Hochschularbeit
| Lilli Beile: | 3D-Erfassung, 3D-Monitoring und exemplarische Erprobung der BIM-Arbeitsmethode im restauratorischen Kontext: Eine Fallstudie an einem barocken Fassadenfragment | Zurück |
| Sprache: | Original - Übersetzung | |
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 Titelbild der Arbeit
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 Wetansicht des Fassadenfragments, Orthofoto
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| Zusammenfassung: | Die Digitalisierung eröffnet in der Restaurierung und Konservierung von Kunst und Kulturgut neue Möglichkeiten für die präzise Objektaufnahme, die langfristige Dokumentation und die Verwaltung restauratorischer Informationen. Im Zentrum dieser Masterarbeit steht die exemplarische Anwendung und Bewertung zerstörungsfreier, bildgebender 3D-Technologien für das Monitoring und digitale Datenmanagement am barocken Fassadenfragment des ehemaligen Michaelisklosters in Hildesheim. Ziel ist es, ein methodisch fundiertes, übertragbares Monitoring-Konzept zu entwickeln und das Potenzial von Historic Building Information Modeling (HBIM) kritisch zu untersuchen. Die Arbeit gliedert sich in zwei Schwerpunkte: Einerseits wird ein praxisorientiertes Monitoring-Modell für die systematische Erfassung und den Vergleich komplexer Oberflächenstrukturen erarbeitet und erprobt. Andererseits wird untersucht, wie HBIM als Werkzeug für die Archivierung, Strukturierung und interdisziplinäre Bereitstellung restauratorischer Daten fungieren kann. Neben technischen Aspekten werden Herausforderungen der Datenstrukturierung, Interoperabilität sowie ethische und fachliche Anforderungen an den digitalen Planungsprozess diskutiert. Die Arbeit verdeutlicht, wie der Einsatz von 3D-Monitoring und modellbasiertem Informationsmanagement zur Entwicklung nachhaltiger Strategien für die Erhaltung von Kunst und Kulturgut beitragen kann. |
| Schlagworte: | 3D-Erfassung, Monitoring, BIM |
 Falschfarbendarstellung der Referenzfläche 4, Oberflächenvergleich in Cloudcompare
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| Inhalt: | Inhalt 1 Einleitung................................................................................................................ 1 1.1 Fragestellung und Zielsetzung der Arbeit ............................................................................. 2 2 wissenschaftliches Forschungsumfeld ..................................................................... 2 2.1 Forschungshintergrund und methodische Leitlinien im Monitoring von Naturstein- und Architekturoberflächen ..................................................................................................................... 2 2.2 wissenschaftliches Forschungsumfeld HBIM ........................................................................ 5 3 Theoretische Aufarbeitung: Monitoring .................................................................. 7 3.1 Monitoring im restauratorischen Kontext ............................................................................ 7 3.2 Ethische Aspekte des Monitorings im Kontext der präventiven Konservierung und Restaurierung .................................................................................................................................... 8 3.3 Zielsetzung eines Monitorings ............................................................................................. 9 3.4 Ablauf eines Monitorings mit bildgebenden zerstörungsfreien Methoden ......................... 9 3.4.1 Ersterfassung ................................................................................................................... 9 3.4.2 Georeferenzierung ......................................................................................................... 10 3.4.3 Grundlagenerhebung ..................................................................................................... 11 3.4.4 Monitoring Aufbau und Intervall ................................................................................... 12 3.5 Dokumentation und Ablage der Monitoring Daten............................................................ 14 3.5.1 Rohdaten ....................................................................................................................... 15 3.5.2 Oberflächenmodelle ...................................................................................................... 15 4 Theoretische Aufarbeitung – BIM-Methodik und Heritage-BIM-Prozess ................ 16 4.1 Begriffsbestimmung BIM und HBIM ................................................................................... 16 4.2 Systematik eines HBIM-Prozesses ...................................................................................... 17 4.2.1 Projekt- und prozessspezifische HBIM-Bibliotheken ...................................................... 19 4.2.2 Multimodellansatz: Umfassende Integration verschiedener Modelltypen .................... 20 4.2.3 Besonderheiten restauratorischer Fachmodelle ............................................................ 21 4.2.4 Struktur und exemplarischer Workflow restauratorischer Fachmodelle ....................... 22 4.2.5 Analyse und Bewertung ................................................................................................. 26 4.3 Anwendungsbereiche von HBIM ........................................................................................ 28 4.4 Zielsetzungen und Potenziale von HBIM im denkmalpflegerischen Kontext...................... 29 4.4.1 Substanzerhalt und Dokumentation .............................................................................. 30 4.4.2 Präsentation, Vermittlung und Kommunikation ............................................................ 30 4.4.3 Entscheidungsfindung und Qualitätssicherung .............................................................. 30 4.5 Ethische, interdisziplinäre und wertebezogene Grundlagen .............................................. 