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Stairs

3D-Laservermessung mit dem BLK360

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08/19/2021

Wie Präzision mehr Freiraum für kreative Lösungen schafft

Gemeinsam mit ihrem Vater Hans-Günther Schwarz führen die Brüder Jörg-Helmuth und Bernd-Simon das Architektenbüro der Familie in dritter Generation. Dabei setzen sie stets auf neuste Technologien – so auch auf die 3D-Laservermessung mit dem BLK360 von Leica Geosystems. Wie das Gerät den Workflow des Architektenbüros geändert hat – und warum es eine ganz besondere Treppe in Nürnberg ohne Laserscanner nicht geben würde.    

1956 ist für die architektonische Entwicklung des Nürnberger Stadtgebietes ein symbolträchtiges Jahr – mit der Sanierung des weitgehend zerstörten Rathauses beginnen überall in der Stadt Architekten, Bauherren, und Privatpersonen mit dem Wiederaufbau der Frankenmetropole. Mit dabei: Horst Schwarz, Architekt und Vordenker, der kurzerhand sein eigenes Architekturbüro eröffnet. Als einer der ersten Baumeister seiner Generation verwendet er dabei eine Lichtpausmaschine – ein echtes Novum zu dieser Zeit, die es dem erfinderischen Unternehmer erlaubt, bis in die Nacht zu pausen und der Konkurrenz so immer einen Schritt voraus zu sein.    

Mehr als 50 Jahre später finden die Brüder Jörg-Helmuth und Bernd-Simon Schwarz viel von ihrem Großvater in sich selbst wieder. Aufgewachsen im Architekturbüro der Familie ging ihnen nicht nur die Liebe zur Architektur in Fleisch und Blut über, sondern auch die Begeisterung für neue Technologien und unkonventionelle Herangehensweisen. „Wir hatten immer das Ziel, am Puls der Zeit zu bleiben und mit allen neuen Techniken mitzugehen“, erklärt Jörg-Helmuth Schwarz. Die Lichtpausmaschine für die dritte Generation im Architekturbüro Schwarz: Der BLK360 3D-Laserscanner von Leica Geosystems.      

Mehr Freiraum, weniger Risiko

Dank LiDAR-Technologie, die pro Sekunde 360.000 Punkte erfasst, liefert das Gerät innerhalb kurzer Zeit ein vollständiges und vor allem realitätsgetreues Bild der Situation auf der Baustelle. „Mit dem BLK360 sind wir vor bösen Überraschungen gefeit und haben schon viele Informationen, die wir für die Planungsphase brauchen“, sagt auch Jörg-Helmuth Schwarz. Der Laserscanner erfasst im Umkreis von zehn Metern die gesamte Umgebung mit einer Genauigkeit von sechs Millimeter. Seine maximale Reichweite liegt bei 60m. Aus den unzähligen aufgenommenen Datenpunkten entsteht eine 3D-Punktwolke, die die Architekten anschließend in ein Building Information Modeling (BIM) Programm wie „Revit“ einspielen. Angereichert mit den Informationen aus den Bestandsunterlagen, etwa zu Mauerwerk und anderen Bauteilschichten, kann nun ein 3-D Modell des gesamten Bauprojektes entstehen.          

Diese realitätsgetreue Nachbildung dient den Schwarz-Brüdern und ihren Kollegen:innen im Architektenbüro nun als Grundlage für die Planung. „Wir müssen davon wegkommen, immer nur in Grundrissen zu denken“, gibt Bernd-Simon Schwarz zu bedenken. Stattdessen sind die Mitarbeiter:innen des Architektenbüros Schwarz dazu übergegangen, das Gebäude einmal in 3D zu zeichnen und sich die Grundrisse aus diesem Modell zu generieren.    

Der Vorteil dieser Herangehensweise: Zu jedem Zeitpunkt arbeiten die Architekten mit absolut präzisen Daten – gerade bei komplexen Bestands-Projekten von unschätzbarem Wert. Denn die realitätsgetreue Nachbildung verhindert nicht nur aufwändige und kostspielige Crash-Planungen, wenn etwas schief geht. Der Einsatz des BLK360 ermöglicht von Anfang an mehr Flexibilität und Kreativität in der Planung. „Der 3D-Laserscan hilft uns, schon in der Planungsphase unterschiedliche Möglichkeiten zu prüfen und dem Kunden vorzuschlagen – ohne das Risiko, dass hinterher etwas nicht passt“, so Jörg-Helmuth Schwarz. Vor dem Einsatz des BLK360 musste das Architektenbüro Schwarz, wie in der Branche üblich, mit gewissen Sicherheiten planen. Um Probleme bei der Umsetzung und Umplanungen in letzter Minute zu verhindern, rechnet man üblicherweise mit Toleranzen von ca. zehn Zentimetern. Das schränkt jedoch die Möglichkeiten ein. „Bevor wir den BLK360 für die Bestandsaufnahme eingesetzt haben, hätten wir Kund:innen niemals eine Lösung vorgeschlagen, die gerade auf den Zentimeter genau passt.“, erklärt Bernd-Simon Schwarz. Das Risiko für Probleme und explodierende Kosten sei einfach zu hoch. „Der Laserscan eröffnet uns völlig neue Möglichkeiten, an komplexe Projekte heranzugehen und unkonventionelle Lösungen zu finden. Denn wir wissen von Anfang an, ob diese tatsächlich umsetzbar sind.“                    

