1. Fachkongress Digitale Transformation im Lebenszyklus der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2021 409 Bauwerksprüfung mittels Virtual/ Augmented Reality - Strukturen zur Integration von VR/ AR im Prüfprozess 1 Florian Klein HHVISION | Hoersch und Hennrich Architekten GbR, Köln, Deutschland Urs Riedlinger Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik FIT, Sankt Augustin, Deutschland Leif Oppermann Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik FIT, Sankt Augustin, Deutschland Zusammenfassung Die Bauwerksprüfung bildet die Grundlage zur Erhaltung der Zukunftsfähigkeit von Ingenieurbauwerken. Es ist es von entscheidender Bedeutung, dass relevante Daten z.B. zu festgestellten Schäden vollständig, ortsgenau identifiziert sowie reproduzierbar und einheitlich bewertet werden. Im gleichen Zuge sind eine erhebliche Anzahl an Dokumenten, Bezeichnungen und Vorgaben im Prüfprozess zum jeweiligen Bauwerk zu beachten. Die Nutzung digitaler und virtueller Medien und Methoden wird die Bauwerksprüfung um ein erhebliches Maß unterstützen und erleichtern. Mit der Nutzung von Virtual und Augmented Reality (VR/ AR) in der digitalen Bauwerksprüfung werden aktuelle analoge Prozesse verbessert. Durch die Verknüpfung von Dateien und Informationen aus dem Bauwerksinformationsmodell können Daten aus einer gemeinsamen Dateninformationsquelle, dem Common Data Environment (CDE), zu den jeweiligen Komponenten am Bauwerk aufgerufen und angezeigt werden. Dazu wird vor, während und nach der Bauwerksprüfung eine grafische 3D-Darstellung genutzt. In letzterer werden digitale Werkzeuge bereitgestellt, wie die digitale Markierung von Inhalten, die Aufnahme und Dokumentation von Informationen der Bauwerksprüfung, oder ein Maßband zur Abschätzung von Distanzen. Während die Vor- und Nachbereitung durch VR-Darstellungen unterstützt wird, kann bei der Bauwerksprüfung vor Ort auf AR-Visualisierungen und Dokumentationsfunktionen auf Handheld-Geräten (Tablets) zurückgegriffen werden. Durch die Verknüpfung von VR/ AR-Methoden, gemeinsamer Datenquellen sowie der Verzahnung vorgeschalteter und integrierter Prüfprozesse kann eine ganzheitliche Lösung zu Bauwerkprüfungen aufgezeigt werden. Änderungen und Anpassungen, sowie die Schadensaufnahme werden dabei nachhaltig dokumentiert und durch eine gemeinsame Datenbasis mit allen Systembausteinen geteilt. 1. Einleitung Brücken sind essenziell wichtige Ingenieurbauwerke innerhalb unseres Straßen- und Verkehrsnetzes. Die Bauwerksprüfung, insbesondere die Prüfung von Brücken, wird in regelmäßigen Abständen von geschulten Prüfern vorgenommen. In Deutschland gibt es allein im Bundesfernstraßennetz über 39.500 Brücken, welche es kontinuierlich zu prüfen gilt; wenngleich dieses bei erhöhtem Warenfluss und zunehmender Mobilität einen immer wichtigeren Umstand mit sich bringt. Dabei sind die Bauwerksprüfer ein wichtiger Bestandteil für die Erhaltung und Sicherheit der Verkehrsinfrastruktur mit vielseitigen Facetten in der Durchführung. Neue Technologien bieten auch neue Chancen für diese wichtigen Aufgaben. Der Charakter und die Tradition der Bauwerksprüfung müssen jedoch bei der Entwicklung neuer Ansätze berücksichtigt werden und, unter Einhaltung gegebener Vorschriften, stets gewahrt bleiben. Die Rolle von Bauwerksprüfer ist bei der Nutzung der Software zu beobachten um damit die Umgebung, Bedürfnisse und Anforderungen besser identifizieren zu können. Mit unserem Forschungsprojekt „Bauwerksprüfung mittels 3D-Bauwerksmodellen und erweiterter/ virtueller Realität“, welches im Auftrag der Bundesanstalt für Straßenwesen durchgeführt wird, wollen wir neue digitale Ansätze für die Prüfung von Bauwerken untersuchen. Es soll ein Prototyp hin zu einem nutzer- 1 Teil des Forschungsprojekts FE 15.0666/ 2019/ LRB „Bauwerksprüfung mittels 3D-Bauwerksmodellen und erweiterter/ virtueller Realität“ im Auftrag der Bundesanstalt für Straßenwesen, Bergisch Gladbach Bauwerksprüfung mittels Virtual/ Augmented Reality - Strukturen zur Integration von VR/ AR im Prüfprozess 410 1. Fachkongress Digitale Transformation im Lebenszyklus der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2021 freundlichen Anwendungstool für die digitale Bauwerksprüfung entwickelt werden, welches den aktuellen Stand der Technik im Prüfungsprozess aus auch der digitalen Methoden gleichermaßen berücksichtigt. Dabei sollen potenzielle Hürden geringgehalten werden, um eine weite Verbreitung zu ermöglichen. In unserem Forschungsprojekt dient eine Hohlkasten-Spannbetonbrücke