9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 133 Vorzüge des digitalen Gebäudezwillings bei Objektuntersuchung und Instandsetzungsplanung Philipp Gosemann, M. Sc. Kiwa GmbH, Mülheim an der Ruhr Zusammenfassung Die Digitalisierung hält immer mehr Einzug ins Bauwesen. Auch die Erstellung von 3D-Scans bzw. digitaler Zwillinge von Bauteilen oder Bauwerken wird mittlerweile häufig verwendet und bietet eine Vielzahl von Vorzügen, welche sind von der Bauwerksuntersuchung über die Instandsetzungsplanung bis hin zur Ausführung bzw. der Überwachung der Instandsetzungsmaßnahme erstrecken. Durch die detaillierte, digitale Nachbildung des Bauwerks kann der Ist-Zustand ganzheitlich dokumentiert und Schäden direkt bei der Erstellung des Modells verortet werden. Ergebnisse einer Bauwerksuntersuchung können im Modell verortet werden, wodurch eine übersichtliche und leicht verständliche Ergebnisdarstellung ermöglicht wird. In der Folge lassen sich Zusammenhänge von Schädigungen einfacher rückverfolgen. Während der Planung- und Ausführungsphase kann der digitale Gebäudezwilling als Kommunikationsgrundlage für die Projektbeteiligten herangezogen werden, wodurch ein einfacherer und schnellerer Austausch ermöglicht wird. Im folgenden Beitrag werden die Vorzüge des digitalen Gebäudezwillings bei der Objektuntersuchung und Instandsetzungsplanung dargelegt und anhand von Praxisbeispielen näher beschrieben. 1. Einführung Die Digitalisierung im Bauwesen ist längst keine Zukunftsvision mehr, sondern häufig schon gelebte Realität bei der Bauwerksuntersuchung und der Instandsetzungsplanung. Durch digitale Tools wie Tablets, Apps, Spezial- Software sowie cloudbasierten Plattformen wurden die Arbeitsprozesse in den vergangenen Jahren bereits maßgeblich verändert und optimiert. Durch die Zuhilfenahme dieser Tools kann z. B. eine vereinfachte Dokumentation des Ist-Zustands des Bauwerks bzw. des Baufortschritts während der Instandsetzungsmaßnahme erfolgen. Ein weiterer Schritt zu mehr Digitalisierung im Bauwesen ist der digitale Gebäudezwilling. Eine exakte Definition zu diesem Begriff such mal allerdings bislang vergebens. Grundsätzlich wird der Gebäudezwilling mit dem Ziel erstellt, das Bauwerk digital nachzubilden und diese Nachbildung mit - für den Anwendungszweck relevanten - Informationen zu ergänzen. Für den Anwendungsfall der Objektuntersuchung und Instandsetzungsplanung bedeutet das, die gesammelten Daten und Ergebnisse in einem Modell zusammenzufassen. Besonders bei der Dokumentation des Ist-Zustands sowie der Darstellung der Ergebnisse der Bauwerksuntersuchung bietet der digitale Gebäudezwilling die Möglichkeit der gewonnenen Erkenntnisse übersichtlich darzustellen und mit den Projektbeteiligten zu teilen. Im Folgenden wird genauer auf die Vorzüge des Gebäudezwillings im Bereich der Ist-Zustandserfassung, der Bauwerksuntersuchung sowie der während der Ausführung der Instandsetzungs-arbeiten eingegangen. 2. Vorzüge digitaler Gebäudezwilling 2.1 Allgemeines Vor der Erstellung des digitalen Gebäudezwillings ist mit den Projektbeteiligen abzustimmen, für welchen Zweck dieser verwendet werden soll. Grundsätzlich kann je nach Anwendungszweck die Aufnahmequalität der einzelnen Scans sowie die Anzahl der Scanpunkte angepasst werden, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Für eine Ist-Zustandsdokumentation empfiehlt sich eine hohe Aufnahmequalität sowie eine hohe Dichte an Scanpunkte, um einen hohen Detailgrad des digitalen Zwillings zu erreichen. Für die Erstellung des Gebäudezwillings sind eine Vielzahl von Scannern und Drohnen auf dem Markt vorhanden, welche sich u. a. hinsichtlich der Aufnahmetechnologie, der