31 HAWK Fakultät Bauen und Erhalten Hildesheim Konservierung und Restaurierung von Steinobjekten und Architekturoberfläche Masterthesis von Lilli Beile und Jonas Schäfermeier, SoSe 2025 4.6 Exkurs: MonArch – Informationsmanagement für die Denkmalpflege .............................. 33 4.6.1 Exkurs: Das Bamberger Vokabular – Standardisierung in der Dokumentation .............. 33 4.7 Fazit: Chancen und Grenzen der HBIM-Methode .............................................................. 34 5 Objekterfassung.................................................................................................... 36 5.1 Objektidentifikation Fassadenruine ................................................................................... 36 5.1.1 Geschichtliche Einordnung ............................................................................................ 36 5.2 Umfeldanalyse ................................................................................................................... 39 5.2.1 Lage und städtebaulicher Kontext ................................................................................. 39 5.2.2 Klimamessungen ............................................................................................................ 40 5.3 Digitale Bestands- /Objekt- Erfassung und Integration in den HBIM-Workflow................. 46 5.3.1 Methodik der digitalen und klassischen Bestandsaufnahme ......................................... 46 5.3.2 Interdisziplinäre Integration der Bestandserfassung im HBIM-Workflow ...................... 46 5.3.3 Bestandsbericht ............................................................................................................. 47 5.4 Zustandserfassung ............................................................................................................. 49 5.4.1 Risse und Brüche............................................................................................................ 50 5.4.2 Ablösung und Formen des Materialverlustes am Naturstein ......................................... 51 5.4.3 Putz ................................................................................................................................ 51 5.4.4 Fugenverwitterung ........................................................................................................ 51 5.4.5 Kruste, Ablagerung und biologische Besiedlung ............................................................ 52 5.4.6 Schadensursachenmodell .............................................................................................. 52 5.5 Bildgebende, zerstörungsfreie Erfassung ........................................................................... 55 5.5.1 Georeferenzierung des 3D Modells ............................................................................... 55 5.5.2 3D-Erfassung des gesamten Objektes ............................................................................ 56 5.5.3 3D-Erfassung der Referenzflächen ................................................................................. 57 5.5.4 Skalierung und Qualitätssicherung der Modelle ............................................................ 59 5.5.5 Pläne .............................................................................................................................. 61 5.6 Bildgebende, zerstörungsfreie Untersuchungen ................................................................ 63 5.6.1 3D-Kartierung ................................................................................................................ 63 5.6.2 Deformationsanalyse auf Grundlage der 3D-Punktwolken ............................................ 65 5.6.3 Quantitative Bewertung von Oberflächenveränderungen mittels 3D-Oberflächenvergleich .......................................................................................................................... 67 5.6.4 Zusammenfassung und Bewertung der durchgeführten Untersuchungen .................... 74 5.7 Ergebnisse der Objekterfassung und konservatorische Empfehlung ................................. 75 5.7.1 Bestand und Denkmalpflegerische Einordnung des Fassadenfragments ....................... 75 5.7.2 Bewertung des Zustands und der Untersuchungsergebnisse ........................................ 76 6 Objektspezifisches Monitoring-Konzept: Fassadenfragment ................................. 78 HAWK Fakultät Bauen und Erhalten Hildesheim Konservierung und Restaurierung von Steinobjekten und Architekturoberfläche Masterthesis von Lilli Beile und Jonas Schäfermeier, SoSe 2025 6.1 Ausgangslage und Zielsetzung............................................................................................ 78 6.2 Anforderungen und Auswahl repräsentativer Referenzflächen ......................................... 78 6.3 Monitoring-Methodik und Ablauf ...................................................................................... 80 6.4 Ergebnisse des Monitorings ............................................................................................... 83 6.4.1 Zustandsbewertung ....................................................................................................... 84 6.4.2 Schlussfolgerungen und Empfehlungen ......................................................................... 84 6.4.3 Überblickartige Auflistung notwendiger Maßnahmen ................................................... 86 6.5 Planung zukünftiger Monitoringzyklen: Inspektion und Hauptuntersuchung Gliederung (Inspektion und Hauptuntersuchung?)............................................................................................ 87 7 HBIM-Workflow und methodische Vorgehensweise .............................................. 87 7.1 Bewertung und Auswahl geeigneter Software ................................................................... 87 7.2 Ausgangssituation der Modellierung: Punktwolke und texturiertes Oberflächenmodell .. 89 7.3 Modellierung des 3D-Volumenmodells .............................................................................. 91 7.3.1 Erstellen von Linien und Kurven .................................................................................... 