Georeferenzierung in der BIM-Methodik

Dieser Use Case behandelt die Georeferenzierung in der BIM-Methodik für klein- und grossräumige Bauwerke. Dazu wurde eine ausführliche Wegleitung erstellt (siehe Anhang) und daraus dieser Use Case inkl. Prozesskarte und -beschrieb abgeleitet. Er soll allen Beteiligten eines Bauvorhabens und vor allem den Architekten und Planern die Wichtigkeit des Themas Georeferenzierung aufzeigen, um Fehler und Mehraufwendungen für alle Beteiligte zu vermeiden. Dazu wird im Einleitungskapitel ein gemeinsames Verständnis geschaffen und anschliessend praxisbezogene Entscheidungshilfen aufgeführt, Lösungsansätze beschrieben und Empfehlungen als «Best Practice» bereitgestellt für:

• Definition des Projektkoordinatensystems
• Definition Projektreferenzpunkt (PRefP)
• Definition Projektreferenzkote (PRefK)
• Definition einer allfälligen Rotation (Nordabweichung)
• Definition einer allfälligen Massstabsänderung
• Definition von zwei weiteren Passpunkten
• Empfehlung zu Georeferenzierungsmöglichkeiten in IFC
• Empfehlung für die vermessungstechnische Umsetzung

Die Prozesskarte zeigt das schrittweise Vorgehen für eine korrekte Georeferenzierung in einer frühen Leistungsphase und bildet damit die Basis für viele weitere Use Cases wie beispielsweise zur Fachmodellkoordination, field2bim (Bestandsaufnahmen) oder bim2field (Absteckungsaufgaben).

Wir danken der Steuergruppe BIM-Geodaten für die Initialisierung, Andy Kluser (GeoplanTeam) und Bernd Domer (HES-SO/HEPIA) für die Redaktion sowie Ingenieur-Geometer Schweiz (IGS) für die finanzielle Unterstützung bei der Erstellung der Wegleitung und dieses Use Cases.

• Reibungslose Modellkoordination dank einem gemeinsamen Projektkoordinatensystem für alle Fachmodelle
• Vermeidung von Fehlern und Mehraufwendungen durch einen einheitlichen Koordinatenrahmen
• Eindeutig exakt definierte Transformation zwischen dem lokalen Projektkoordinatensystem (BIM-Modell), dem geodätischen Koordinatensystem (Geodaten) und der Situation vor Ort
• Einheitlicher Zugriff auf die benötigten Informationen betreffend Georeferenzierung und Koordinatensysteme, da diese sowohl im BAP als auch im Referenzmodell (in IFC) klar und einheitlich zu Beginn eines Bauvorhabens definiert sind
• Ermöglichung adäquate Geomatik-Produkte in der BIM-Methodik bereitstellen zu können
• Grundlage für weitere Use Cases wie die Fachkoordination, Bestandsaufnahme, Absteckungen etc.

Das Thema Georeferenzierung ist ganz zu Beginn eines Bauvorhabens durch den Planer bzw. Architekten zu behandeln und zu dokumentieren. Sie schafft den Bezug vom Projektkoordinatensystem zum übergeordneten geodätischen Koordinatensystem mittels einer Transformation.

Für Hochbauten und kleinräumige Bauwerke ist ein lokales verzerrungsfreies Koordinatensystem, welches in Bezug zu einem übergeordneten geodätischen Koordinatensystem gesetzt wird, meist ausreichend als Projektkoordinatensystem (PRefP = Grenz- oder Lagefixpunkt). Bei grossräumigen bzw. linienförmigen Bauwerken mit grosser Ausdehnung wird die Streckenführung meist in einem geodätischen Koordinatensystem geplant, die zugehörigen kleinräumigen Ingenieurbauwerke hingegen in eigenen lokalen Koordinatensystemen, welche in Bezug zur Streckenführung gesetzt werden. Die für die Georeferenzierung benötigten Transformationsparameter werden anhand identischer Passpunkte in beiden Koordinatensystemen berechnet und die resultierenden Ungenauigkeiten beurteilt. Je nach Genauigkeitsanforderung des Bauvorhabens muss eine Massstabsänderung eingeführt werden oder nicht.