Eine Treppe hat es in sich

Wie wertvoll diese Flexibilität ist, zeigte sich eindrücklich bei einem Sanierungsprojekt der besonderen Art: Bei einem Nürnberger Behördengebäude sollte die Treppe nach der neuen Arbeitsstättenrichtlinie generalsaniert werden. Das in den 70er Jahren erbaute Bauwerk sticht auf den ersten Blick durch seine unkonventionelle Form hervor. Das gesamte Gebäude ist auf einem Dreiecksraster aufgebaut – der Grundriss zeigt ebenso eine dreieckige Form wie Deckenplatten, Fließen und Pflastersteine vor der Tür. Ein Konzept, dass bei der Treppe allerdings zu Problemen führt: Diese ist in ein hexagonales Treppenhaus eingesetzt – mit der Folge, dass Nutzer:innen nicht wie üblich senkrecht nach oben laufen kann. Stattdessen führt der Weg erst schräg in die eine Richtung, um dann mitten im Treppenlauf eine Kehrtwende in die andere Richtung zu machen. Gepaart mit der Tatsache, dass die Steigung für heutige Standards zu groß ist, macht dies den Aufstieg extrem anstrengend. Immer wieder kam es daher zu Unfällen und Stürzen auf der ungewöhnlichen Treppe.            

Alte Treppe

Erschwert wurde diese Situation durch die Tatsache, dass der Behördenbetrieb normal weiterlaufen musste. „Wir mussten eine neue Treppe planen, ohne dabei die Arbeit der Mitarbeiter zu sehr zu stören“, erinnert sich Bernd-Simon Schwarz. Ein kompletter Abriss und Neubau der Treppe kam daher schon aus Lärmgründen nicht in Frage. Gesucht war eine kreative und optisch ansprechende Lösung, die den alten Bestand möglichst unangetastet lässt und für den Bauherren nicht zu exorbitanten Kosten führt.      

Der Schlüssel zu dieser Lösung war der Einsatz eines detaillierten und realitätsechten 3D-Laserscans. „Ohne den Einsatz des BLK360 wäre das Projekt in dieser Form auf keinen Fall möglich gewesen.“, bemerkt Jörg-Helmuth Schwarz. Nach einer Erstbegehung mit ein paar Fotoaufnahmen rückte das Team mit dem Laserscanner an und machte insgesamt fünf Aufnahmen: Eine auf jedem Stockwerk, eine auf dem Zwischenpodest, und jeweils eine in der Mitte des Treppenlaufes. Jeder Scan dauert dabei etwa zwei Minuten – nach kurzer Zeit hatten die Architekten ein realistisches Bild der Gegebenheiten vor Ort. Mit dem in „Revit“ erstellten 3D-Modell konnte nun die Planung beginnen – und die jungen Architekten ihrer Kreativität freien Lauf lassen.        

Schritt für Schritt zum Ziel

Das Ergebnis dieser Planungsphase: Die neue Treppe sollte halb auf den alten Treppenlauf und halb auf das Treppenauge, also den offenen Bereich zwischen den aktuellen Läufen, gebaut werden. Um das Steigungsverhältnis modernen Vorschriften anzupassen, wurden die neuen senkrechten Läufe dabei auf die bestehenden Stufen aufbetoniert. Der Teil des neuen Treppenlaufes, der auf dem Treppenauge liegt, wurde als Ortbetontreppe geschalt – da der Verlauf des alten Treppenlaufes weiterhin sichtbar war, waren Fertigteil hier nicht möglich. Um der neuen Treppe die notwendige statische Sicherheit zu geben, wurde außerdem eine polygonale Trockenbaustruktur als Unterzug eingebaut. So griff das Architektenteam das Dreiecksmotiv des Gebäudes geschickt wieder auf und interpretierte es modern um.        

Treppe

Bei der Umsetzung dieser wilden Idee kam es auf jeden Zentimeter an – die exakten Dimensionen und Verläufe zu erfassen, war daher absolut entscheidend. Die ungewöhnliche Form des Treppenhauses machte eine manuelle Erfassung allerdings fast unmöglich. Mit dem BLK360 konnten die Brüder Schwarz nicht nur sichergehen, dass die aufgenommen Daten der Realität entsprechen. Dem Bauherren gegenüber konnten sie von Anfang an einen konkreten Vorschlag bringen – mit der Prämisse, dass das auch wirklich realistisch ist. „Als Architekt haften wir dafür, wenn etwas nicht klappt. Wenn man sich nicht absolut sicher ist, dass es funktioniert, würden wir so eine Lösung niemals vorschlagen“, betont Bernd-Simon Schwarz.           So entsprach der erste Entwurfsgedanke am Ende der finalen Ausführung – ganz ohne Nachplanungen oder unvorhergesehener Anpassungen, und mit einem einzigartigen Ergebnis. „So eine Treppe gibt es nirgends sonst, und man würde sie so niemals neu bauen. Das ist es, was uns am Bauen im Bestand so reizt“, sagt Bernd-Simon Schwarz.    