als Erprobungsträger für die Entwicklungsergebnisse. Da die Bauwerke oftmals in abgelegenen Gebieten vorzufinden sind und die technischen Gegebenheiten nicht optimal für digitale Echtzeitlösungen sind, muss die zu entwickelnde Anwendung in der Lage sein, längere Offline-Perioden zu bewältigen und autark arbeiten zu können. Bei der Auswahl der digitalen Komponenten wurde versucht auf handelsübliche Hardware- und Game-Engines zurückzugreifen, die für die Arbeit mit 3D-Inhalten optimiert sind. Diese bietet den Vorteil der schnelleren Entwicklungszyklen und plattformübergreifender Anwendungen. Obwohl technisch gesehen zwei Prototypen entwickelt werden eine auf einem Desktop-PC für das Büro sowie einer Anwendung auf einem iPad für die Vor- Ort-Unterstützung - können viele Inhalte des Entwicklungscodes gemeinsam genutzt werden. Als zusätzliche Herausforderung galt das Anwendungslayout auf den verschiedenen Geräten nahezu gleich zu halten. In diesem Artikel zeigen wir den Weg hin zur digital gestützten Bauwerksprüfung. Es wird dabei auf die Nutzungsmöglichkeiten von VR- und AR-Methoden, dem zugehörigen Datenaustausch und dem damit verbunden kooperativen Nutzen eingegangen. Dabei werden einige Herausforderungen mit den jeweiligen Lösungsansätzen ebenso präsentiert wie auch zukünftige Weiterentwicklungen. Der verbleibende Artikel gliedert sich wie folgt: Zunächst werden verbundene Arbeiten und der Stand der Technik vorgestellt. Anschließend wird kurz auf die Prozesse der digitalen Bauwerksprüfung eingegangen, die wie bereits oben erwähnt ausführlicher in einem separaten Artikel behandelt werden. Anschließend wird das Systemdesign vorgestellt, wobei das Hauptaugenmerk auf der Gesamtarchitektur und den kooperativen Aspekten der AR- und VR-Prototypen liegt. Eine Diskussion schließt sich an, in der insbesondere die Ausrichtung der Prototypen mit offenen Schnittstellen, aber auch der menschzentrierte Ansatz erörtert wird. Abschließend bietet der Ausblick Anknüpfungspunkte für technische Weiterentwicklungen und zukünftige Evolutionen in Bezug auf die vorgestellten Prototypen. 2. Vorbereitende Arbeiten Für diesen Artikel sind in erster Linie die drei folgenden Bereiche von Bedeutung: Building Information Modeling (BIM), Bauwerksprüfungen und Mixed Reality (MR). Der Begriff MR soll als Überbegriff für jede gemischte Form zwischen der erweiterten und virtuellen Realität (Augmented und Virtual Reality; kurz AR / VR) stehen. Zu diesen Themen wird später noch einmal Bezug genommen. Zunächst wird das Themengebiet BIM betrachtet. Nederveen und Tolman führten 1992 den Begriff „Building Information Modeling“ ein [1]. Grundlage dessen bereitete bereits 1963 das von Ivan Sutherland präsentierte „Sketchpad“ als das erste CAD-System (Computer Aided Design) [2]. Die Entwicklung solcher Systeme begann jedoch bereits in den 1950er Jahren [3]. Eastman et al. verwendete in den 1970er Jahren die BIM-Methode erstmals [4], ohne den Begriff selbst formal zu definieren. Selbst nach der Einführung im Jahr 1992 (siehe oben) war die Verwendung nicht geläufig. Erst als Autodesk 2003 ein Whitepaper veröffentlichte [5], mit dem Ziel die Methode zu etablieren, erhöhte sich die Popularität des Begriffs. BIM ist eine Methode, um die Planung, den Bau, den Betrieb und sogar den Abriss von Gebäuden und Bauwerken zu unterstützen. Folglich deckt es den gesamten Lebenszyklus ab und verwendet in jeder Phase ein digitales Modell. Die Qualität des Modells kann durch vier verschiedene Detailebenen klassifiziert werden, wie von [6] vorgeschlagen. In diesem Modell besteht Level 0 nur aus zweidimensionalen Zeichnungen. Stufe 1 bietet dann zwei- oder dreidimensionale Modelle. Die zweite Ebene fügt dem Modell mehrere andere Dimensionen, wie Zeit- oder Facility-Management hinzu. Schließlich sind komplexere Auswertungen ab Stufe 3 verfügbar, wobei das zentrale digitale Modell über den gesamten Lebenszyklus hinweg verwendet wird. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Komplexität, aber auch die Reife von BIM mit jeder Detailebene steigt. Bei den Arbeits- und Datenflüssen spielen die Austauschformate eine wichtige Rolle. Die Organisation buildingSMART (https: / / www.buildingsmart.org/ ) standardisierte für BIM mehrere Dateiformate, wie die Industry Foundation Classes (IFC). Mehrere Erweiterungen, wie z.B. IFC-Bridge, existiert nach diesem Standard. Für die Zusammenarbeit ist das BIM Collaboration Format (BCF, https: / / technical.buildingsmart.org/ standards/ bcf/ ) entwickelt worden. Der Bereich der Bauwerksprüfung hat eine lange Tradition. Bauwerksprüfer verfügen über einen erheblichen Wissensstand und nutzen für Ihre Tätigkeiten eine Vielzahl von Arbeits- und Messwerkzeugen, Richtlinien, Standards und gesetzliche Rahmenbedingungen. Dazu ist in Deutschland die Bauwerksprüfung in der Norm DIN 1076 geregelt. Gesetzgeber auf Bundes-, Landes- und kommunaler Ebene legen dabei die rechtlichen Bedingungen fest. Abhängig davon, wem ein Bauwerk gehört und wo es sich befindet, können unterschiedliche Regeln und Vorschriften gelten. Allen Vorschriften und Gesetzen ist gemein, dass sie sich bei der praktischen Durchführung von Prüfungen auf technische Normen, wie der DIN 1076, beziehen. Die Kombination von BIM und MR steht im Mittelpunkt des zuvor genannten Forschungsprojekts, wobei die Bau- Bauwerksprüfung mittels Virtual/ Augmented Reality - Strukturen zur Integration von VR/ AR im Prüfprozess 1. Fachkongress Digitale Transformation im Lebenszyklus der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2021 411 werksprüfung als Anwendungsfall herangezogen wird und die Forschungsinhalte zu den MR-Themenbereichen von größerem Interesse sind. Milgram et al. definierte ein Kontinuum zwischen Realität und Virtualität [7]. Er schlägt dazu vier Typen innerhalb dessen vor: Realität, Augmented Reality, Augmented Virtuality und Virtuality (heute oft als Virtual Reality bezeichnet). Diese Typen sind nicht explizit voneinander getrennt und unterscheiden sich im Anteil des virtuellen Inhalts, welcher dem Kamerabild überlagert wird. MR ist ein Überbegriff für alle gemischten Formen innerhalb des Spektrums, einschließlich VR. Während die Definition von „Virtual Reality“ (VR) vergleichsweise einfach ist, als Medium, welches die Sinne ersetzt und eine rein virtuelle Umgebung bietet, braucht es für den Begriff „Augmented Reality“ (AR) eine erklärendere Definition, die in der Literatur zu finden ist. Azuma definierte AR als „System mit den folgenden drei Merkmalen: 1. Kombiniert real und virtuell, 2. Ist in Echtzeit interaktiv, 3. Ist in drei Dimensionen registriert“ [8]. Angesichts dieser Definition stehen die nachfolgenden Beispiele, die bereits BIM und MR kombinieren. Neben Unternehmen wie Trimble (https: / / mixedrea-lity. trimble.com/ ), vGIS (https: / / www.vgis.io/ ) oder GammaAR (https: / / gamma-ar.com/ ), die AR-Visuali-sierungen von BIM-Daten anbieten, gibt es eine Viel-zahl von Forschungsarbeiten, die sich mit diesem Thema auseinandersetzen. Brooks präsentierte dazu das „Walkthrough“, ein Visualisierungssystem für CAD-Daten [9]. Das Projekt „ARTHUR“ konzentrierte sich auf die kollaborative Planung von Architektur und Stadtentwicklung an einem runden Tisch [10]. Das For-schungsprojekt „VIDENTE“ demonstrierte die Erweite-rung von Rohren und Gebäuden an bestimmten Stellen auf einem mobilen PC [11]. Die Visualisierung von BIM-Daten mittels VR- Technologien wird ebenfalls er-forscht, insbesondere für Brücken [12] oder dem Bau von Autobahnen [13]. Die Verwendung von Mixed Re-ality im Studium der Architektur fand wie bei [14], [15] oder [16] ein weiteres intensives Anwendungsgebiet. 3. Prozesse in der digital-gestützten Bauwerksprüfung Die Bauwerksprüfung im klassischen Sinne erfolgt nach den zuvor genannten Richtlinien, Vorgaben und Normen. Um die Prüfung mit MR-Technologien verbinden und damit eine Unterstützung bieten zu können, sind die verbundenen Prozesse zu untersuchen. Innerhalb dessen wurde die Methode einer digitalen Bauwerksprüfung abgebildet, als auch die Anwendungsmöglichkeiten und Verknüpfbarkeiten der MR-Technologien innerhalb der Prozessschritte aufgezeigt und definiert. Im ersten Schritt wurde untersucht, an welchen Punkten der Bauwerksprüfung MR, explizit VR und AR, eingesetzt werden kann. Im Weiteren wurde analysiert, welche Möglichkeiten MR-Technologien besitzen und wie diese sinnvoll in der Prüfung eingesetzt werden können. Als Ergebnis wurde definiert, dass die VR-Technologien sich primär für die Vor- und Nachbereitung eignen, die Methoden des AR für eine digitale Unterstützung innerhalb der Bauwerksprüfung. Die dazugehörigen Prozesse und Vorgehensweisen einer digital-gestützten Bauwerksprüfung sind im Beitrag „Bauwerksprüfung mittels Virtual/ Augmented Reality - Prozessablauf“ dieser Tagungsreihe erläutert [17]. 