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Byggbranschen är inne i en övergångsfas mellan 2D och 3D. BIM, som arbetsmetod, och 3D-modeller blir allt vanligare. I broprojekt är dock efterfrågan på dessa modeller låg. På WSP i Stockholm används 3D-modelleringprogrammet Tekla Structures i stor utsträckning på flera avdelningar. Önskemål finns om att utöka användningen av programmet även inom broprojektering. För att det ska bli möjligt krävs en större efterfrågan hos företagets kunder. Detta examensarbete har till syfte att ur kundens synvinkel utvärdera Tekla Structures som verktyg samt vilken nytta kunden har av Tekla-modeller. För att kunna belysa ämnet ur detta perspektiv har intervjuer gjorts med olika kunder till WSP. Deras behov och syn på BIM och Tekla Structures i brosammanhang har kartlagts och analyserats. Aspekter som kunden lyft fram i intervjuerna har fungerat som plattform för analys av en 3D-modell som konstruerats med hjälp av Tekla Structures samt två redan projekterade broar, modellerade i samma program. Analysen visar att kundnyttan av att använda Tekla-modeller i broprojekt är stor men för att möjliggöra hantering av modellerna krävs stora insatser. Utvärdering av programvaran visar även dess starka respektive svaga sidor. Resultatet av arbetet redovisas i rapportens följande sidor. / The building industry is going trough a transitional stage, from 2D to 3D. BIM, as a working method, and 3D models are becoming more common. In bridge project however, the demand for 3D models is low. At WSP in Stockholm the 3D modelling program Tekla Structures is widely used in several departments. There is a desire to expand the usage of the program also when it comes to bridge planning. To make that possible a bigger request by the customers is required. The purpose of this thesis is to evaluate Tekla Structure as a tool from a customer perspective and to analyse the customer values by using Tekla models. To shed light on this issue interviews have been made with different customers of WSP. The customers’ needs and their reflections on BIM and Tekla Structures in bridge projects are mapped out and analysed. Aspects reached by the customers have served as a basis for analyse of a 3D model, built up in Tekla Structures, as well as two bridges – already modelled in the same program. The analysis shows that there is a big customer value by using Tekla models in bridge projects, but to enable management models great efforts are required. An evaluation of the software also shows both strengths and weaknesses. In the following pages the result is presented.

Die Digitalisierung im Bauwesen steht unter der großen Überschrift Building Information Modeling (BIM). Ziel ist es, Software-Unterstützung für den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerks zu schaffen, beginnend bei der Planung über die Bauausführung bis hin zu Bewirtschaftung und Rückbau. Im Ergebnis sollen alle Prozesse effektiver und effizienter gestaltet werden, um die Produktivität der Bauwirtschaft signifikant zu erhöhen. Hierbei sind die verschiedenen Software-Lösungen so ausgelegt, dass ein übergreifendes virtuelles Gesamtmodell entsteht, welches die Gebäudefunktion zum Planungszeitpunkt simuliert und zu optimieren erlaubt, die interdisziplinäre Zusammenarbeit fördert und die Kommunikation zwischen allen Beteiligten erleichtert. Die vielleicht wichtigste und am deutlichsten sichtbare Rolle spielt dabei, neben der Standardisierung der Datenformate, die Umstellung von 2D- auf 3D-Geometriemodelle. In dieser Arbeit wird beschrieben, welche Herausforderungen und Chancen bezüglich BIM für die Planung von Bahn-Bauwerken bestehen. Der spezifische Fokus liegt auf der Anwendung von 3D-CAD- und 3D-Laserscan-Modellen der zu erstellenden Anlagen.

