Punktwolke: Vom Laserscan zum As-built-Modell

Eine Punktwolke (englisch: point cloud) ist das Ergebnis eines 3D-Scans: Millionen bis Milliarden einzelner Messpunkte, jeder mit seinen Koordinaten X, Y und Z, oft auch mit Farbe und Reflexionsstärke. Sie zeigt sehr genau, wo Oberflächen im Raum liegen. Sie weiß aber nicht, was diese Oberflächen sind: Wand, Decke und Schrank sind für sie nur Punkte. Damit aus dem Scan ein Plan oder ein BIM-Modell wird, muss jemand die Bauteile modellieren. Dieser Schritt heißt Scan to BIM. Der Ratgeber erklärt die ganze Kette vom Scan bis zum geprüften Modell, mit den Zahlen, die Sie für Ausschreibung und Planung brauchen.

Was ist eine Punktwolke?

Jeder Punkt einer Punktwolke ist ein gemessener Ort auf einer Oberfläche. Je nach Gerät kommen weitere Werte hinzu: die Intensität (wie stark der Laser reflektiert wurde), eine RGB-Farbe aus den Fotos des Scanners und teilweise Normalen, also die Ausrichtung der Oberfläche. Ein Einfamilienhaus, innen und außen gescannt, ergibt in der Größenordnung einige hundert Millionen Punkte und eine Datenmenge im zweistelligen Gigabyte-Bereich.

Was eine Punktwolke nicht enthält:

• keine Bauteile und keine Information, woraus etwas besteht
• nichts, was hinter einer Oberfläche liegt: Leitungen in der Wand, Balken unter dem Estrich, Räume ohne Scannerposition
• an Glas, Spiegeln und glänzenden Flächen oft Lücken oder Fehlpunkte (Rauschen)

Wie eine Punktwolke entsteht

Welches Verfahren für welchen Bestand passt, vergleicht unser Artikel Aufnahmemethoden: Laserscan oder Drohne. LiDAR und Laserscanning meinen dasselbe Messprinzip: Ein Laser misst die Entfernung zu Oberflächen.

Registrierung: Aus vielen Scans wird eine Punktwolke

Ein Scanner sieht von jedem Standpunkt nur einen Teil des Gebäudes. In einem Haus sind schnell 50 bis 150 Standpunkte nötig. Die Registrierung fügt alle Einzelscans in ein gemeinsames Koordinatensystem:

• Zielmarken: Kugeln oder Schachbrett-Targets, die in mehreren Scans sichtbar sind
• Cloud-to-Cloud: Die Software gleicht überlappende Bereiche der Scans ab.
• Georeferenzierung: Mit Passpunkten, die ein Vermesser per Tachymeter oder GNSS einmisst, liegt die Punktwolke im Landeskoordinatensystem (ETRS89/UTM). Das ist nötig, wenn das Modell zum Lageplan passen muss.

Am Ende steht ein Registrierungsbericht mit den Restabweichungen zwischen den Scans. Er ist der wichtigste Qualitätsnachweis einer Punktwolke. Fordern Sie ihn immer mit an.

Wie genau ist eine Punktwolke und wie genau das Modell?

Drei Größen addieren sich: die Messgenauigkeit des Geräts, der Fehler der Registrierung und die Toleranz der Modellierung, denn ein Modell idealisiert: Wände werden gerade und lotrecht.

Wer Genauigkeit ausschreiben will, findet in der Praxis die LOA-Stufen (Level of Accuracy) des US-Verbands USIBD. Sie gelten mit 95 % Sicherheit und werden getrennt für die Messung und für die Darstellung im Modell vereinbart:

Achtung beim Vergleich: Herstellerangaben zu Scannern beziehen sich meist auf 68 % Sicherheit (eine Standardabweichung). Auf 95 % umgerechnet verdoppeln sie sich ungefähr. Ein Scanner mit 2 mm auf 10 m liegt damit bei rund 4 mm, also im Bereich LOA 40, nach der Registrierung vieler Scans meist bei LOA 30.

Für Umbau- und Bestandsplanung im Hochbau empfehlen wir LOA 30 für die Messung und LOA 20 für das Modell. Das entspricht einer Modelltoleranz von etwa ±2 cm. Für Deutschland legt die DIN 18710 Genauigkeitsstufen der Ingenieurvermessung fest, an denen sich eine Ausschreibung orientieren kann (DIN 18710 erklärt).

Dateiformate von Punktwolken

Für Planer: Revit liest Punktwolken nur als RCP/RCS, E57 wandelt vorher Autodesk ReCap um. Archicad und Allplan importieren E57 direkt. Wer unsicher ist, bestellt E57 und den Registrierungsbericht.

As-built-Modell, Bestandsmodell, As-designed: die Begriffe

• As-built heißt „wie gebaut“ und dokumentiert den tatsächlichen Zustand nach einer Baumaßnahme. Richtig ist „as-built“, nicht „as-build“.
• As-designed oder as-planned ist der Planungsstand. Der Abgleich beider zeigt, wo die Ausführung von der Planung abweicht.
• Bestandsmodell ist im deutschen Sprachgebrauch das Modell eines bestehenden Gebäudes, meist eines Altbaus ohne verlässliche Pläne. Technisch entsteht es wie ein As-built-Modell, in der Praxis werden beide Begriffe oft gleich verwendet.
• As-built-Zeichnung oder As-built-Plan: ein 2D-Bestandsplan, der aus dem Modell oder direkt aus der Punktwolke abgeleitet wird.
• BIM-Modell: ein Modell aus Bauteilen mit Eigenschaften (Wand, Decke, Fenster mit Material, Maßen, Kennwerten). Es ist mehr als eine 3D-Geometrie: Mengen, Flächen und Pläne lassen sich daraus ableiten.