4. Übersicht des Systemdesigns Für eine effiziente und zielorientierte ganzheitliche Nutzung der digitalen Medien in einer Bauwerksprüfung Bedarf es einem ebenso gearteten Systemdesign. Für diesen Zweck ist eine Methode zu entwerfen, die einen Austausch von Daten zur Prüfung sowie zur digitalen und virtuellen Kommunikation, auf gleicher Datenbasis, ermöglicht. Die Herausforderung besteht darin, ein System zu entwickeln, welches einen Austausch von Bauwerksdaten in nahezu Echtzeit als auch die Anzeige der Informationen in VR und AR gleichermaßen zulässt. Die Abbildung 1 zeigt den Kommunikationspfad über das CDE-System (Common Data Environment) „BSCW“, welches im Projekt als zentrales Datenkommunikationselement dient. Dieses System wurde von Fraunhofer FIT entwickelt und wird auch seitens der Bundesanstalt für Straßenwesen aktiv als Produktivsystem genutzt (bereitgestellt über ITZ Bund, https: / / bscw.bund.de/ ). Abbildung 1: Überblick über die Architektur der entwickelten Prototypen Über die mitgelieferte Schnittstelle „BSync“ kann das System grundlegend mit Daten gefüllt werden und bietet damit zugleich eine Schnittstelle für weitere Anbindun- Bauwerksprüfung mittels Virtual/ Augmented Reality - Strukturen zur Integration von VR/ AR im Prüfprozess 412 1. Fachkongress Digitale Transformation im Lebenszyklus der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2021 gen. Über die gleiche Schnittstelle kann das VR-System angesprochen werden. Dabei ist es unerheblich, ob die Darstellung der Inhalte über einen desktopbasieren Bildschirm oder über ein HMD (Head Mounted Display, bspw. über die HTC Vive) erfolgt. Der Austausch der Daten zum AR-System erfolgt dabei über eine separate REST-Schnittstelle (Representational State Transfer). Die Anzeige der AR-Medien erfolgt über ein Handheld- Tablet. Die visuelle Aufbereitung und Bereitstellung der Inhalte im gesamten MR-Bereich erfolgt mittels der Game-Engine Unity. Durch die Nutzung der gemeinsamen Datenbasis existieren Synergien in der Entwicklung und Nutzung von Funktionalitäten, die es zu identifizieren und implementieren gilt. Eine gleiche Datenbasis erfordert eine gemeinsame Datenstruktur, damit jederzeit und allgemeingültig auf die Daten zurückgegriffen werden kann. Die Abbildung 2 zeigt exemplarisch eine Ordnerstruktur, welche je Bauwerk erstellt wird und mindestens die zwei folgenden Unterordner enthält: 1. Dokumente 2. Bauwerksmodell. Innerhalb des ersten Ordners können Dokumente im PDF-Format abgelegt werden, welche jederzeit im VR- oder AR-Anzeigemedium abgerufen werden können. Diese beinhalten beispielsweise das Bauwerkshandbuch, alte Prüfbericht oder die zugehörigen erstellten Prozess- und Arbeitskarten der Bauwerksprüfung. Der zweite Ordner beinhaltet die dateibasierten bauwerksspezifischen Informationen, welche ebenfalls von der VR- und AR-Methode gleichermaßen genutzt wird. Die Bauwerksdaten werden in drei Dateitypen abgelegt, wobei jede Datei spezifische Informationen enthält: *.fbx: allgemeines Austauschformat von 3D-Geometrieinformationen *.ifcxml: Informationsdaten aus BIM im allgemeingültigen .xml-Format *.bcf: Dateiformat zur Speicherung der Markierungs- und Schadenspunkte sowie weiterer zeitlicher- und ortsabhängiger Informationen. Abbildung 2: gemeinsam genutzte Ordnerstruktur. Einzig „documents“ ist ein belegter Pfad, unter dem PDF-Dokumente abgelegt werden können, die anschließend von den Anwendungen angezeigt werden können. BCF- und IfcXML-Dateien sind optional, d. h. wenn diese Dokumente nicht vorhanden sind, werden die entsprechenden Daten nicht angezeigt. Mit der dargestellten gemeinsamen Datenstruktur können, neben der Modelldarstellung und den Schadensinformationen, angehängte BIM-Attribute während der MR-Anwendung angezeigt werden. Die ständig aufrufbaren Eigenschaften geben dem Prüfer eine technische Auskunft zum Aufbau des Bauwerks. Vorbereitend zu einer Bauwerksprüfung müssen alle Ordner und Dateien einmalig und online mit dem CDE synchronisiert werden. Die Daten sind damit temporär auf dem Endgerät verfügbar und veränderbar. Die *.fbx- und *.ifcxml-Datei sind Modelldaten und müssen zur Anzeige des Bauwerks einmalig geladen werden. Vor-, während und nach der Prüfung wird ausschließlich die projektbezogene *.bcf-Datei verändert. In dieser werden prüfungsspezifische Eigenschaften, wie Schäden, Objektmerkmale und Auffälligkeiten, sowohl in Text- und Bildform sowie die jeweilige Position der Eigenschaften dokumentiert. Die Datei ist dabei wie ein Log-Eintrag zu lesen, da bei jedem Aufnahmepunkt ein entsprechender Zeitstempel gesetzt wird. Eigenschaften innerhalb eines Zeitfensters sind als eine zusammenhängende Bauwerksprüfung zu interpretieren und werden als solche erkannt. Vorteilig an dieser Ordnerstruktur ist, dass