Byggbranschen är en konservativ sektor där traditionella arbetssätt hindrar digitaliseringen från att nå sin fulla potential. BIM som står för building information modeling eller building information managment är det begreppet som står i fokus när digitaliseringen för byggprojekt diskuteras. Majoriteten av alla byggprojekt genomförs, trots fördelarna med BIM, fortfarande på ett mer eller mindre traditionellt sätt. I detta examensarbete undersöks CIK-projektet som står för Centrum för idrott och kultur i Knivsta. Projektet projekterades och framställdes med traditionella metoder. Utifrån personliga erfaranheter och flertalet personliga kommunikationer är det tydligt att kunskapsnivån kring den praktiska tillämpningen av BIM är väldigt låg i byggbranschen. Problematiken kring den låga kunskapsnivån för den praktiska tillämpningen leder till en underutvecklad digitalisering.  Syftet med detta examensarbete är att redogöra för hur CIK-projektet utfördes. Vidare undersöks det huruvida CIK-projektet hade kunnat projekteras med BIM som arbetssätt och vilka förändringar det skulle innebära för projektet. Metoden i arbetet har bestått av en litteraturstudie för att undersöka begreppet BIM och hur BIM tillämpas i byggprocessen. Därtill utfördes en litteraturstudie av Revit, BIMeye och StreamBIM som är BIM-verktygen som används i detta examensarbete. Vidare genomfördes en fallstudie av CIK-projektet där objektet beskrevs samt dokument och intervjuer analyserades. Slutligen utfördes ommodelleringar och observationer av CIK-projektet med BIM-verktygen som nämnts ovan. Resultatet påvisar inledningsvis hur de traditionella arbetsmetoderna genomfördes och därmed präglade CIK-projektet. Den uteblivna detaljerade kravställnigen från politikerna och beställarna resulterade i många oklarheter när den efterfrågade produkten skulle utformas. Arkitekterna använde sig av traditionella skissmetoder vid gestaltningen för att hitta lösningar på de efterfrågade behoven. Kalkyl och tidsplaneringen skapades samt justerades manuellt, vilket utfördes separerat från 3D-modellen. 3D-modellerna i CIK-projektet användes för visualiseringar och samordningar för kollisionskontroller. De kontrakterade handlingarna vid diverse leveranser var dock traditionella 2D-ritningar. Av dokumentanalysen kunde det konstateras att arkitekterna framställde över 300 ritningar och över 100 olika dörrar som presenterades på ett flertal olika ritningar. Revideringar under produktionen arbetades in i ritningarna och molnades därefter in för att markera ändringen. Därtill skapades det ett separat PM där revideringarna presenterades mer ingående. När byggnationen var färdigställd arbetades ytterligare korrigeringar in i handlingarna av konsulterna. Utvalda handlingar i samråd med beställarna stämplades sedan om till relationshandlingar och levererades som PDF-filer till förvaltarna. Vidare visar resultatet hur CIK-projektet med en BIM-tillämpning hade kunnat utföras. CIK med BIM innebär att det tillkommer minst två nya roller, en BIM-strateg och en BIM-samordnare. Vid projektstart skapar BIM-strategen tillsammans med beställarna en kravspecifikation i form av en BIM-manual för att beskriva standarder, leverensspecifikationer, kommunikationsmetoder med mera. Därtill ska det bland annat framgå hur den kommande modellen skall berikas med information samt vilka BIM-verktyg som skall användas. Den ansvariga BIM-samordnaren har sedan som arbetsuppgift att de ställda kraven för BIM-projektet efterföljs. Under gestaltningen ska beräkningskrafterna från parametrisk och generativ design användas för att hitta olika lösningar på krav. Därtill ska simulationer och analyser användas under projektets gång för att ta hänsyn till och säkerställa att kraven och behoven uppnås. Kalkylen och tidplanen ska vara kopplade till BIM-modellen för att ständigt få korrekta och uppdaterade kostnader och tidsåtgångar. Med hjälp av molntjänster som exempelvis BIMeye kan all data och information från BIM-modellen hanteras och diverse rapporter av informationen exporteras av samtliga i projektet. Via exempelvis StreamBIM hämtar sedan produktionen all nödvändig information från BIM-modellen för att kunna framställa CIK utan traditionella ritningar. Viktiga detaljritningar och kompletterande handlingar som exempelvis dörrkortet som skribenterna skapade ska kopplas till objekten i StreamBIM. Under hela produktionen ska sedan BIM-modellen ständigt uppdateras för att