Der PRefP ist der Lagenullpunkt im Projektkoordinatensystem und muss bewusst auf einem Punkt mit bereits bekannten Koordinaten im geodätischen Koordinatensystem (Grenzpunkt, Lagefixpunkt) definiert werden. Die Darstellung erfolgt als Pyramide mit quadratischer Grundfläche und semantischen Angaben. Der PRefP wird im BAP beschrieben.

Die PRefK ist die lokale Projekthöhe (+/-0.00) und soll zur besseren visuellen Unterscheidung zum PRefP als eine auf dem Kopf stehende Pyramide mit semantischen Angaben definiert und im BAP beschrieben werden. Wird das Modell gegenüber Kartennord rotiert, muss der Rotationswinkel mit 3 Nachkommastellen als Azimut, also als Winkelwert der Ordinate im Uhrzeigersinn, angegeben und im BAP beschrieben werden. Eine Massstabsänderung sollte mit mindestens 5 Nachkommastellen angegeben und im BAP dokumentiert werden. Passpunkte dienen einer unabhängigen und einfachen Kontrolle der Georeferenzierung. Sie besitzen als semantische Angaben die Koordinatenwerte im lokalen Projekt- wie auch im übergeordneten Koordinatensystem und werden analog zum PRefP als geometrische 3D-Objekte in Pyramidenform dargestellt und im BAP beschrieben.

In IFC gibt es mehrere Möglichkeiten zur Georeferenzierung. Clemen et al. (2019) schlagen mit der Einführung des Konzepts Level of Georeferencing (LoGeoRef) 5 Stufen vor. Für eine adäquate Georeferenzierung empfehlen sich die Stufen LoGeoRef30, LoGeoRef40 und LoGeoRef50, wobei jedoch nur LoGeoRef50 die Möglichkeit einer Massstabsänderung und die Angabe von Metadaten zu den Koordinatensystemen besitzt. Diese Stufe ist allerdings erst ab der IFC-Version 4 verfügbar.
Ein Konzept für die Beschreibung eines Fixpunktnetzes, von Passpunkten, sowie die Möglichkeit einer dreistufigen Transformation bei Projekten mit mehreren Bauwerken auf einem gemeinsamen kleinräumigen Areal, fehlt im IFC Datenschema.

Das Fixpunktnetz stellt die Realisierung des Projektkoordinaten-Referenzrahmens und damit die Schnittstelle zwischen Planung und Realwelt dar. Eine fachmännische Erstellung und Berechnung ist Voraussetzung für eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit. Die Koordinatenwerte im Projekt- und übergeordneten geodätischen Koordinatensystem der einzelnen Fixpunkte werden semantisch explizit als Merkmalswerte angegeben. Geometrisch werden die Fixpunkte als Pyramiden im Fachmodell Geomatik definiert.
Das Fachmodell Geomatik beinhaltet alle Daten, welche in der Verantwortlichkeit des Geomatikers liegen. Neben dem Fixpunktnetz können das somit auch Bestandsdaten, in 3D aufbereitete bestehende Geodaten, Absteckungsdaten oder andere Geoinformationen sein.
Eine zentrale Rolle in der BIM-Methodik spielt der modellbasierte Datenfluss bei der Grundlagenbeschaffung und der Resultatabgabe. Dies führt zu einschneidenden Änderungen in der gewohnten Arbeitsweise und zu nötigen Prozessanpassungen

Ausführliche Erläuterungen zu all diesen Themen finden Sie in der Wegleitung im Anhang.

