3D-Aufmaß: Vom Messpunkt zur Punktwolke

Bei verzogenen Treppenläufen, krummen und schiefen Räumen oder frei geformten Objekten stoßen Maßband und Zollstock schnell an ihre Grenzen. Für diese Fälle sind spezielle 3D-Messsysteme besser geeignet. Sie erfassen die 3D-Koordinaten beliebiger Objekte über den Horizontal- und Vertikalwinkel sowie die gemessene Distanz. Die Messdaten lassen sich anschließend per USB-Stick, per Datenkabel oder Funk auf mobile oder stationäre Rechner übertragenen und auswerten. Für jede Aufgabe bieten Hersteller passende Lösungen an: das so genannte tachymetrische 3D-Aufmaß, das 3D-Laserscanning sowie kombinierte Aufmaßverfahren. Was sich wann besser eignet, hängt davon ab, welche Messdaten man braucht und was man mit ihnen vorhat.

Tachymetrie: Aufmaße Punkt für Punkt

Tachymetrische Aufmaßsysteme bestehen aus einem Stativ und einem darauf montierten, dreh- und schwenkbaren Tachymeter (Kombination aus Winkel- und Distanzmessgerät) oder speziellen 3D-Aufmaßgeräten, die teilweise auf Laser-Distanzmessgeräten mit Bluetooth-Datenschnittstelle basieren. Sie werden einfach im Raum aufgestellt und eingeschaltet, worauf sie sich in der Regel selbstständig orientieren und kalibrieren. Anschließend können die Messpunkte durch manuelles Drehen und Schwenken des Messgerätes oder – motorisch betrieben und per Funkfernbe­dienung gesteuert – halbautomatisch anvisiert werden. Erfasst werden die Raumkoordinaten wichtiger Mess­punkte eines Raumes über den Horizontal- und Vertikalwinkel sowie die gemessene Distanz. Anschließend werden die 3D-Geometriedaten über ein Daten­kabel, einen Stick oder kabellos per Bluetooth oder WLAN direkt in das zum System gehörende Aufmaßprogramm übertragen. Die gegebenenfalls noch vor Ort korrigierten oder ergänzten dreidimensionalen Aufmaßskizzen lassen sich per DXF-Schnittstelle in beliebige CAD-Programme einlesen und daraus Grundrisse, Aufrisse oder Schnitte generieren. Einige Systeme erlauben zusätzlich eine automatische Messdatenerfassung entlang einer zuvor definierten Linie oder innerhalb einer Fläche, was beispielsweise die Erfassung von Oberflächenunebenheiten ermöglicht. Eine weitere Funktion ermöglicht die Projektion geometrischer Punkte aus einer CAD-Datei, um per Laserstrahl beispielsweise Ausschnitte oder Bohrbilder auf Wände, Decken oder Böden zu markieren.