kunna skapa en digital tvilling av den verkliga byggnaden som sedan överlämnas till beställarna för förvaltning. BIM-modellen används och berikas sedan under hela byggnadens livstid. Vidare fördes det diskussioner i anknytning till resultatet, därtill diskuterades även metod och begränsningar för arbetet. CIK-projektet är ett bevis på att det går att arbeta på ett traditionellt sätt och ändå kunna framställa bra byggnader. Däremot hade ett BIM-tillämpat arbetssätt kunnat skapa ett mervärde för beställarna genom att kvalitetssäkra hela arbetet från idé till förvaltning. För att en tillämpning av BIM ska verkställas krävs det dock tydliga och specificerade krav från beställarna. Skribenterna anser därför att nationella krav skulle påskynda digitaliseringen i byggbranschen. BIM motiverar sig själv eftersom ändringar blir mer kostsamma i senare skeden jämfört med tidigt i projekteringen. Därför borde det läggas ner mer tid och kostnader på att analysera och hantera bygginformation tidigt för att inte riskera att större kostnader tillkommer senare i projektet. Eftersom begreppet BIM är brett och uppfattningarna kan variera mellan aktörer i branschen försvårades inhämtningen av vetenskaplig litteratur. Däremot underlättades säkerställandet av källkritiken genom författarnas erfarenheter av projektering på arkitektsidan. De slutsatser som kan dras från detta examensarbete är att bygginformationshanteringen är en viktig aspekt att beakta under byggprocessen. För komplexa projekt som CIK hade BIM inneburit ett helt nytt sätt att hantera och centralisera informationen genom att knyta data till objekten i modellen. Poängen med BIM-projekt är att ständigt vända sig till modellen eller molntjänstens databas som i sin tur är kopplad till modellen för att hämta nödvändig information. Resultatet blir därför ett frigörande från de informationsöarna och dubbelarbete som bildades i CIK-projektet med en traditionell projektering. / Purpose: The purpose of this study is to describe how the CIK project was executed. Furthermore, it is investigated how the CIK project could have been designed with BIM as a working method and what changes it would entail for the project. Method: This study has consisted of a literature study of BIM and a case study of the CIK project. The case study included an object description as well as documents and interviews were analyzed. In addition, remodeling and observations of the CIK project were performed with BIM tools. Results: The results initially show how the traditional working methods were implemented in the CIK project. The initial lack of requirements created ambiguities. The architects used traditional sketching methods for the design. Calculation and scheduling were handled separately from the 3D model. The 3D models in the CIK project were used for visualizations and coordination. However, the contracted documents for various deliveries were traditional 2D drawings. The architects produced over 300 drawings and over 100 different doors that were presented on different drawings. At the end of the production, selected PDF-documents were re-stamped in consultation with the customers for the administration. Furthermore, the results show how the CIK project with a BIM application could have been carried out. Initially, a BIM manual is created by a BIM strategist to specify the requirements. During design, parametric and generative design are used to find different solutions to meet the requirements. The calculation and schedule must be linked to the BIM model. All information management takes place in cloud services such as BIMeye. Through StreamBIM, the production then retrieves all the necessary information from the BIM model. Additional detailed drawings should be linked to the objects in StreamBIM. During production, the BIM model is updated before the delivery to the customers. Conclusions: The conclusions that can be drawn from this study are that the information management is an important aspect to implement during the construction process. For the CIK project, BIM would mean a completely new way of managing and centralizing the information by linking data to the objects in the model. The point of BIM projects is to constantly turn to the model or database, which is linked to the model to retrieve the necessary information. The result is therefore a release from the information islands and duplication of work that is formed in a traditional design.