Aufnahmegeschwindigkeit, der Aufnahmequalität und vielen mehr unterscheiden. Es ist projektspezifisch zu ermitteln, welcher Scanner bzw. welche Scanparameter für die geforderte Anwendung am besten geeignet ist. Bei ist Bauwerksuntersuchung und der Instandsetzungsplanung ist besonders die Verwendung eines Scanners, welcher sowohl eine Punktwolke (3D-Scan), als auch eine Fotodokumentation herstellt (360°-Fotokugel) zielführend. Diese beiden Aufnahmen können kombiniert werden, wodurch sich die Vorteile der beiden Verfahren ergänzen. Nach der Aufnahme kann das Bauwerk digital begangen werden. Die Begehung kann per Mausklick (ähnlich „Google Maps“) oder per VR-Brillen erfolgen. 134 9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 Vorzüge des digitalen Gebäudezwillings bei Objektuntersuchung und Instandsetzungsplanung Vorteil hierbei ist, dass durch den 3D-Scan eine Punktwolke des Bauwerks erstellt wird, welche den Raum dreidimensional aufnimmt. Die parallel aufgenommene, 360°-Fotokugel ermöglicht eine detaillierte, hochauflösende Betrachtung der Bauteiloberfläche, auf der z. B. auch Risse, Kiesnester oder andere Imperfektionen erkennbar sind. In Abbildung 1 und Abbildung 2 ist ein Ausschnitt aus einem 3D-Modell und ein Ausschnitt aus der dazugehörten 360° Fotoaufnahme dargestellt. Der nach Überlagerung des 3D-Modells mit der 360° Fotoaufnahme ist ein zentimetergenaues Messen in der Fotoaufnahme möglich. Dadurch können Längen, Flächen und Massen mit Hilfe des digitalen Zwillings bestimmt werden. Abbildung 1: Ausschnitt aus 3D-Scan Abbildung 2: Ausschnitt aus 360°-Fotoaufnahme Grundsätzlich ist anhand dieser Gegenüberstellung zu erkennen, dass bereits der 3D-Scan über eine gute Aufnahmequalität verfügt. In der ergänzenden hochauflösenden Fotoaufnahme sind Details allerdings nochmals genauer zu erkennen. 2.2 Ist-Zustandsdokumentation Durch die digitale Aufnahme des Bauwerks in Form von einem 3D-Scan sowie von 360°-Fotos erfolgt eine gesamtheitliche visuelle Dokumentation des Bauwerks-Ist- Zustands. In der Folge ist z. B. eine Nachverfolgung von Schadenursachen wie z. B. Undichtigkeiten über mehrere Etagen schnell und unkompliziert möglich. Ein weiterer praktischer Anwendungsfall ist die „Projektion“ von Rissen in andere Etagen des Bauwerks. Ist z. B. Risse einer Deckenunterseite ein Riss vorhanden, kann diese mit Hilfe des Modells auf die darüber- oder darunterliegende Etage projiziert werden. Ein Anwendungsbeispiel hierfür: An einer Deckenunterseite ist ein Riss vorhanden, welche Undichtigkeiten aufweist. Auf der Deckenoberseite (Freifläche) sind auf der Stahlbetondecke Pflastersteine vorhanden, weshalb der Riss hier nicht zu erkennen ist. Mit Hilfe des Gebäudezwillings kann schnell und kompliziert der Riss von Deckenunterseite auf die Deckenoberseite „projiziert“ werden. Für das weitere Vorgehen der Rissbehandlung kann die Position des Risses an der Deckenoberseite exakt bestimmt und der entsprechende Bereich freigelegt werden. Neben der visuellen Dokumentation des Ist-Zustands können zusätzliche Informationen wie z. B. Nahaufnahmen von Schädigungen (Risse, Undichtigkeiten, freiliegender Bewehrung, o. ä.) sowie Ergebnisse einer Bauwerksuntersuchung mit Hilfe von „Tags“ in den digitalen Zwilling eingepflegt werden. Diese Ergebnisdarstellung ist in den folgenden Abbildungen dargestellt. In Abbildung 3 sind die Ergebnisse einer Bauwerksuntersuchung in der Grundrissansicht des digitalen Gebäudezwillings dargestellt. Die Chloriduntersuchung wurden im Ampelsystem (grün, orange, rot) hinsichtlich des vorhandenen Chloridgehalts eingepflegt. Sondierungsöffnungen sind violett, Messstellen der Carbonatisierungstiefe in grau dargestellt. Zudem