For an earthquake-damaged castle, reality capture helps reconstruction

Das Wichtigste auf einen Blick

KKE verwendet NavVis Reality Capture Technologie zur Bewertung der Schäden am Schloss Kumamoto und zur Unterstützung des Wiederaufbauprozesses.
Mit NavVis mobiles Mapping Systemen konnte KKE den Ist-Zustand als hochwertige Punktwolken und 3D-Panoramabilder visualisieren.
NavVis Die Visualisierungssoftware ermöglichte es KKE, relevante Informationen, wie Zeichnungen und Fotos, mit einem Geo-Tag zu versehen Point of Interest (POI) (POI).
Bei der jüngsten Scan-Session mit NavVis VLXwurden an zwei Tagen 10.800 Quadratmeter erfasst, wobei sowohl Bereiche innerhalb des Bergfrieds als auch der äußere Umfang des Bergfrieds einbezogen wurden.
Für den Chief Examiner von Schloss Kumamoto ist dieses neue Verfahren ein Ansporn, noch mehr Anwendungen für NavVis Reality Capture Lösungen zu finden.

Eine Welle der Verwüstung

In den frühen Morgenstunden des 16. April 2016 begann der Boden in der Präfektur Kumamoto zu beben. Eine Reihe von Erdbeben, die in den kommenden Tagen eine Stärke von bis zu 7,0 erreichten, zerstörten Häuser und Gebäude, während sie die Erde erschütterten.

Als die Erschütterungen nachließen, wurde festgestellt, dass eines der schönsten Gebäude Japans von der Welle der Verwüstung erfasst worden war. Das 1960 wiederaufgebaute Schloss Kumamoto, das als eines der besten Schlösser Japans gilt, hatte schwere Schäden erlitten.

Während die Burg selbst den größten Teil des Erdbebens mit geringen strukturellen Schäden überstand, wurde bald festgestellt, dass zwei der Bergfrieds der Burg teilweise eingestürzt waren. An anderer Stelle waren mehrere Außenmauern am Fuße des Bergfrieds eingestürzt, und eine große Menge an Dachziegeln hatte sich gelöst und war auf den Boden gestürzt.

Kurz nach dem Erdbeben beauftragte die Stadt das Ingenieurbüro Kozo Keikaku Engineering Inc. (KKE ) mit der Begutachtung der Schäden. Für KKE war dieses Projekt auch von historischer Bedeutung, denn das Unternehmen hatte die ursprüngliche Restaurierung des Bergfrieds übernommen, als dieser 1960 wieder aufgebaut wurde - ein Projekt, das vom verstorbenen Gründer von KKE, Dr. Makoto Hattori, persönlich überwacht wurde.

Für eine erfolgreiche Restaurierung braucht es mehr als Fotos

Der erste Schritt zur Restaurierung und Instandsetzung ist die Standortdokumentation, die jedoch ein großes Hindernis darstellen kann, wenn es sich um historische Gebäude handelt, sagt Koichi Kakuta, Vertriebs- und Marketingbeauftragter von KKE.

"In Japan kommt es häufig zu verschiedenen Naturkatastrophen wie Erdbeben, Tsunamis, Taifunen und Erdrutschen, bei denen auch historische Gebäude beschädigt werden können. Beschädigte historische Gebäude verfügen möglicherweise nicht über BIM, CAD Daten oder sogar Papierzeichnungen, und es kann sehr viel Zeit in Anspruch nehmen, sie zu restaurieren."

"Eine Bewertung und Dokumentation des Zustands der Burg war aufgrund der schieren Größe des Geländes sowie der Tatsache, dass viele beschädigte Bereiche nicht zugänglich waren, eine besondere Herausforderung."

Zwar machten die Ingenieure bei jedem Besuch vor Ort zahlreiche Fotos von den Schäden im Inneren der Burg, doch bei der Überprüfung im Büro stellten sie fest, dass die Aufnahmen manchmal lückenhaft waren. Für Junichi Tashiro, den leitenden Prüfer des Generalamts für das Schloss Kumamoto, war bald klar, dass Kameras nicht ausreichen würden.