Laserscanning: Aufmaße aus der Punktwolke

3D-Laserscanner bieten Vorteile, wenn runde, freie oder organische Gebäude- oder Raumgeometrien, fili­grane Stahl- oder Holzbaustrukturen sowie (haus-)technische Anlagen schnell erfasst werden müssen. Das Prinzip ist einfach: Ein auf einem Dreibeinstativ befestigter, vertikal in hoher Geschwindigkeit rotierender Laserscanner dreht sich zusätzlich horizontal um die eigene Achse. Dabei tastet er während einer 360 Grad-Umdrehung alle umgebenden Objekte vollständig ab und speichert ihre Geometriedaten in Form von räumlichen Koordinatenwerten. Im Gegensatz zu tachymetrischen Systemen werden nicht einzelne, markante Objektpunkte gemessen, sondern die gesamte Umgebung rasterförmig abgetastet und dreidimensional als eine mehrere Millionen 3D-Messpunkte umfassende „Punktwolke“ erfasst. Eine integrierte Digitalkamera erfasst zusätzlich Bildinformationen für 3D-Fotopanoramen. Da der Scanner nicht durch massive Bauteile hindurch messen kann, machen komplexe Objektgeometrien, respektive durch Objektvorsprünge, Einschnitte oder eine Möblierung entstehende „Mess-Schatten“ ein mehrfaches Aufstellen an unterschiedlichen Standpunkten erforderlich. Der gesamte Messvorgang läuft so schnell ab, dass auch schwierige Messaufgaben wie frei geformte Räume, filigrane Objekte oder technische Anlagen in wenigen Minuten dreidimensional erfasst werden. Allerdings relativiert sich dieser Zeitvorteil bei der anschließenden Zusammenführung und Auswertung der Punktwolken etwas, denn diese Arbeitsschritte sind zeitaufwendig. Dabei werden die Messdaten im Büro eingelesen, gefiltert, die Messpunkte manuell, teilweise auch halbautomatisch in CAD-Elemente (Linien, Bögen, Quader, Zylinder usw.) oder BIM-Bauteile (Building Information Modeling) überführt und die Ergebnisse per DXF-, DWG- oder IFC-Schnittstelle an CAD-Programme übergeben. Horizontale oder vertikale Schnitte oder Schnittansichten lassen sich dagegen mit relativ wenig Aufwand generieren. Dazu wird durch die Punktwolke einfach eine Schnittebene gelegt.

Kombination aus Tachymetrie und Fotogrammetrie

Mit „HottScan“ wurde auf der BAU 2017 erstmals ein neuartiges Aufmaßsystem vorgestellt, das auf mehreren Messprinzipien basiert: Ein spezielles 3D-Aufmaßsystem tastet die Umgebung wie ein Laserscanner automatisch rasterförmig ab, allerdings mit einer erheblich geringeren Geschwindigkeit und Punktedichte. Etwa 40 Messpunkte werden für ein Raumaufmaß innerhalb von zwei Minuten nach dem tachymetri­schen Messprinzip erfasst. Bei Bedarf können manuell oder per Fernsteuerung zusätzliche Messpunkte aufgenommen werden. Aus den parallel erstellten Einzelbildern wird zusätzlich ein hochauflösendes räumliches 3D-Panoramabild erstellt, mit dem man jederzeit Vor-Ort-Details klären, die aktuelle bauliche Situation, Bauschäden oder haustechnische Anlagen dokumentieren kann. Nach der Übergabe der Mess- und Fotodaten per USB-Stick oder WLAN kann der Anwender mit der dazugehörigen Fotoaufmaß-Software am PC Räume dreidimensional modellieren. Daraus erzeugte CAD-Aufmaßskizzen und Mengenauswertungen werden per Schnittstelle an CAD-, respek­tive Angebots- oder Abrechnungsprogramme übergeben.

Selber machen oder machen lassen?

Wer auf der Baustelle digital aufmessen will, muss etwas mehr Geld ausgeben als für Zollstock, Bandmaß, Bleistift und Papier. Die Investitionskosten liegen zwischen 1500 und 14 000 Euro für tachymetrische Systeme sowie zwischen 15 000 und 100 000 Euro für Laserscanner. Ganz gleich, welches System man einsetzt: 3D-Aufmaße gibt es nicht auf Knopfdruck. So muss bei tachymetrischen Messverfahren jeder Mess­punkt einzeln anvisiert werden. Das kann im Freien zum Problem werden, wenn starke Sonneneinstrahlung die Sichtbarkeit der Lasermesspunkte beeinträchtigt. Viele und weit entfernte Messpunkte können ebenfalls zu einer Herausforderung werden. Je komplexer die Geometrie, je filigraner und kleinteiliger das Objekt ist, desto aufwendiger ist eine geometrische Einzelpunkt-Erfassung und desto mehr lohnt sich das 3D-Laserscanning. Doch nicht jedes Unternehmen kann und will in teuere 3D-Aufmaßtechnik investieren – erst recht nicht, wenn man sie nur gelegentlich nutzt. Deshalb sollte man vorher genau überlegen, ob sich die Investition in ein eigenes Aufmaßsystem lohnt oder ob eine Aufmaßdienstleistung nicht sinnvoller ist (Adressen-Auswahl siehe Infokasten).