allgemeine und unveränderliche Bauwerksinformationen einmalig übertragen werden müssen, bspw. in der Vorbereitung einer Prüfung. Die veränderliche Informationsdatei kann datenreduziert in nahezu Echtzeit übertragen werden und bietet somit die Grundlage für einen zeiteffizienten Datenaustausch über eine allgemeingültige Schnittstelle. Innerhalb der BCF-Datei werden also die Informationen gespeichert, die zugleich Funktionen im MR-System sind. Der Vorteil ist, dass die BCF-Datei und die darzu- Bauwerksprüfung mittels Virtual/ Augmented Reality - Strukturen zur Integration von VR/ AR im Prüfprozess 1. Fachkongress Digitale Transformation im Lebenszyklus der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2021 413 stellenden Prüfmethoden im MR-System gleichen Inhalt besitzen und damit aufeinander aufbauen. Die Methoden beinhalten die folgenden Funktionen: 1. Schadenslokalisierung 2. Erfassung von Bildern 3. Messdaten (digitales Messwerkzeug) 4. Digitale Markierungen 5. Kommentare. Die dazugehörigen Informationen werden je Schadens- und Markierungspunkt individuell erstellt. Die veränderte BCF-Datei kann bei bestehender Online-Verbindung direkt synchronisiert werden. Besteht keine Online-Verbindung wird die Datei offline verändert und zum späteren Zeitpunkt auf dem BSCW hochgeladen. Die BCF-Datei ist als eine Art ZIP-Datei zu verstehen. Innerhalb der Datei werden die zuvor gespeicherten Information nach der Verortung klassifiziert und Ihrer Eigenschaft nach abgespeichert. Der Ordner-Sammler „GUID issue“ steht fortlaufend nummeriert für je einen Schadens- oder Markierungspunkt, welcher vom Bauwerksprüfer gesetzt wird. Innerhalb jedes Sammlers befinden sich detailliertere Informationen (siehe Abbildung 3): *.bcf: Allgemeine Informationen, wie Sch a d e n slokalisierung, Kommentare, Hinweise, Markierung, usw. *.png: Bildaufnahme aus der Bauwerksprüfung zur fotobasierten Dokumentation *.bcfv: Koordinateninformation zur Ausrichtung des aufgenommenen Bildes und der Schadensmarkierung Abbildung 3: Aufbau einer BCF-Datei. Es handelt sich um einen komprimierten (gezippten) Ordner. 5. Diskussion Generell ergeben sich einige Punkte, die bei der Implementierung eines Systems, wie es hier vorliegt, zu beachten sind. Diese sollen im folgenden Abschnitt diskutiert werden. Zunächst einmal gilt es festzuhalten, dass im vorliegenden Fall der Offline-Zustand des Systems zwingend Berücksichtigung finden muss. Insbesondere im Hohlkasten der Brücke ist - je nach Lage der Brücke - mit geringer Netzabdeckung zu rechnen. Demnach muss eine Synchronisierung der Daten zu gegebener Zeit erfolgen und das System solange autonom mit dem vorhandenen Datenstand weiterarbeiten können. Zwar mag man jetzt argumentieren, dass die vorliegende Hohlkastenbrücke einen Extremfall darstellt, jedoch ist eine ähnliche Problematik auch an anderen Brückentypen und -lagen denkbar. Auch wenn der Netzausbau aller vier großen Mobilfunkanbieter (Telekom, Vodafone, O2 und 1&1 Drillisch) voranschreitet - nicht zuletzt vorangetrieben durch neue Mobilfunkstandards, wie 5G [18], [19] - so gibt es dennoch immer noch Versorgungslücken im Netz. Zudem kann die Konstruktionsweise der Brücke an sich mit Materialien wie Stahl und/ oder dickem Beton eine abschirmende und damit mindernde Wirkung auf die Mobilfunksignale entfalten. Dem kann man in zweierlei Hinsicht begegnen: Entweder man denkt den Offline-Status bei der Implementierung neuer Lösungen konsequent mit, oder man bringt eine zusätzliche Infrastruktur an der Brücke oder in unmittelbarer Brückennähe an. Selbst im zweiten Szenario muss aber auch ein - zumindest kurzfristiger Ausfall - der Verbindung mitbedacht werden. Bei der oben vorgestellten Lösung ist das CDE zentral. Diese gemeinsame Datenbasis erlaubt den Austausch zwischen den verschiedenen beteiligten Akteuren. Im Rahmen des Projekts wurde hierzu das BSCW-System verwendet, bei dem es sich klassischerweise um ein Groupwaresystem handelt. Zwar ist es damit nicht unbedingt spezialisiert für den Einsatz als CDE, jedoch bietet dieses System zwei entscheidende Vorteile: Zum einen ist die Datensicherheit gewahrt, da das System on-premise betrieben werden kann (und auch durch den Bund in einer eigenen Instanz betrieben wird). Zum anderen besitzt es ein ausgeklügeltes Rollen- und Rechtesystem, dass dem Nutzer über ein Webinterface, optional einen Synchronisationsclient oder für die Anwendung über eine REST- Schnittstelle auch nur Zugriff auf die Daten erlaubt, die er/ sie einsehen darf. Über eine festgelegte