"Unmittelbar nach der Katastrophe bin ich mehrmals täglich zwischen dem Büro und der Baustelle hin- und hergefahren, um mit meiner Kamera die Schäden im Inneren des Schlossturms zu fotografieren. Es gab jedoch viele Details, die ich nicht einfangen konnte.

Neue Perspektiven dank mobile mapping

Nachdem die ersten Bewertungen das Ausmaß der Schäden gezeigt hatten, wussten die Experten von KKE, dass ein anderer Ansatz erforderlich war, und schlugen sofort den Einsatz von NavVis Reality Capture Technologie für die Schadensbewertung vor. Außerdem glaubte das Team, dass die Technologie auch bei der Restaurierung einen wesentlichen Unterschied machen könnte. Mit einem 360-Grad-Scanner konnte KKE nun die Schäden im Inneren des Bergfrieds erfassen und die Informationen als 3D-Panoramabilder und Punktwolken visualisieren.

Das Team von KKE führte ein Paar Scans mit NavVis mobiles Mapping Hardware durch und betrachtete und teilte die Ergebnisse über NavVis IndoorViewer (heute bekannt als NavVis IVION). Der erste Scanversuch fand im September 2016 statt und dokumentierte die Schäden vor Ort, bevor die Wartungsteams mit den Beseitigungsarbeiten begannen. Diese erste Momentaufnahme diente der Planung eines Teils der Abbrucharbeiten im Inneren. Im April 2017, als die Abrissarbeiten im Inneren des Gebäudes ernsthaft begannen, kehrte KKE erneut mit einem NavVis mobilen Scannersystem zurück, um einen weiteren Schnappschuss zu machen.

Bei der Betrachtung der Scans konnte Herr Tashiro mehr sehen, als die Fotos allein bieten konnten.

In diesem Stadium der Restaurierung des Bergfrieds konnte das Team das Innere überprüfen und mit dem ursprünglichen Zustand vergleichen. NavVis Software überprüfen und mit dem ursprünglichen Zustand vergleichen - ohne eine Vielzahl von Fotos sortieren zu müssen.

Anstatt Zeit für die Suche in einer umfangreichen Fotodokumentation aufzuwenden, NavVis Visualisierungssoftware half KKE dabei, relevante Informationen wie Zeichnungen und Fotos mit einem Geo-Tag zu versehen: Point of Interest (POI) (POI). Der Standort-Scan und die POIs ergeben zusammen ein klares Bild, das sowohl für das Ingenieurteam als auch für andere Beteiligte verständlich war. Diese Möglichkeit, die Vergangenheit mit der Gegenwart zu vergleichen, war für die Überwachung des Projekts von entscheidender Bedeutung.

Nach den ersten Arbeiten zur Beseitigung der erdbebenbedingten Trümmer stellten Vertreter von Kumamoto einen Restaurierungsplan für den Bergfried der Burg auf. Aufgrund des Ausmaßes der Schäden wurde die Wiedereröffnung des Bergfrieds für das Jahr 2021 angesetzt, die vollständige Restaurierung der Burg wird derzeit für das Jahr 2038 geplant.

Mehr Flexibilität mit dem NavVis VLX

Wie geplant kehrten die Mitglieder des KKE-Scanteams im April dieses Jahres - fast auf den Tag genau fünf Jahre nach dem schicksalhaften Erdbeben - für einen umfassenden Scan zurück, diesmal bewaffnet mit NavVis VLXeinem schultergetragenen mobiles Mapping System.

Das Team, das die Baustelle schon lange nicht mehr gesehen hatte, war erstaunt, wie schön die Steinmauern des Bergfrieds restauriert worden waren, und führte rasch einen vollständigen Scan durch. NavVis VLX. Im Laufe von zwei Tagen wurden insgesamt 10 800 Quadratmeter erfasst, die sowohl Bereiche innerhalb des Bergfrieds als auch den äußeren Umfang des Bergfrieds umfassten.