Dipl.-Ing. (Architektur) Marian Behaneck ist freiberuflicher Fachautor in Jockgrim und Werkzeug- und IT-Experte.

Marktübersicht 3D-Laserscanner
Modell	FOCUS M70	FOCUS S350	Leica BLK360 Imaging Laser Scanner	Leica ScanStation P30/P40	Surphaser 10	Surphaser 400
Erläuterungen: "+" Ja, vorhanden, "-" Nein, nicht vorhanden, k.A.: keine Angabe. Angaben beruhen auf Herstellerinformationen, Abbildungen nicht maßstäblich, Stand: Oktober 2017
Produktbild
Hersteller / Anbieter	FARO	FARO	Leica Geosystems	Leica Geosystems	Surphaser	Surphaser
Laser: Klasse / Messverfahren	1 / Phasenvergleichsverfahren	1 / Phasenvergleichsverfahren	1 (IEC 60835-1:2014) / Pulslaufzeit	1 (IEC 60825:2014) / Pulslaufzeit	1 (1550 nm) / Phasenvergleich	1 (1550 nm) / Phasenvergleich
Messung: min./max. Entfernung in m / Sicht-feld hor., vert. in Grad	0,6 bis 70 m / 360 Grad / 300 Grad	0,6 bis 350 m / 360 Grad / 300 Grad	0,6 bis 60 m / 360° / 300°	0,4 bis 270 m / 360° / 290°	1 bis 110 m / 360° / 270°	1 bis 250 m / 360° / 270°
Genauigkeit: Reichweite in mm / Winkel hor., vert. in Bogensekunden / 3D-Lagegenauigkeit in mm	1,5 auf 10 m / k.A. / k.A.	1,3 auf 10 m / 19 " / ± 2 mm auf 10 m, ± 3,5 mm auf 25 m	± 4 mm auf 10 m, ± 7 mm auf 20 m / k.A. / ± 6 mm auf 10 m, ± 8 mm auf 20 m	± 1,2 mm + 10 ppm auf gesamte Distanz / 8“ / ± 3 mm bei 50 m, ± 6 mm bei 100 m	± 0,7 mm auf 15 m / 1" / k.A.	± 0,7 mm auf 15 m / 1" / k.A.
Geschwindigkeit: max. Messwerte pro Sekunde / mittlere Scandauer in Minuten	488 000 Messwerte pro Sekunde / 4:35 min. bei 0.045 Grad Auflösung	976 000 Messwerte pro Sekunde / 4:35 min. bei 0.045 Grad Auflösung	360 000 / < 3 mit Bildaufnahme	1 000 000 / 1:47	208 000 / 4,5 bei 7200 x 7200 Auflösung	832 000 / 4,5 bei 7200 x 7200 Auflösung
Zusatzfunktionen: Foto / Bildauflösung / Sonst.	+ / 165 Megapixel HDR	+ / 165 Megapixel HDR	+ / 3 x 5 Megapixel / Video, Infrarotkamera	+ / 4 Megapixel / Video, Zielmarken anpeilen	+ / 2 x 5 Megapixel	+ / 2 x 5 Megapixel