Datenstruktur ist dann ein Austausch möglich. In Kombination mit den offenen Dateiformaten und der grundlegenden offenen, modular erweiterbaren Auslegung, sowie der möglichen Unterstützung offener Schnittstellen durch die umgesetzte Anwendung zeigen die Prototypen durchaus den Weg hin zur stärkeren Nutzung von standardisierten Dateiformaten im Rahmen von openBIM. OpenBIM bezeichnet dabei im Gegensatz zu closedBIM die Verwendung von offenen Schnittstellen und nicht-proprietären Dateiformaten, sodass die Daten nicht zwingend mit bestimmter Software bestimmter Hersteller geöffnet werden müssen. Zwar gibt es auch hier noch einige Hürden mit Blick auf die Anbindung der Visualisierungssoftware, diese lassen sich jedoch beispielsweise durch Trennung von Geometrie- und Metadaten lösen. Für zukünftige Entwicklungen wäre es sicher wünschenswert, wenn eine direkte Einbindung von Geometrie- und Modelldaten in die Visualisie- Bauwerksprüfung mittels Virtual/ Augmented Reality - Strukturen zur Integration von VR/ AR im Prüfprozess 414 1. Fachkongress Digitale Transformation im Lebenszyklus der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2021 rungsumgebung (im vorliegenden Fall die Game-Engine Unity) möglich ist. Dennoch ist auch der hier vorgestellte Ansatz nicht zu unterschätzen, erlaubt er doch das separate Synchronisieren von Metadaten und Modellinformationen. Dabei ist zu erwarten, dass sich die Geometrie- und Metainformationen eher selten ändern werden, wohingegen bei den Schadensinformationen ein kürzerer Aktualisierungszyklus anzunehmen ist. Auch mit Hinblick auf Weiterentwicklungen von SIB- Bauwerke (https: / / sib-bauwerke.de/ , https: / / www.bast. de/ BASt_2017/ DE/ Ingenieurbau/ Fachthemen/ b4-bauw erksdaten.html) ist die offene Ausrichtung von Relevanz. Zwar ist in den Prototypen dafür noch keine Schnittstelle implementiert, dennoch wurde auch hier ein modulares System mitgedacht. So sind die Anwendungen erweiterbar, sollte diese Schnittstelle in Zukunft umgesetzt werden können - unter der Voraussetzung, dass auch SIB- Bauwerke eine entsprechende Schnittstelle bietet. Vorteil hierbei wäre neben dem einfacheren Datenfluss zwischen den unterschiedlichen Systemen auch eine weitere Vereinheitlichung und Systematisierung der Datenaufnahme. Dies wiederum kann zukünftig eine nachträgliche Datenverarbeitung begünstigen. Bei der verwendeten Hardware wird für den mobilen Prototyp ein Tablet verwendet. Dies liegt zum einen darin begründet, dass die Nutzung dafür intuitiver wahrgenommen wird als für beispielsweise eine Datenbrille. Zwar ermöglicht die Datenbrille eine Bedienung ohne Nutzung der Hände, jedoch ergeben sich insbesondere im Umfeld der Brücke mit unter Umständen lauter Umgebung dabei Herausforderungen mit Blick auf z. B. eine Sprachsteuerung. Eine Gestensteuerung wird erfahrungsgemäß oft nicht korrekt erkannt und muss zudem auch erlernt werden, wohingegen eine Tablet Bedienung durch Touch meist bekannt oder einfach zu erlernen ist. Auch die am Projekt beteiligten Domänenexperten ziehen die Verwendung eines Tablets gegenüber der Verwendung von z. B. Smartglasses vor, wie ein initialer Workshop im Rahmen des Projekts ergab. Studien, wie z. B. [20] zeigen zudem, dass durchaus auch im Hinblick auf kooperative Aspekte in einem ähnlichen Anwendungsfeld unter bestimmten Bedingungen die Nutzung eines Tablets bevorzugt wird. Bei der im Büro verwendeten Hardware zur VR Visualisierung wird auf einen weitverbreiteten Windows-PC zurückgegriffen. Wichtig ist hierbei zu betonen, dass die VR Visualisierung mittels einer VR-Brille erfolgen kann, aber dies nicht zwingend erforderlich ist. Auch eine Visualisierung am Bildschirm als Ausgabequelle ist möglich. Somit wird die Beschaffung zusätzlicher Hardware optional. Durch die Verwendung der Unity Game-Engine ist aber auch die Anbindung weiterer Betriebssysteme und Plattformen mit vertretbarem Anpassungsaufwand möglich. Zwar sind immer Spezifika hinsichtlich der Hardware und des User Interfaces (Bildschirmgröße, Auflösung, u. ä.) zu berücksichtigen, generell erlaubt aber Unity eine cross-platform Entwicklung. Bei allen oben beschriebenen Entwicklungen ist es wichtig hervorzuheben, dass bei der Implementierung stets die Bedürfnisse und Anforderungen der Bauwerksprüfer berücksichtigt werden müssen. Oberstes Ziel ist somit die Entwicklung von Hilfsmitteln für Bauwerksprüfer. Dabei werden Methoden aus den Bereichen Computer Supported Cooperative Work (CSCW) und Mixed Reality verwendet, zwei Bereiche, die durchaus