Zitate:

„Bevor wir den BLK360 für die Bestandsaufnahme eingesetzt haben, hätten wir einem Kunden niemals eine Lösung vorgeschlagen, die gerade auf den Zentimeter genau passt.“ Bernd-Simon Schwarz „Mit dem BLK360 sind wir vor bösen Überraschungen gefeit und haben schon viele Informationen, die wir für die Planungsphase brauchen. “Jörg-Helmuth Schwarz „Jede Investition in eine neue Technologie ist ein Risiko. Aber wir haben Risiken noch nie gescheut, wenn wir von einer Idee überzeugt waren. Und bisher hat sich das immer ausgezahlt.“ Bernd Simon und Jörg-Helmuth Schwarz.      

Über das Architektenbüro Schwarz, Nürnberg:

Mit Laserscans zu wirtschaftlicheren Projekten

Von Wohnhäusern über Gewerbeparks oder Behördengebäude ist das Architekturbüro Schwarz mit Sitz in Nürnberg, im Hochbaubereich breit aufgestellt. Eine besondere Spezialität des Familienbetriebs, bei dem knapp 20 Mitarbeiter:innen angestellt sind, ist das Bauen im Bestand, also zum Beispiel Sanierungen in bestehender Bausubstanz. Eine Disziplin mit vielen Tücken, in der Standardlösungen eher die Ausnahme denn die Regel sind. „In jedem Bestandprojekt gibt es eine ganze Reihe von Gegebenheiten vor Ort, auf die wir keinen Einfluss haben – andersherum haben diese aber enormen Einfluss auf das Bauvorhaben“, so Bernd-Simon Schwarz.      

Anders als bei einem Neubau auf der grünen Wiese bestimmt die bestehende Bausubstanz, was möglich ist. Umso wichtiger ist es also, diese genau zu erfassen und in die Planung mit einzubeziehen. Bestandsunterlagen oder auch punktuelle Distometer-Messungen vor Ort erzählen oft nur die halbe Geschichte. Zeigt sich während der Bauphase, dass eine Wand nicht ganz gerade oder auch nur um wenige Zentimeter verrückt ist, kann dies die gesamte Planung torpedieren – und Umplanungen sind zu diesem Zeitpunkt nicht nur ein schwieriges Unterfangen, sondern können für den Bauherren auch richtig teuer werden.      

2017 haben sich die Brüder deshalb für den 3D-Laserscanner von Leica Geosystems und hat seither knapp 20 Projekte damit umgesetzt. „Wir setzen uns am Anfang jedes Projektes zusammen und überlegen, ob der Einsatz des BLK360 sinnvoll ist. In der überwiegenden Zahl der Fälle kommen wir zu dem Ergebnis, dass es deutlich wirtschaftlicher ist, einen 3D-Laserscan zu machen“, resümiert Bernd-Simon Schwarz.    

Das liegt nicht daran, dass das Architektenbüro dem Kunden neue und kreative Lösungen vorschlagen kann. Die Planungssicherheit, die eine realistische Bestandsaufnahme gewährleistet, wirkt sich auch auf andere Weise positiv aus. So sparen sich die Mitarbeiter des Architektenbüros unnötige Fahrten zur Baustelle, um Dinge nachzuvermessen oder Probleme in Augenschein zu nehmen. Und auch wenn es im Nachgang Mängelansprüche gibt, ist es für das Team entscheidend, den Istzustand zum Zeitpunkt der Bestandsaufnahme festgehalten zu haben.      

Der BLK360 ist zudem einfach zu handhaben und kann so von allen Architekten des Büros genutzt werden – statt für komplexe Projekte ein Vermessungsbüro zu beauftragen können die Brüder Schwarz und ihr Team die Laservermessung direkt in den eigenen Workflow integrieren. „Unser gesamtes Kernarchitektenteam nutzt das Gerät regelmäßig“, sagt auch Jörg-Helmuth Schwarz. Die einzige Voraussetzung ist dabei der sichere Umgang mit BIM-Programmen wie „Revit“.    

Auch das war für das Architektenbüro ausschlaggebend bei der Entscheidung für Leica Geosystems, so Jörg-Helmuth Schwarz: „Das Revolutionäre bei der BLK360 ist nicht nur die Technologie selbst, sondern auch die einfache Handhabung und letztlich der erschwingliche Preis. Es ist der erste Laserscanner, der für Architekturbüros tatsächlich eine attraktive Lösung darstellt.“ Gerade für Architekturbüros, die viel in Bestandsprojekten arbeiten, sehen die Brüder Schwarz enormes Potenzial durch den Einsatz von 3D-Laservermessung. Der Wagemut und Innovationswille der Familie Schwarz hat sich gelohnt – da sind sich die Brüder einig. „Jede Investition in eine neue Technologie ist ein Risiko. Aber wir haben Risiken noch nie gescheut, wenn wir von einer Idee überzeugt waren. Und bisher hat sich das immer ausgezahlt.“          

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