kann mit Hilfe des verwendeten Symbols (Kreuz, Pfeil, Kreis) im Grundriss dargestellt werden, an welcher Fläche (Boden, Decken, aufgehenden Bauteile) sich die Prüfstelle befindet. Durch diese Zuordnung ist eine übersichtliche Ergebnisdarstellung im Modell sichergestellt. Abbildung 3: Ergebnisdarstellung Bauwerksunter-suchung mittels „Tags“ in der Grundrissansicht des Bauwerks farbliche dargestellt Abbildung 4 zeigt die „Tags“ bei der digitalen Begehung des Bauwerks. Durch die Markierung der Untersuchungsstellen ist exakt zu erkennen, an welche Stelle welche Untersuchung durchgeführt wurde. Zudem kann der Chloridgehalt der Untersuchungsstelle anhand der verwendeten Farbe des „Tags“ visualisiert werden. Per 9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 135 Vorzüge des digitalen Gebäudezwillings bei Objektuntersuchung und Instandsetzungsplanung Klick auf den „Tag“ werden zusätzliche Informationen, wie z. B. der Chloridgehalt in den unterschiedlichen Tiefenstufen oder die vorhandene Betondeckung angezeigt. Abbildung 4: Ergebnisdarstellung mittels „Tags“ Bauwerksuntersuchung in 360°-Foto Abbildung 5 zeigt die eingepflegte Detailaufnahme einer im Zuge einer Bauwerksuntersuchung freigelegten Bewehrung. Die Bewertung des Bewehrungszustands (Querschnittsverluste, Korrosionsgrad) kann ebenfalls eingefügt werden. Abbildung 5: Eingepflegte Detailaufnahme Durch das Ergänzen der Untersuchungsergebnisse stellt der digitale Bauwerkszwilling die Grundlage für die weitere Planung der Instandsetzung dar. Aufgrund der cloudbasierten Anwendung ist ein Ergänzen oder Entfernen von Ergebnissen jederzeit möglich. Die vorgenommenen Änderungen werden automatisch synchronisiert. 2.3 Instandsetzungsplanung Nachdem der digitale Gebäudezwilling erstellt und mit den Ergebnissen der Bauwerksuntersuchungen ergänzt wurde, stellt dieser die ideale Grundlage für die Instandsetzungsplanung des Bauwerks dar. Die zuvor beschriebene, einfache Anpassung der eingepflegten Daten sowie das unkomplizierte Teilen des Modells ermöglichen einen einfachen Austausch mit anderen Projektbeteiligten. Sofern die Beteiligten über die notwendigen Zugangsrechte verfügen, kann ein Austausch auch im digitalen Zwilling über die Erstellung von „Tags“ erfolgen. Der digitale Gebäudezwilling kann auch für die Phase der Angebotsabfrage bzw. während der Vergabe einer Instandsetzungsmaßnahme genutzt werden. Die Bieter können für die Angebotsabgabe einen Link zum Gebäudemodell zur Verfügung gestellt bekommen und sich über diesen digital durchs Bauwerk bewegen. Eine vor Ort Begehung wird durch die digitale Begehung allerdings nicht ersetzt. In der Praxis bedeutet das, dass z. B. eine Zusammenarbeit zwischen Bauherrn, Fachplaner Betoninstandsetzung, Tragwerksplaner sowie dem ausführenden Unternehmen theoretisch ohne gemeinsamen Ortstermin erfolgen kann. Der Fachplaner für Betoninstandsetzung erstellt den digitalen Gebäudezwilling und pflegt die Ergebnisse seiner Untersuchungen ein. Bauteile oder Fragestellungen, die durch einen Tragwerksplaner zu bewerten sind, werden mit den entsprechenden Informationen markiert. Der Tragwerksplaner kann das Gebäude virtuell (per Computer oder VR-Brille) begehen und die entsprechenden Bereiche genau begutachten, ohne selbst vor Ort gewesen zu sein. Durch dieses Vorgehen kann der Kosten- und Zeitaufwand für Kommunikation reduziert werden. Neben der Grundlage für die Kommunikation kann der digitale Gebäudezwilling auch für weitere Anwendungsgebiete genutzt werden. Fehlen für Bestandsbauten Unterlagen, wie beispielsweise Grundriss- und Schnitt- Zeichnungen können diese auf Grundlage des Gebäudemodells erstellt und exportiert werden. Im