Reality Capture hilft dabei, eine erdbebengeschädigte Burg aufzubauen

Das Wichtigste auf einen Blick

Für die Beurteilung des Schadensausmaßes der Burg Kumamoto und zur Unterstützung des Restaurierungsprozesses setzt KKE auf die mobilen Laserscanner von NavVis.
Mit Hilfe der mobilen Mappingtechnologien von NavVis konnte das Unternehmen den Ist-Zustand der Burg erfassen und die Daten später in Form von hochwertigen Punktwolken und 3D-Panoramabilder visualisieren.
Anstatt umfangreiche Fotosammlungen durchsuchen zu müssen, konnte KKE mit Hilfe der NavVis-Software relevante Informationen wie Zeichnungen und Fotos mit Points of Interest (POI) verbinden, die mit Geotags versehen wurden.
An zwei Tagen wurden mit Hilfe des NavVis VLX insgesamt 10.800 Quadratmeter gescannt, sowohl innerhalb als auch außerhalb des Bergfrieds.
Für Junichi Tashiro haben sich dadurch sogar noch weitere Anwendungsmöglichkeiten für die Technologien von NavVis ergeben.

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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, erschütterte zahlreiche Häuser und Gebäude.

Die Erdbeben hatten auch eines der schönsten Bauten Japans erfasst: die 1960 wiederaufgebaute Burg Kumamoto, die als eine der bedeutendsten Burgen Japans gilt.

Während die Burg selbst das Erdbeben weitgehend unbeschadet überstand, stellte man später fest, dass zwei der Bergfriede der Burg teilweise eingestürzt waren. An anderer Stelle waren Teile der Außenmauern am Fuße des Bergfrieds in sich zusammen gefallen. Durch das Erdbeben hatten sich zudem zahlreiche Dachziegel gelöst und waren zu Boden gestürzt.

Kurz nach dem Erdbeben beauftragte die Stadt das Ingenieurbüro Kozo Keikaku Engineering Inc. (KKE ) damit, das Ausmaß der Schäden festzustellen. Für KKE war dieses Projekt auch von historischer Bedeutung, da das Unternehmen die ursprüngliche Restaurierung des Bergfrieds im Jahr 1960 übernommen hatte - ein Projekt, das vom verstorbenen Gründer von KKE, Dr. Makoto Hattori, persönlich betreut wurde.

Für eine erfolgreiche Restaurierung braucht es mehr als Fotos

Der erste Schritt im Rahmen von Restaurierungs- und Instandsetzungsmaßnahmen sei die Standortdokumentation, so Koichi Kakuta, Vertriebs- und Marketingbeauftragter von KKE. Wenn es sich jedoch um ein historisches Gebäude handle, so sei das jedoch keine leichte Aufgabe.

„In Japan kommt es häufig zu Naturkatastrophen wie Erdbeben, Tsunamis, Taifunen und Erdrutschen, und auch historische Gebäude kommen dabei zu Schaden. Das Problem ist, dass es für historische Gebäude oft keine BIM- oder CAD-Daten oder Zeichnungen gibt, 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.

Das Ingenieursteam vor Ort machte zwar bei jedem Besuch vor Ort zahlreiche Fotos von den Schäden im Inneren des Schlosses, doch bei der Überprüfung im Büro mussten sie leider feststellen, dass die Aufnahmen zum Teil lückenhaft waren. Für Junichi Tashiro (Chief Examiner, Kumamoto Castle General Office) wurde schnell klar, dass Fotos als Restaurierungsgrundlage nicht ausreichen würden.

„Unmittelbar nach der Katastrophe bin ich mehrmals täglich zur Burg gefahren, um mit meiner Kamera Bilder von den Schäden im Schlossturm zu machen. Es gab jedoch viele Details, die ich einfach nicht erfassen konnte.“

Neue Perspektiven dank mobile mapping

Nach ersten Einschätzungen zum Ausmaß der Schäden war den Experten und Expertinnen von KKE klar, dass ein anderer Ansatz her musste. Sofort wurde die NavVis-Technologie für die weitere Schadensbewertung vorgeschlagen. Das Team war fest davon überzeugt, dass mit Hilfe der mobilen Mappingtechnologie die Restaurierung gelingen könnte. Mit dem 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 zwei Scans mit einem mobilen Mapper von NavVis durch und nutze und teilte die Ergebnisse über NavVis IndoorViewer (heute bekannt als NavVis IVION). Der erste Scan wurde im September 2016 durchgeführt, um die Schäden vor Ort zu dokumentieren, noch bevor mit der Beseitigung von Geröll und Schutt begonnen wurde. Diese erste Momentaufnahme diente dem Team zur Planung eines Teils der Abbrucharbeiten im Inneren. Im April 2017, als der Innenabriss begann, kehrte KKE erneut mit einem mobilen Mappingsystem von NavVis zurück, um einen weiteren Scan durchzuführen.

Die Scandaten konnten dabei viel mehr Informationen und Einblicke liefern als Fotos allein.

In diesem Stadium der Restaurierung des Bergfrieds konnte das Team das Burginnere überprüfen und dank der NavVis-Software mit dem ursprünglichen Zustand vergleichen.

