Laserscans für die Rekonstruktion von Notre-Dame

Der Großbrand in der Pariser Kathedrale Notre-Dame am 15. April 2019 hat Menschen in aller Welt bewegt. Heute, ein halbes Jahr nach dem Brand, lösen sich noch immer Steine aus dem Gewölbe der weiterhin einsturzgefährdeten Kirche.

Doch es gibt Hoffnung. Denn Notre-Dame ist von innen und außen in millimetergenauen Laserscans dokumentiert. Der 2018 verstorbene Architekturhistoriker Prof. Andrew Tallon hat die Kathedrale 2010 mit einer Leica ScanStation C10 aus 50 verschiedenen Perspektiven gescannt. Sein Ziel war es, in den Scans die architektonischen Strukturen, die Statik und das genaue Vorgehen der Baumeister zu ergründen. In der fünftägigen Messkampagne kamen über eine Milliarde Datenpunkte zusammen: Die Grundlage für ein präzises 3D-Modell der unversehrten Kirche. Tallon verknüpfte die Lasermessdaten mit Referenzmesspunkten und Fotografien der gescannten Bereiche. So ergibt sich aus seinen Scans eine realistische farbgetreue Grundlage für die Rekonstruktion der abgebrannten Kirche. Neben Notre-Dame schuf der Forscher solche digitalen 3D-Modell von diversen gotischen Bauwerken – stets auf der Suche nach Geheimnissen ihrer Baugeschichte, Bauabläufe und jener Verformungen und Setzbewegungen, mit denen die Baumeister während der jahrzehntelangen Bauphasen umgehen mussten.

3D-Scans der abgebrannten Kirche unterstützen Schadensanalyse

Auch in den Tagen nach dem verheerenden Brand waren 3D-Laserscanner im Einsatz. Experten des französischen Unternehmens Art Graphique et Patrimoine (AGP), die in der Vergangenheit mit Andrew Tallon kooperiert hatten, rückten mit FARO Focus Laserscannern an, um Notre-Dame zu vermessen. Die Daten wird das Team mit den Referenzdaten abgleichen, um das ganze Ausmaß der Schäden zu untersuchen und ein so genanntes Building Information Model (BIM) für die Kathedrale zu erstellen. Immer öfter arbeitet die Bauwirtschaft bei Gebäude- und Infrastrukturprojekten modellbasiert, um die Bauarbeiten simulieren zu können. BIM helfen, Risiken und Fehler zu minimieren und die Bauplanung zu optimieren. Zudem dienen BIM als verbindliches Planwerk für alle beteiligten Gewerke: Ein digitaler Zwilling, in dem jede bauliche Veränderung dokumentiert wird.

Gerade bei Bestandsbauten liefern 3D-Laserscans die Basis für solche BIM. Im Fall der abgebrannten Pariser Kathedrale hat die berührungslose Laser-Vermessung einen weiteren entscheidenden Vorteil. Die Spezialisten konnten sie innerhalb eines Tages ohne riskante Begehung der einsturzgefährdeten Gemäuer durchführen. Bei der Sofortmaßnahme erstellte AGP über 300 Farbscans mit annährend 40 Milliarden Datenpunkten. Zur Ergänzung ließ das Team eine Drohne starten, die photogrammetrische Bilddaten der Kathedrale lieferte. AGP und FARO kommt nun zugute, dass sie über das Projekt mit Tallon hinaus zahlreiche Messreihen in Notre-Dame durchgeführt haben. Dadurch verfügen sie über hochgenaue Modelle der am stärksten in Mitleidenschaft gezogenen Bereiche der Kirche. So liegen nach ihren Angaben Scans des zerstörten Holzgebälks vor, die allein bis zu 5 Milliarden Datenpunkte enthalten – oft mehrere Dots pro Quadratmillimeter.

Auch Kölner Dom mit Hightech-Scanner dokumentiert

Noch bemängeln Experten, dass die Genauigkeit der BIM-Modellierungstools nicht für die organischen Verformungen sakraler Bauten genügt. Wohl auch deshalb beginnt die systematische Dokumentation von Baudenkmälern mit Laserscannern gerade erst. Doch es gibt entsprechende Ansätze. So erstellte die Dombauhütte zu Köln 2016 mit der FH Fresenius Köln, der Heriot-Watt University Edinburgh und dem Laserscanner-Hersteller Zoller+Fröhlich ein digitales 3D-Modell des Kölner Doms. In insgesamt 225 Arbeitsstunden, in denen Sportkletterer 3D-Scanner auch auf die Domtürme beförderten, um von dort aus zu messen, kamen 635 Scans mit zwei Terabytes Datenumfang zusammen. Im Einsatz war ein Z+F IMAGER® 5010X, der berührungslos über eine Million Punkte pro Sekunde misst und auf bis zu 187 Meter Abstand Messgenauigkeiten im Submillimeterbereich erzielt. Der Laserscanner ermittelt mit Sensoren seine exakte Position und übermittelt diese mit den Scandaten an eine Software, die daraus automatisiert eine 3D-Abbildung des gescannten Objekts erstellt. Während der Scans werden die Daten zudem auf ihre Vollständigkeit hin geprüft, um etwaige Lücken sofort schließen zu können.

Die millimetergenaue Komplett-Dokumentation von innen und außen wird der Dombauhütte als Basis für Restaurierungsarbeiten dienen und es deren Experten erleichtern, witterungs- und altersbedingt auftretende Schäden zu bewerten und reparieren. Zudem liegt nun auch für den Dom ein kompletter Referenzdatensatz vor. Im Abgleich daran können die Spezialisten der Dombauhütte künftig genau nachvollziehen, wie sich die Bausubstanz verändert. Ihre Vorteile – so viel steht fest – spielen die Laserscans nicht erst im Katastrophenfall aus.

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