Maße / Gewicht (ohne Stativ): B x H x T in mm / Gewicht in kg	230 x 183 x 103 mm / 4,2 kg	230 x 183 x 103 mm / 4,2 kg	100 x 165 x 100 mm / 1,0 kg	238 x 358 x 395 mm / 12,25 kg	278 x 200 x 118 mm / 5,0 kg	278 x 200 x 118 mm / 5,8 kg
Gehäuse: IP-Schutzart / Material	IP 54 / k.A.	IP 54 / k.A.	IP54 (IEC 60529) / k.A.	IP 54 (IEC 60529) / k.A.	k.A. / Metallgehäuse	k.A. / Metallgehäuse
Schnittstellen: Ethernet / USB / Bluetooth / WLAN / Sonst.	- / - / - / + / GPS, GLONASS	- / - / - / + / GPS, GLONASS	- / - / - / +	+ / + / - / +	- / + / - / + / -	- / + / - / + / -
Zeile 6, Spalte 1	Zeile 6, Spalte 2	Zeile 6, Spalte 3	Zeile 6, Spalte 4	Zeile 6, Spalte 5	Zeile 6, Spalte 6	Zeile 6, Spalte 7
Stromversorgung: Eingangsspannung / Akkulaufzeit	14,4 V / 4,5 Std.	14,4 V / 4,5 Std.	36 V / 2 x 6 Std.	24 V / 2 x 5,5 Std.	14-24 V / 2 Std.	14-24 V / 2 Std.
Lieferumfang: Koffer / Stativ / Ladegerät / Software / Zielmarken / Sonst.	+ / - / + / + / - / Akku, Schnellverschluss	+ / - / + / - / - / Akku, Schnellverschluss	+ / + / + / +* / - * AutoCAD ReCap Pro für Desktop, Web und mobil	+ / + / + / +* / + * Cyclone	+ / -* / + / + / -* / optionales Tablet zur Fernsteuerung * optional	+ / -* / + / + / -* / optionales Tablet zur Fernsteuerung * optional
Besonderheiten: (Alleinstellungsmerkmale laut An-bieter)	- kompakt, leicht, intuitiv bedienbar - Touchscreen-Bedienung - CAD-Standardschnittstellen	- kompakt, leicht, intuitiv bedienbar - Touchscreen-Bedienung - Vor-Ort-Kompensation für höhere Scandaten-Qualität	- klein und leicht - 360°-Panoramabild und gleichzeitiger 360°-Scan innerhalb von 3 Minuten - Ein-Tasten-Bedienung	- Zweiachs-Kompensator für höchste Präzision - Temperaturbereich -20 bis + 50 C° - geodätische Stationierung	- Submillimeter Genauigkeit - kleines Messrauschen - hohe Geschwindigkeit	- unübertroffene Mess-genauigkeit und Geschwin-digkeit - kleines Messrauschen - große Reichweite
Preis (in EUR, zzgl. MwSt.)	26 500,-	56 550,-	15 000,-	52 000,-	75 000,-	105 000,-