Anstatt umfangreiche Fotosammlungen durchsuchen zu müssen, konnte KKE mit Hilfe der NavVis-Software relevante Informationen wie Zeichnungen und Fotos mit Points of Interest (POI) verbinden, die mit Geotags versehen wurden. Der Scan der Burg in Verbindung mit den POIs erlaubt es dem Ingenieursteam sowie allen anderen Beteiligten, sich ein klares Bild über den Stand der Restaurierung zu verschaffen. Diese Möglichkeit, die verschiedenen Stadien des Projektes vergleichen zu können, war entscheidend für die Fortschrittsprüfung des Projekts.

Nach den ersten Arbeiten zur Beseitigung der Trümmer wurde ein Restaurierungsplan für die Burgruine erstellt. In Hinblick auf das Ausmaß der Schäden wurde die Wiedereröffnung des Bergfrieds für das Jahr 2021 angesetzt, während für das Ende der Restaurierungsarbeiten der Burg derzeit für das Jahr 2038 anvisiert wird.

Mehr Flexibilität mit dem NavVis VLX

Wie geplant kehrte das KKE-Team im April 2021 - fast auf den Tag genau fünf Jahre nach dem verhängnisvollen Erdbeben - noch einmal für einen umfassenden Scan zurück, diesmal bewaffnet mit NavVis VLX, einem mobilen Laserscanner, der auf den Schultern getragen wird.

Das Team, dessen letzter Besuch schon einige Zeit zurücklag, war erstaunt, wie schön die Steinmauern des Bergfrieds restauriert worden waren, und führte rasch einen vollständigen Scan mit NavVis VLX durch. An zwei Tagen wurden insgesamt 10.800 Quadratmeter gescannt, sowohl innerhalb als auch außerhalb des Bergfrieds.

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

„Wir konnten Außen- und Innentreppen sowie schmale Bereiche im Hinterhof ausmessen. Insgesamt haben die Messungen im Innen- und Außenbereich nur zwei Tage in Anspruch genommen. Außerdem hatte der Transportkoffer die passende Größe, um ihn bei Flugreisen als Reisegepäck aufzugeben.“

Im Vergleich zu vorherigen Scans bot der NavVis VLX zusätzliche Flexibilität, da er freihändig benutzt werden kann und im Gegensatz zum NavVis M6 keinen Kontakt mit dem Boden hat. Dadurch könne man sich beim Scannen im Gelände einfacher bewegen, so Eiji Miyagaki, der bei KKE für die Messungen zuständig war.

„Im schwülen japanischen Frühsommer zu arbeiten, war ziemlich anstrengend. Wenn ich zu dem Zeitpunkt [der ersten Scans] einen NavVis VLX gehabt hätte, hätte ich allein arbeiten und Scans in viel höherer Qualität und kürzerer Zeit durchführen können“, sagte Miyagaki.

Digitale Zwillinge bringen einen echten Mehrwert

Bei Neubauten oder sogar bei bestehenden Strukturen ist es kein Problem, eine Besichtigung vor Ort durchzuführen - aber in so komplexen Situationen wie in diesem Fallbeispiel ist das nicht immer möglich. Kritische Bereiche eines Gebäudes zu dokumentieren ist nicht nur zeit- und kostenintensiv, sondern kann auch gewisse Sicherheitsrisiken bergen. Darüber hinaus ist es oft schwierig, Bereiche zu überprüfen, für die es keine entsprechenden Fotos oder Zeichnungen gibt, bzw. das richtige Foto zu finden. Ein digitaler Zwilling in Form eines virtuellen 3D-Modells jedoch kann Besuche vor Ort komplett überflüssig machen und dabei helfen, das Bildmaterial in eine Darstellung zu bringen, die ein besseres Verständnis des Gebäudes erlaubt.

Die Daten, die mit dem mobilen Laserscanner von NavVis erfasst wurden, dienten später als Grundlage für die Erstellung der Schadensberichte. Vor allem ein digitaler Zwilling des Bergfrieds vor dem Erdbeben von 2016 hätte die Restaurierung deutlich effizienter gemacht, so Herr Kakuta (KKE).

„Mit dem NavVis VLX ist es möglich, Innen- und Außenbereiche großer historischer Gebäude schnell zu erfassen. Durch die visuelle Darstellung der gewonnenen Daten im NavVis IndoorViewer kann man sich einen besseren räumlichen Überblick verschaffen. “

„Außerdem lassen sich Materialien und Farben mit Panoramafotos überprüfen und Daten können jederzeit und von überall aus geteilt und genutzt werden. Und nicht zuletzt kann durch innovative neue Funktionen in NavVis IVION wie die Multi-Site- und Cloud-Processing-Option die Effizienz dieser Aufgaben um ein Vielfaches gesteigert werden.“

Für Junichi Tashiro haben sich dadurch sogar noch weitere Anwendungsmöglichkeiten für die Technologien von NavVis ergeben:

„Wir hoffen, dass die Technologie von NavVis in Zukunft nicht nur für die Restaurierung der Burg Kumamoto, sondern auch für andere wichtige Kulturgüter in der Präfektur Kumamoto und im ganzen Land eingesetzt werden kann. Wenn wir damit im Bereich Restaurierung und Instandhaltung mehr Erfahrung sammeln können, werden wir in Zukunft solche Projekte schneller und günstiger durchführen können“, so Herr Tashiro.

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Reality Capture hilft dabei, eine erdbebengeschädigte Burg wieder aufzubauen

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