Überschneidungen haben [21] und unserer Ansicht nach auch in weiteren Bereichen - wie hier der Bauwerksprüfung - Anwendung finden können. Dabei sind insbesondere Workplace studies, also das anwendungsnahe Erproben der entwickelten Software(prototypen) hervorzuheben. Die Entscheidung, wie ein Schaden einzuordnen und zu bewerten ist, obliegt jederzeit weiterhin dem Bauwerksprüfer selbst. Auch eine (Gesamt-)Bewertung der Schäden ist in den Werkzeugen im derzeitigen Zustand nicht vorgesehen. Hier kommt andere Software, wie SIB-Bauwerke, zum Tragen. Dennoch wäre eine Erweiterung auch in diese Richtung zukünftig denkbar. Oftmals ist dann ein Kompromiss zwischen technischer Umsetzbarkeit und Wünschen und Anforderungen zu treffen, wie auch bei dem vorliegenden Prototyp. In dieser Hinsicht könnte man im weitesten Sinne auch ethische Betrachtungen zur Rolle von Menschen und Technik mit einbeziehen, was den Rahmen dieses Papiers sprengen würde. Dennoch ist es wichtig hervorzuheben, dass die technische Weiterentwicklung keineswegs nur rein technisch vorangetrieben werden sollte, sondern immer konkrete Bedürfnisse, Erwartungen und organisatorische Rahmenbedingungen miteinbeziehen sollte, um eine möglichst breite Akzeptanz der vorgeschlagenen Lösungen zu erzielen. Ein möglicher Ansatz hierzu ist eine Mensch-Technik- Organisation-Analyse (MTO-Analyse) [22]. 6. Ausblick Durch die modulare Anlage der vorgestellten Lösungen lassen sich diese sowohl technisch als auch konzeptionell erweitern. Dies betrifft wie oben diskutiert neue Schnittstellen, aber auch neue Hardware oder neue Lösungsansätze. Gerade der technologische Fortschritt hat immer kürzere Entwicklungszyklen, die flexibel anpassbare und gleichzeitig stabil angelegte Lösungen erfordern. Mit der gegebenen Übertragbarkeit auf andere Ausgabegeräte lassen sich auch zukünftige Gerätegenerationen oder neue Hardwareklassen, unter Berücksichtigung der jeweiligen Charakteristika, ansprechen. Hierbei sind die technischen Mindestvoraussetzungen im Einzelfall zu berücksichtigen. Aber auch hinsichtlich der Prozesse und des Ablaufs der Bauwerksprüfung sind mit SIB-Bauwerke 2.0 Änderungen zu erwarten. Diese Änderungen müssen auch Anwendung für Weiterentwicklungen der hier vorgestellten Lösung finden. Jedoch ergeben sich aus den hier vorgestellten Prototyp Annäherungen an den neuen Ablauf. Insbesondere die Erfassung der Schäden an Ort und Stelle mit den Koordinaten und die Rückprojektion Bauwerksprüfung mittels Virtual/ Augmented Reality - Strukturen zur Integration von VR/ AR im Prüfprozess 1. Fachkongress Digitale Transformation im Lebenszyklus der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2021 415 in das digitale Modell ist hier hervorzuheben und von Bedeutung. An dieser Stelle sei nochmals auf die zentrale Rolle des Brückenprüfers hingewiesen, der mit Hilfe von Software bestmöglichst digital unterstützt werden soll. Die Auswertung der aufgenommenen Daten kann durch ein koordiniertes, strukturiertes Erfassen erleichtert werden. In Zukunft können hier auch weitere Möglichkeiten, wie eine leichtere Durchsuchbarkeit der Ergebnisse angedacht werden. Gleichwohl bleibt der Bauwerksprüfer mit seiner Erfahrung und seinem Wissen zentral für die Bewertung der Bauwerke und damit auch für die Sicherung unserer aller Infrastruktur. Danksagung Diesem Papier liegen Teile der im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur, vertreten durch die Bundesanstalt für Straßenwesen, unter FE-Nr. 15.0666/ 2019/ LRB durchgeführten Forschungsarbeit zugrunde. Die Verantwortung für den Inhalt liegt allein bei den Autoren. Die Autoren danken dem Betreuerkreis des Forschungsprojekts für ihre wertvollen Anmerkungen und Anregungen. Literatur [1] G. A. van Nederveen und F. P. Tolman, „Modelling multiple views on buildings“, Automation in Construction, Bd. 1, Nr. 3, S. 215-224, Dez. 1992, doi: 10.1016/ 0926-5805(92)90014-B. [2] I. E. Sutherland, „Sketchpad a Man-Machine Graphical Communication System“, SIMU- LATION, Bd. 2, Nr. 5, S. R-3, Mai 1964, doi: 10.1177/ 003754976400200514. [3] S. Vajna, C. Weber, J. Schlingensiepen, und D. Schlottmann, CAD/ CAM für Ingenieure: Hardware, Software, Strategien. Springer-Verlag, 2013. [4] C. Eastman, D. Fisher, G. Lafue, J. Lividini, D. Stoker, und C. Yessios, „An Outline of the Building Description System“. 1974, Zugegriffen: Mai 27, 2020. [Online]. Verfügbar unter: https: / / files.eric. ed.gov/ fulltext/ ED113833.pdf. [5] Autodesk, „Autodesk White Paper“. 