91 7.3.2 Aufziehen von Flächen entlang einer Leitlinie oder Profilkontur ................................... 91 7.3.3 Erstellen von Flächen ..................................................................................................... 92 7.3.4 Aufziehen von Volumenkörpern .................................................................................... 92 7.3.5 Addieren und Subtrahieren von Volumenkörpern ......................................................... 93 7.4 Hierarchie und Strukturen in Rhino 8 und VisualARQ ........................................................ 93 7.4.1 Layer-Hierarchie ............................................................................................................ 93 7.4.2 Geschossebenen (Levels) ............................................................................................. 100 7.5 Semantik in Rhino mit ARQ – was es hält und was es verspricht ..................................... 101 7.5.2 Was umgesetzt werden konnte. .................................................................................. 102 7.6 Ausblick zum Workflow und Erweiterungen durch visuelle Programmierung für Semantik und Parametrik .............................................................................................................................. 104 7.6.1 Reflexion und Ausblick: Semantik und Parametrik zwischen Praxis, Limitation und Entwicklungsperspektive ................................................................................................................... 106 7.6.2 Limitationen und Risiken in der Weiterverarbeitung: .................................................. 106 8 Fazit .................................................................................................................... 108 8.1 Fazit zum Themenfeld Heritage BIM (HBIM) .................................................................... 108 8.2 Bewertung der Möglichkeiten und Ergebnisse des digitalen Monitoring Konzeptes ....... 113 9 Abschließendes Fazit und Ausblick ...................................................................... 116 10 Verzeichnisse ...................................................................................................... 118 10.1 Literaturverzeichnis.......................................................................................................... 118 10.2 Quellenverzeichnis ........................................................................................................... 126 HAWK Fakultät Bauen und Erhalten Hildesheim Konservierung und Restaurierung von Steinobjekten und Architekturoberfläche Masterthesis von Lilli Beile und Jonas Schäfermeier, SoSe 2025 10.3 Verwendete Internetseiten .............................................................................................. 126 10.4 Im Text genannte Software .............................................................................................. 128 10.5 Abbildungsverzeichnis ...................................................................................................... 130 11 Anhang ................................................................................................................... A 11.1 Historische Aufnahmen ........................................................................................................ A 11.2 Bestandsglossare (für semantische BIM-Zuordnung) ............................................................E 11.2.1 Bestandsglossar der Materialbefunde: .............................................................................E 11.2.2 Bestandsglossar der Bearbeitungsspuren: ....................................................................... O 11.2.3 Bestandsglossar der Bauteile ........................................................................................... V 11.3 Zustandsglossar ..................................................................................................................... Z 11.3.1 Risse .................................................................................................................................. Z 11.3.2 Ablösung und Materialverlust am Naturstein ................................................................ BB 11.3.3 Ablösung und Materialverlust am Putz .......................................................................... DD 11.3.4 Ablösung und Materialverlust an Fugen ......................................................................... EE 11.3.5 Kruste, Ablagerung und biologische Besiedlung ............................................................. FF 11.4 Zustandskartierung ............................................................................................................ KK 11.5 Monitoring ......................................................................................................................... RR 11.5.1 Monitoring Protokoll des Gesamtobjektes .................................................................... RR 11.5.2 Monitoring Protokolle der Referenzflächen ................................................................... TT 11.6 Untersuchungen.................................................................................................................. JJJ 11.6.1 Klimamessungen ............................................................................................................. JJJ 11.6.2 Deformationsanalyse auf Grundlage der 3D-Punktwolken ......................................... OOO 11.6.3 Quantitative Bewertung von Oberflächenveränderungen mittels 3D-Oberflächenvergleich .......................................................................................................................QQQ 11.7 Messpunkte vom Katasteramt ........................................................................................ EEEE 11.8 Dokumentation der Passpunkte ..................................................................................... KKKK 11.9 Exemplarische Berichte zur Referenzflächenerfassung aus Reality Capture .............. GGGGG |
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