• Alle Beteiligte eines Bauvorhabens und vor allem der Architekten und Planer auf die Wichtigkeit des Themas Georeferenzierung zu sensibilisieren
• Hilfestellung für Geomatiker, um das Verständnis von Geomatik-Produkten und -Dienstleistungen im Kontext der BIM-Methodik zu fördern
• Ein praxisorientierter Prozessbeschrieb für die Georeferenzierung in der BIM-Methodik zu erstellen
• Eine konkrete Diskussionsgrundlage für die Thematik Georeferenzierung und BIM in der Schweiz zu schaffen, welche weiterentwickelt werden darf
• Das Projektkoordinatensystems, die Transformation ins geodätische übergeordnete Koordinatensystem sowie deren Dokumentation im Referenzmodell (in IFC) und im BAP soll frühzeitig definiert werden
• Das Projektkoordinatensystem soll in allen Fachmodellen einheitlich umgesetzt werden
• Die Transformation zwischen Projekt- und geodätischem Koordinatensystem ist jederzeit in der geforderten Genauigkeit in beide Richtungen gewährleistet und kann über Passpunkte unabhängig kontrolliert werden
• Das Projektkoordinatensystem wird so gewählt, dass Verzerrungen und Spannungen zwischen der Planung und der Realität vor Ort innerhalb der jeweils definierten Toleranzen liegen
• Es sollen praktische Empfehlung zu Georeferenzierungsmöglichkeiten in IFC aufgezeigt werden
• Zur vermessungstechnischen Umsetzung sollen sinnvolle und praktische Empfehlungen abgegeben werden

Dieser UseCase befasst sich mit der initialen Definition der Georeferenzierung in einer frühen Projektphase. Dazu hinführende Prozesse oder daraus abgeleitete Prozesse werden nicht behandelt wie:

• Aufarbeitung von Geodaten in ein BIM-kompatibles Datenformat (nativ oder IFC)
• Erstellung Bestandsmodelle. Siehe dazu UseCase "Bestandsmodellierung"
• Erstellung eines Referenz- bzw. Leitmodells
• Abschliessende Auflistung des Inhaltes des Fachmodells Geomatik
• Absteckung von Bauteilen direkt aus dem BIM-Modell. Siehe dazu UseCase «Absteckung aus Modell»
• Qualitätskontrolle des Fachmodells Geomatik

• Wegleitung Georeferenzierung im Anhang
• Informationsanforderungen des Auftraggebers (IAG/AIA)

Literaturhinweise:

• buildingSMART FR, 2020. Géoréférencer un projet BIM.
• Clemen, C., Görne, H., 2019. Level of Georeferencing (LoGeoRef) using IFC for BIM. Journal of Geodesy, Cartography and Cadastre, 10/2019, S. 15-20. ISSN: 1454-1408.
• Ingensand, H., 2004. Einführung in die Geodätische Messtechnik für Geomatik- und Bauingenieure. ETH Zürich.
• Kaden, R., Clemen, C., 2017. Applying Geodetic Coordinate Reference Systems within Building Information Modeling (BIM). FIG Working Week 2017. Helsinki Finland.
• Kaden, R., et al., 2019. Leitfaden Geodäsie und BIM. Version 2.0 (2019) DVM-Merkblatt 11-2019.
• Jaud, S., Donaubauer, A., Borrmann, A.: Georeferencing with IFC: A Novel Approach for Infrastructure Objects, in: Computing in Civil Engineering, ASCE 2019, pp. 377-385.
• Mitchell, J., et al., 2020. User Guide for Geo-referencing in IFC. "How to Setup Geo-referencing in a Building or Linear Infrastructure Model". Version 2.0. buildingSMART Australia.
• SIA D0270, 2018. Anwendung der BIM-Methodik. Leitfaden zur Verbesserung der Zusammenarbeit.

Der Use Cases ist als «Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International Lizenz» als Namensnennung - nichtkommerziell Weitergabe - unter gleichen Bedingungen lizenziert
Weitere Informationen unter: creativecommons

Die Dokumente erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Sie sind auch nicht im Sinne einer aus rechtlicher Sicht allgemeingültigen Empfehlung oder Leitlinie zu verstehen, sondern soll Auftraggeber und Auftragnehmer bei der Anwendung der BIM Methode unterstützen. Die Use Cases müssen den jeweiligen spezifischen Projektanforderungen angepasst werden. Die hier aufgeführten Beispiele erheben keinen Anspruch an Vollständigkeit. Informationen beruhen auf Erkenntnissen aus der Praxis und sind dementsprechend als Best Practice und nicht allgemeingültig zu verstehen. Da wir uns in einer Phase befinden, in der Definitionen erst entstehen, kann buildingSMART keine Gewährleistung für die Richtigkeit einzelner Inhalte übernehmen.