Folgenden sind weitere die Möglichkeiten der zu erstellenden Dateien bzw. Modelle aufgelistet: • Grundrisszeichnungen PDF-/ CAD-Format) • Hochdichte Punktwolken (E57-Format) • BIM-Modell (RVT-/ IFC-/ RCS-/ DWG-Format) 2.4 Überwachung der Instandsetzungsmaßnahme Auch bei Überwachung von Instandsetzungsmaßnahmen kann der digitale Gebäudezwilling zum Einsatz kommen. Neben der ganzheitlichen Dokumentation des Bauzustands vor Ort können u. a. verschiedene Bauzustände miteinander vergleich und „übereinandergelegt“ werden. Im Folgenden wird ein Praxisbeispiel für diese Anwendung. Im Zuge einer Bauwerksuntersuchung der Tiefgaragen- Bodenplatte wurden Risse festgestellt, entlang derer hohe Chloridgehalte im Bereich der Bewehrung festgestellt wurden. An der Bauteilbewehrung waren signifikante Querschnittsverluste vorhanden. Für die Instandsetzung war daher vorgesehen, den chloridkontaminierten Beton entlang der Risse zu entfernen, Bewehrung nachzulegen und anschließend auf der reprofilierten Betonoberfläche eine Rissbandage aufzubringen. Während der HDW- Arbeiten zeigte sich, dass der Beton links und rechts der Risse ebenfalls geschädigt war und somit entfernt, werden muss. Nach der Reprofilierung waren aufgrund der größeren reprofilierten Fläche die zuvor vorhandenen Rissverläufe nicht mehr genau nachzuvollziehen und die Positionierung der Rissbandagen daher nicht mehr genau möglich war. 136 9. Kolloquium Erhaltung von Bauwerken - Februar 2025 Vorzüge des digitalen Gebäudezwillings bei Objektuntersuchung und Instandsetzungsplanung In diesem Fall wurde vor den HDW- und nach den Reprofilierungsarbeiten ein Gebäudemodell erstellt. In der Grundrissansicht im Modell wurden dann die Risse rot markiert (Abbildung 6, oberer Bereich) und anschließen auf den nach der Reprofilierung erstellen Scan übertragen (Abbildung 6, unterer Bereich). Anschließend wurden die für die Rissbandagen mittels Fräsen vorbereiteten Bereich grün markiert (Abbildung 6, unterer Bereich). Abbildung 6: Vergleich Risse (oben, rotmarkiert) zu vorbereiteten Flächen (unten, grün markiert) Mit Hilfe dieser Vorgehensweise konnte festgestellt werden, dass die Untergrundvorbereitung mittels Fräsen nicht immer dem ursprünglichen Rissverlauf folgend ausgeführt wurde und die Rissbandagen stellenweise falsch positioniert worden wären. In der Folge konnte die Vorgehensweise auf Grundlage der erstellten Gebäudemodells angepasst werden. Des Weiteren kann der Gebäudezwilling durch ein Ticketsystem für die Kommunikation während der Bauausführung genutzt werden. Die Projektbeteiligten können Tickets erstellen, im Gebäudemodell verorten und mit Hilfe einer Kommentarfunktion miteinander kommunizieren. 3. Zusammenfassung Der digitale Gebäudezwilling bietet verschiedenste Möglichkeiten bei der Dokumentation von Bauwerken und stellt über den gesamten Zeitraum von der Ist-Zustandserfassung über die Instandsetzungsplanung bis zur Überwachung ein sehr übersichtliches und informationsreiches Hilfsmittel dar. Der Nutzen des Zwillings beginnt bei der ganzheitlichen, visuellen Ist-Zustands-Erfassung und der übersichtlichen Darstellung der Untersuchungs-ergebnisse im Modell. Darauf auf bauend stehen für die Planung alle bisher gesammelten Informationen gebündelt und im Modell verortet zur Verfügung. Für die Instandsetzungsplanung wichtige Informationen wie Abmessungen, Flächen und Massen von Bauteilen können mit Hilfe des digitalen Gebäudezwillings ermittelt werden. Dadurch wird der Planungsprozess erheblich erleichtert und optimiert. Auch für die Überwachung kann das Gebäudemodell für die Dokumentation des Baufortschritts vor Ort sowie die für Kommunikation der Projektbeteiligen genutzt werden.