The Swedish Government has set a goal to reach net zero emissions of greenhouse gases by 2045, which together with the commissioning to the Swedish Housing Agency to prepare requirements for a climate declaration that shall reduce the climate impact from buildings, has enforce the AEC industry to provide solutions that help reach these targets. The introduction of the integration of BIM technologies, together with the LCA methodology has been suggested as a key solution to solve this problem. To achieve the results for this study, two main objectives were stablished. The first objective was to develop a BIM model in SMC able to produce automated climate calculations. The second objective was to perform interviews with relevant actors about this tool. The integration of those objectives helped to answer the research questions of this study. This study provides a way of performing automated climate calculations for construction projects using classification of materials in SMC and calculations in Excel. It also has the ability to perform data visualization of the carbon footprints of the complements in the 3D models of the project using the GWP of the chosen materials. It can be said that it is a great tool to introduce to decision-makers an easy way to identify the hotspots of carbon emissions and choose more sustainable alternatives. / Den Svenska Regeringen har fastställt ett mål att nå utsläppen av växthusgaser netto noll till 2045, som tillsammans med uppdraget till Boverket att förbereda krav på en klimatdeklaration som ska minska klimatpåverkan från byggnader har tvingat AEC-industrin att tillhandahålla lösningar som hjälper till att nå dessa mål. Införandet av integrationen av BIM-teknologier tillsammans med LCA-metoden har föreslagits som en nyckellösning för att lösa detta problem. För att uppnå resultaten för denna studie fastställdes två huvudmål. Det första målet var att utveckla en BIM-modell i SMC som kunde producera automatiserade klimatberäkningar. Det andra målet var att genomföra intervjuer med relevanta aktörer om detta verktyg. Integrationen av dessa mål hjälpte till att besvara forskningsfrågorna i denna studie. Denna studie ger ett sätt att utföra automatiserade klimatberäkningar för byggprojekt med klassificering av material i SMC och beräkningar i Excel. Det har också förmågan att utföra datavisualisering av kolavtryck av komplementen i projektets 3D-modeller med GWP för de valda materialen. Det kan sägas att det är ett bra verktyg att introducera för beslutsfattare ett enkelt sätt att identifiera de hotspots som koldioxidutsläpp och välja mer hållbara alternativ.

Die Digitalisierung im Bauwesen schreitet immer weiter voran und während in diesem Zusammenhang oftmals das Stichwort Building Information Modeling (BIM) fällt, entwickeln sich Disziplinen wie das Brandschutzingenieurwesen (BSI) unabhängig weiter. Das Brandschutzbüro Brandschutz Consult Ingenieurgesellschaft mbH Leipzig (BCL) verwendet das BSI, um ingenieurtechnische Verfahren heranzuziehen. BCL verfolgt als Unternehmensphilosophie das Ziel, mit neuen Methoden und Erkenntnissen ständig die eigenen Prozesse zu optimieren und zu erweitern. Unter diesem Gesichtspunkt soll in dieser Arbeit in Kooperation mit BCL untersucht werden, inwieweit sich die Ergebnisse aus einer Brandsimulation, darunter besonders der Rauch, in einer virtuellen Realität (engl. Virtual Reality (VR)) darstellen und in bestehende oder potenzielle Anwendungsfälle integrieren lassen. Dazu soll zunächst mit einer Betrachtung der brandschutztechnischen Grundlagen inklusive des BSIs und einer Analyse zum Stand des Brandschutzes in BIM begonnen werden. Im nächsten Schritt sind für die Brandsimulation bestimmte Fragen zu klären, wie z.B. eine entsprechende Berechnung technisch abläuft und welche Ausgabedaten und -formate eine solche Simulation bereitstellt. Zur Darstellung der Simulationsergebnisse in virtuellen Realitäten werden Grafik.Engines benötigt, die VR-Anwendungen ermöglichen. Wichtige Untersuchungsgegenstände sind z.B. die anwendbaren Programmier- und Skriptsprachen, mit deren Einsatz die Daten eingelesen und visualisiert werden können. Für die gefundenen