Scan to BIM: der Ablauf in sechs Schritten

1. Erfassung: Der Vermesser scannt das Gebäude, idealerweise mit einem Scanplan, der auf das spätere Modell abgestimmt ist.
2. Registrierung: Er verbindet die Scans und gibt einen Registrierungsbericht aus.
3. Aufbereitung: Ausdünnen auf einen sinnvollen Punktabstand, Bereinigen von Personen, Möbeln und Spiegelungen, Aufteilen nach Geschossen.
4. Modellierung: In Revit oder Archicad liegt die Punktwolke als Referenz im Projekt, darüber werden Wände, Decken, Öffnungen und Dächer als BIM-Bauteile modelliert. Automatische Erkennung hilft bei geraden Wänden und Ebenen. Bei Altbauten, Gewölben und Dachstühlen bleibt der größte Teil Handarbeit.
5. Prüfung: Das Modell wird mit der Punktwolke verglichen, etwa per Abweichungsanalyse mit Farbskala. Abweichungen über der vereinbarten Toleranz werden korrigiert oder dokumentiert.
6. Lieferung: Modell nativ (RVT, PLN) oder als IFC, auf Wunsch mit abgeleiteten 2D-Plänen.

Aus der Praxis

Ein Klinikverbund in Westfalen plante an einem Standort in Dortmund einen sechsgeschossigen Erweiterungsbau, der direkt an den Bestand anschließen sollte; die historisch gewachsenen Gebäude waren in den vorhandenen Plänen unvollständig dokumentiert. Ein externes Vermessungsbüro hatte den gesamten Bestand mit Laserscanner aufgenommen: 480 Millionen Punkte aus 142 Scan-Standorten. Daraus entstand in Revit das As-built-Modell des Bestandsgebäudes mit 12.000 Quadratmetern über 5 Geschosse plus Untergeschoss, an den Schnittstellen zum Erweiterungsbau mit höherer Genauigkeit, die TGA-Trassen vereinfacht als Volumenkörper für die Kollisionsprüfung. Die Modellierung dauerte 9 Wochen, in der Bauphase gab es keine Reklamationen wegen Bestandskonflikten. Zur Case Study

LOD 200, LOD 300: wie viel Detail ein Scan hergibt

Der Detaillierungsgrad (Level of Development, LOD) beschreibt, wie genau und wie reich an Informationen ein Bauteil modelliert ist. Im europäischen Normenrahmen spricht man vom Informationsbedarf (Level of Information Need, DIN EN 17412-1) mit Geometrie und Informationen getrennt.

Für Bestandsmodelle gilt:

• LOD 200: Lage und Abmessung stimmen, Bauteile sind generisch. Das liefert ein Scan zuverlässig.
• LOD 300: Bauteile mit konkretem Aufbau, also Schichten, Materialien und Fenstertypen. Ein Scan misst aber nur Oberflächen, den Aufbau einer Wand sieht er nicht. LOD 300 und höher setzt deshalb Pläne, Bauteilöffnungen oder Angaben des Eigentümers voraus.

Mehr zu den Stufen: Level of Development erklärt

Was Sie mit einem Bestandsmodell machen können

• Umbau-, Sanierungs- und Genehmigungsplanung auf verlässlicher Grundlage
• Flächen ableiten: Wohnfläche nach WoFlV, BGF und NRF nach DIN 277 (Wohnfläche)
• Aufteilungspläne und Bestandspläne für den Verkauf
• Facility Management und CAFM: Räume, Flächen und Bauteile als Datenbasis
• Energieberatung: Hüllflächen und Zonen für die Energiebilanz

Was Scan to BIM kostet: die Kostentreiber

Scan und Modellierung sind zwei getrennte Leistungen, oft von zwei Anbietern. Beim Scan richten sich die Kosten nach Fläche, Zahl der Standpunkte, Zugänglichkeit und Georeferenzierung. Bei der Modellierung nach Fläche, LOD, Bauteilumfang, Komplexität des Bestands und Qualität der Punktwolke. Eine lückenhafte oder schlecht registrierte Punktwolke verteuert die Modellierung mehr als jeder andere Faktor.

Häufige Fragen

Kann ich eine Punktwolke direkt als Plan verwenden?

Für Maßabnahmen ja, als Planungsgrundlage nein. Es fehlen Bauteile, Ebenen und Maßketten.

Reicht ein Scan mit dem Smartphone?

Für eine Raumskizze ja, für ein Bestandsmodell in Planungsqualität nicht.

Welches Format soll ich beim Vermesser bestellen?

E57 und zusätzlich RCP, wenn in Revit modelliert wird, immer mit Registrierungsbericht.

Wer modelliert aus meiner Punktwolke ein BIM-Modell?

Das ist unsere Leistung: Scan to BIM.