2003, Zugegriffen: Mai 27, 2020. [Online]. Verfügbar unter: http: / / www.laiserin.com/ features/ bim/ autodesk_ bim.pdf. [6] M. Bew und M. Richards, „BIM maturity model“, gehalten auf der Construct IT Autumn 2008 Members’ Meeting. Brighton, UK, 2008. [7] P. Milgram, H. Takemura, A. Utsumi, und F. Kishino, „Augmented reality: a class of displays on the reality-virtuality continuum“, in Telemanipulator and Telepresence Technologies, Dez. 1995, Bd. 2351, S. 282-292, doi: 10.1117/ 12.197321. [8] R. T. Azuma, „A Survey of Augmented Reality“, Presence: Teleoperators and Virtual Environments, Bd. 6, Nr. 4, S. 355-385, Aug. 1997, doi: 10.1162/ pres.1997.6.4.355. [9] F. P. Brooks Jr., „Walkthrough—a Dynamic Graphics System for Simulating Virtual Buildings“, in Proceedings of the 1986 Workshop on Interactive 3D Graphics, New York, NY, USA, 1987, S. 9-21, doi: 10.1145/ 319120.319122. [10] W. Broll u. a., „ARTHUR: A Collaborative Augmented Environment for Architectural Design and Urban Planning“, JVRB, Bd. 1(2004), Nr. 1, Dez. 2004, doi: 10.20385/ 1860-2037/ 1.2004.1. [11] G. Schall, S. Junghanns, und D. Schmalstieg, „Vidente-3D Visualization of Underground Infrastructure using Handheld Augmented Reality“, Geohydroinformatics : Integrating GIS and Water Engineering, 2010, Zugegriffen: Apr. 29, 2020. [Online]. Verfügbar unter: https: / / graz.pure.elsevier.com/ de/ publications/ vidente-3d-visualizationof-underground-infrastructure-using-hand. [12] H. Moon, H. Kim, S. Moon, H. Kim, und L. Kang, „Prototype model of wireless maintenance operation system for bridge facility using VR and ubiquitous technology“, in Proceedings of the 11th ACM SIGGRAPH International Conference on Virtual- Reality Continuum and its Applications in Industry, New York, NY, USA, Dez. 2012, S. 350, doi: 10.1145/ 2407516.2407601. [13] Z. Wu, L. Wang, Z. Fu, L. Zhu, F. Dou, und P. Xu, „VR+BIM: Perception and Design Optimization of Highway“, in 2018 International Conference on Virtual Reality and Visualization (ICVRV), Okt. 2018, S. 164-165, doi: 10.1109/ ICVRV.2018.00059. [14] J. I. Messner, S. C. M. Yerrapathruni, A. J. Baratta, und V. E. Whisker, „Using Virtual Reality to Improve Construction Engineering Education“, 2003, Zugegriffen: Mai 12, 2020. [Online]. Verfügbar unter: https: / / www.researchgate.net/ profile/ Anthony_ Baratta/ publication/ 249864710_Using_Virtual_ Reality_to_Improve_Construction_Engineering_ Education/ links/ 00b7d53a050f2ee407000000.pdf. [15] D. Fonseca und E. Redondo, „Are the architecture students prepared for the use of mobile technology in the classroom? “, in Proceedings of the First International Conference on Technological Ecosystem for Enhancing Multiculturality, New York, NY, USA, Nov. 2013, S. 481-487, doi: 10.1145/ 2536536.2536610. [16] M. V. Sanchez-Sepulveda, N. Marti-Audi, und D. Fonseca-Escudero, „Visual Technologies for Urban Design Competences in Architecture Education“, in Proceedings of the Seventh International Conference on Technological Ecosystems for Enhancing Multiculturality, León, Spain, Okt. 2019, S. 726- 731, doi: 10.1145/ 3362789.3362822. [17] M. Hill, S. Neumann, R. Holst, und S. Bahlau, „Bauwerksprüfung mittels Virtual/ Augmented Reality - Prozessablauf“, gehalten auf der 1. Fach- Bauwerksprüfung mittels Virtual/ Augmented Reality - Strukturen zur Integration von VR/ AR im Prüfprozess 416 1. Fachkongress Digitale Transformation im Lebenszyklus der Verkehrsinfrastruktur - Juni 2021 kongress Digitale Transformation im Lebenszyklus der Verkehrsinfrastruktur, 2021. [18] heise online, „5G: Deutsche Netzbetreiber bauen weiter aus“, heise online, Feb. 17, 2021. https: / / www.heise.de/ news/ 5G-Deutsche-Netzbetreiberbauen-weiter-aus-5057129.html (zugegriffen Apr. 27, 2021). [19] heise online, „Mobilfunk-Ausbau: Hauptrouten laut Netzbetreibern mit 4G versorgt“, heise online, Jan. 12, 2021. https: / / www.heise.de/ news/ Mobilfunk-Ausbau-kommt-voran-Hauptrouten-mit-4Gversorgt-5021923.html (zugegriffen Apr. 27, 2021). [20] U. Riedlinger, L. Oppermann, und W. Prinz, „Tango vs. HoloLens: A Comparison of Collaborative Indoor AR Visualisations Using Hand-Held and Hands-Free Devices“, Multimodal Technologies and Interaction, Bd. 3, Nr. 2, S. 23, Juni 2019, doi: 10.3390/ mti3020023. [21] B. Ens u. a., „Revisiting collaboration through mixed reality: The evolution of groupware“, International Journal of Human-Computer Studies, Bd. 131, S. 81-98, Nov. 2019, doi: 10.1016/ j. ijhcs.2019.05.011. [22] E. Ulich, Arbeitspsychologie, 6., Überarb. und erw. Aufl. Zürich: vdf, Hochschulverl. an der ETH [u.a.], 2005.