Marktübersicht Tachymeter
Modell	Flexijet 3D	Leica 3D Disto	Leica DISTO S910	Prodim Laser 3D	TheoCAD
Erläuterungen: "+" Ja, vorhanden, "-" Nein, nicht vorhanden, k.A.: keine Angabe. Angaben beruhen auf Herstellerinformationen, Abbildungen nicht Maßstäblich, Stand: Oktober 2017
Produktbild
Hersteller / Anbieter	Flexijet	Leica Geosystems	Leica Geosystems	Prodim International	C-Techniken M. Möbius
Messung: Messbereich / Distanz- / Winkelge-nauigkeit / Messbereich hor. / vert.	0,05 bis 100 m / ± 1 mm / 0,0007° / 360° / 360°	0,5 bis 50 m / 1, 2, 4 mm auf 10, 30, 50 m / < 0,0014° / 360° / 250°	0,05 bis 300 m / ± 1 mm / bis 0,1° / 360° / -40° bis 80° (360° bei eingekl. Standfuß)	0,05 bis 120 m / ±1.5 mm / k.A. / 360° / k.A.	0,05 bis 100 m / ± 1,0 mm / 0,0025° / 360° / 310°
Messpunkterfassung: Manuell / Fernbed. / max. Messrate	+ / + / 60 Punkte/Minute	+ / + / 30 Punkte/Minute	+ / + / k.A.	- / + / k.A.	+ / + / 180 Punkte je Minute
Funktionen: automat. Nivellierung / Messreihen / CAD-Datenprojektion / Sonst.	+ / + / + / Schocksensor, Zielwahl per Fadenkreuz (Kamera) möglich	+ / + / +	- / + / - / manuelle Nivellierung, CAD-Export	-* / k.A. / k.A./ 3D zu 2D Datenkonvertierung, etc. * nicht erforderlich	+ / + / + / Schocksensor
Datenübertragung: Kabel / USB / Bluetooth / WLAN / Sonst.	- / + / - / +	+ / + / + / -	- / - / + / +	- / - / + / -	- / - / + / - / interner Speicher für 50 Messungen
Aufmaß-Exportformat: DXF / DWG / Sonst.	+ / + / PDF, Plugins für Messung in ArchiCAD und Revit erhältlich	+* / - / TXT, CSV, JPG (* Im- und Export)	+ / - / 2D-, 3D-DXF	+ / - / CSV, PDF	+ / - / IFC, EDIGRAPH, PDF, CSV, XML, Treppen- und Küchenplanung
Maße / Gewicht (ohne Stativ): B x H x T in mm / Gewicht in kg	370 x 170 x 175 mm / 5 kg	Ø 187 x 216 mm / 2,8 kg	164 x 61 x 32 mm / 0,3 kg	170 x 280 x 110 mm / 6 kg	270 x 170 x 100 mm / 3,7 kg
Gehäuse: IP-Schutzart / Material	k.A. (spritzwassergeschützt) / Metal, Kunststoff	IP 54 / Diverse Materialien	IP 54 / div. Materialien	k.A. / Edelstahl	IP54 / div. Materialien
Stromversorgung: Anzahl x Volt / Typ / Akkulaufzeit	1 x 19 V / Netzteil o. Akku / 10 Std.	14,4 V, 63Wh / Li-Ion Akku / 8 Std.	3,7 V 2,6 Ah / Li-Ion Akku / 4000 Messungen	1 x 230 V / Kabel und Batterie / 8 Std.	12 x 1,2 V / NiMH 5200mAh / 10 Std. (inkl. Disto)
Lieferumfang: 3D-Aufmaßgerät / Transportkoffer / Stativ / Ladegerät / Aufmaß-Software / Sonst.	+ / + / + / + / + / Carbonstativ, Fernsteuerung, Notebookauflage, diverses Zubehör	+ / + / - / + / + / Handgerät, Lineal für Punktversatz, USB-Kabel, Ladegerät, Zielmarken etc.	+ / + / + / + / + / App DISTO sketch, Smart Base, Stativ-Adapter, Zieltafel, Holster	+ / + / + / + / + / 2. Batterie, Netzkabel, Anleitung, diverse Software und Zubehör	+ / + / + / + / + / Pocket-PC (PDA) als Fernbedienung oder Gamepad, Fassadenaufmaß im Foto, Transportkoffer mit Notebookablage
Besonderheiten: (max. 3 KURZE Alleinstellungsmerkmale)	- 3D-Aufmaß direkt im CAD - Automatische Messreihen - integrierte Kamera und Touchdisplay	- hohe Genauigkeit - Laserpointer u. Digitalkamera mit Fadenkreuz zum Anvisieren - 3 Jahre Garantie auf Sensor	- Distanz-/Flächenmessung von einer Position aus - Echtzeitübertragung von Punkt-Koordinaten - Messdaten im CAD-Format	- einfache Bedienung durch eine Person - Schnelle Erfassung - digitale Messdatenausgabe fertig für Produktion	- inkl. Raum-, Treppen- und Foto-Modul - inkl. PDA-Software - Leica Disto D3aBT, D510, oder Bosch
Preis Komplettsystem (in EUR, zzgl. MwSt.)	13 900,-	6450,-	1349,- (1549,-, Set: Stativ, Koffer, Adapter, Zieltafel)	auf Anfrage	ab 7900,- (inkl. TheoCAD LT Software)