkel: «Reicht es, zu wissen, dass sich Feuerlöscher im Gebäude befinden, oder muss ich auch wissen, wie viele und wo genau diese sind?» Ein Ansatz für die wirtschaftliche Erstellung eines digitalen Zwillings ist die Fotogrammetrie. Aus einem Foto lassen sich immer deutlich mehr Informationen ermitteln als aus einem Modell. Mit der Fotogrammetrie können einfache Fotos so aufbereitet und berechnet werden, dass sich daraus die exakten Aufnahmestandpunkte ergeben. «Das ist die ganze Magie der Fotogrammetrie», erklärt Merkel: «Über den Strahlensatz wird zurückgerechnet. Aus verschiedenen Bildern vom selben Projekt ergibt sich der Aufnahmestandort bis auf ein, zwei Millimeter genau.» Das Zurückrechnen passiert ausschliesslich durch die Verortung der einzelnen Bilder im Koordinatensystem – ein in sich geschlossenes Bildsystem. «Die Bilder kennen sich untereinander, gehören zusammen und ‹sehen› die gleichen Dinge». Das Zurückrechnen zum Aufnahmepunkt nennt sich «justieren». Und zu jedem Zeitpunkt sei der Weg auch andersherum möglich, so Merkel: «Das hat den Vorteil, dass ich in hochauflösenden Bildern mehrere Milliarden Pixel nutzen kann, ohne sie vorberechnen zu müssen.»


Als Basis für die Fotogrammetrie dienen beliebige Bildquellen: Das können bodengebundene Panorama-Aufnahmen (Voll- oder Teilansichten), Detailfotos und auch Drohnenaufnahmen (Bilder oder Videos) sein. Aufnahmen von Handys und Tablets funktionieren ebenso wie jene einer Fotokamera. «Auch Laien in der Fotografie – zum Beispiel der Bauleiter vor Ort – können die Bilder machen», versichert Merkel. In der Regel reiche es, acht Fotos im Kreis mit einer hohen Überlappung anzufertigen, um später den digitalen Zwilling zu erstellen. Bei acht Bildern im Kreis und mit der Überlappung sei es nicht so schlimm, wenn mal ein Bild ausfällt. Die Bilder werden dann in einem 3D-Koordinatensystem verortet.


Wie die Fotogrammetrie in der Praxis funktioniert, das zeigt im Rahmen des IFMA-Webinars Nemanja Veljkovic, der für seine Bachelorarbeit einen fotogrammetrischen Zwilling eines ZHAW-Gebäudes erstellt hat. ifma.ch/agenda/