"Was Herrn Kakuta besonders an dem NavVis VLX auffiel, war wie einfach und flexibel damit gescannt werden konnte:"

"Wir waren in der Lage, Außen- und Innentreppen sowie schmale Bereiche im Hinterhof zu messen. Es dauerte nur zwei Tage, um die Messungen im Innen- und Außenbereich abzuschließen. Außerdem hatte der Koffer nur die Größe eines Koffers, so dass er mit dem Flugzeug transportiert werden konnte.

Im Vergleich zu den vorherigen Scans, NavVis VLX bot die zusätzliche Vielseitigkeit, dass er freihändig benutzt werden konnte und sich aufgrund des Fehlens von Rädern viel leichter im Schloss bewegen ließ, so Eiji Miyagaki, der bei KKE für die Messungen des Projekts verantwortlich war.

"Es war harte Arbeit in dem heißen und feuchten Frühsommer in Japan. Hätte ich einen NavVis VLX Wenn ich zum Zeitpunkt [der ersten Scans] einen Computer gehabt hätte, wäre ich in der Lage gewesen, allein zu gehen und die Scans in viel höherer Qualität und kürzerer Zeit anzufertigen", sagte Herr Miyagaki.

Digitale Zwillinge bringen einen echten Mehrwert

Bei Neubauten oder sogar bei bestehenden Gebäuden ist es einfach, eine Ortsbegehung durchzuführen - aber in so komplexen Situationen wie dieser ist das nicht immer eine Option. Die Dokumentation schwieriger Bereiche in einem Gebäude ist zeitaufwändig, kostet Personal und kann sogar Sicherheitsbedenken aufwerfen. Darüber hinaus kann es schwierig sein, Bereiche zu inspizieren, für die es keine entsprechenden Fotos oder Zeichnungen gibt, oder das richtige Foto zu finden. Die Erstellung eines 3D-Datensatzes digitaler Zwilling kann jedoch wiederholte Besuche vor Ort überflüssig machen und für ein besseres Verständnis eine umfassendere Darstellung ermöglichen.

In der Tat haben die mit dem System erfassten Daten NavVis mobiles Mapping System erfassten Daten halfen bei der Zusammenstellung der Schadensberichte. Vor allem hätte eine digitaler Zwilling des Bergfrieds vor dem Erdbeben 2016 die Restaurierung effizienter machen können, meinte Herr Kakuta (KKE).

"Mit NavVis VLXist es möglich, Innen- und Außenflächen großer historischer Gebäude schnell zu vermessen, und durch die Anzeige der gewonnenen Daten in NavVis IndoorViewer ist es möglich, 3D-Formen mit Punktwolken zu verstehen und Materialien und Farben im Detail mit Panoramafotos zu überprüfen und Daten jederzeit und überall zu teilen, anzuweisen und zu melden."

"Und mit NavVis IVIONkönnen innovative neue Funktionen wie Multi-Site- und Cloud-Verarbeitung die Effizienz dieser Kartierungs- und Darstellungsaufgaben um ein Vielfaches steigern."

Für den Chief Examiner von Schloss Kumamoto hat dieses neue Verfahren dazu geführt, dass er noch mehr Anwendungen für NavVis Reality Capture.

"Wir hoffen, dass das Geld in Zukunft NavVis nicht nur für die Restaurierung der Burg Kumamoto, sondern auch für andere wichtige Kulturgüter in der Präfektur Kumamoto und im ganzen Land verwendet werden kann. Wenn wir die Geschichte der Restaurierung und des Wartungsmanagements sammeln können, werden wir effizienter sein, was zu einer längeren Lebensdauer und einer Kostenreduzierung führen wird", sagte Herr Tashiro.

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"Mit Hilfe der mobilen Mappingtechnologien von NavVis gelingt es Kozo Keikaku Engineering (KKE), die erdbebengeschädigte Burg Kumamoto für Restaurierungszwecke zu scannen."

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