Grafik-Engines wird dann recherchiert, ob es bereits bestehende Anwendungen oder Prozesse zur Darstellung von Brandsimulationen gibt. Ist dies der Fall, sollen deren Workflows untersucht werden, um anschließend ihre grundsätzliche Einsatzfähigkeit zu bewerten und Verbesserungsvorschläge zu äußern...:1. Prozesse im Brandschutz 1.1. Brandschutztechnische Grundlagen 1.2. Angewandte Ingenieurmethoden 1.3. Brandschutz mit Building Information Modeling 2. Ablauf einer Brandsimulation 2.1. Verfügbare Software 2.2. Aufbau einer FDS-Eingabedatei 2.3. Generieren von Simulationsdaten in FDS 2.4. Ausgabedaten und -formate 3. Software zur Darstellung in VR 3.1. Blender 3.2. Unity Engine 3.3. Unreal Engine 3.4. Vergleich der Engines 4. Visualisierung der Brandsimulation 4.1. Konzept der Datenübertragung 4.2. Bestehende Workflows für VR-Programme 4.3. Versuchsdurchführung 4.4. Auswertung der Versuche 5. Anwendungsfälle und Optimierungspotenzial 5.1. Potenzielle Einsatzmöglichkeiten 5.2. Optimierungspotenzial 6. Fazit A. Beispielmodell Blender B. Beispielmodell VRSmokeVis C. Prüfmodell Abkürzungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Literaturverzeichnis / Digitization in the construction industry is progressing and while the keyword Building Information Modeling (BIM) is frequently mentioned, disciplines like the fire safety engineering are also evolving independently. The fire protection office Brandschutz Consult Ingenieurgesellschaft mbH Leipzig (BCL)) uses fire safety engineering for including engineering procedures. As a corporate philosophy BCL pursues the goal of constantly optimizing and expanding its own processes with new methods and scientific findings. From this point of view, in cooperation with BCL, this master thesis will examine to which extent it is possible to visualize the results of a fire simulation, in particular including the smoke, in Virtual Reality (VR) and to integrate them into existing or evolving applications. For this purpose, a consideration of the fire protection basics including fire protection engineering and an analysis of the status of fire protection in BIM has been started. In the next step the fire simulation must be investigated, i.e. how the corresponding calculation technically works and which output data and formats such a simulation provides. Graphic engines that enable VR applications are required to display the simulation results in VR. Important objects of investigation are e.g. the applicable programming and scripting languages. Those scripting languages are used to import and visualize the data. For the graphic engines found, research is initiated to determine whether there are already existing applications or processes for displaying fire simulations. If this is the case these workflows should be examined in order to subsequently evaluate their fundamental usability and to express suggestions for improvement. If possible, some of the optimizations should be carried out. Based on the existing processes in fire protection helpful application options are derived, for which the use must be proven in future projects.:1. Prozesse im Brandschutz 1.1. Brandschutztechnische Grundlagen 1.2. Angewandte Ingenieurmethoden 1.3. Brandschutz mit Building Information Modeling 2. Ablauf einer Brandsimulation 2.1. Verfügbare Software 2.2. Aufbau einer FDS-Eingabedatei 2.3. Generieren von Simulationsdaten in FDS 2.4. Ausgabedaten und -formate 3. Software zur Darstellung in VR 3.1. Blender 3.2. Unity Engine 3.3. Unreal Engine 3.4. Vergleich der Engines 4. Visualisierung der Brandsimulation 4.1. Konzept der Datenübertragung 4.2. Bestehende Workflows für VR-Programme 4.3. Versuchsdurchführung 4.4. Auswertung der Versuche 5. Anwendungsfälle und Optimierungspotenzial 5.1. Potenzielle Einsatzmöglichkeiten 5.2. Optimierungspotenzial 6. Fazit A. Beispielmodell Blender B. Beispielmodell VRSmokeVis C. Prüfmodell Abkürzungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Literaturverzeichnis

Aufgrund der weiter fortschreitenden Digitalisierung verändern sich die seit langer Zeit etablierten Prozesse im Bauwesen. Dies zeigt sich zum Beispiel in der stetig steigenden Bedeutung des Building Information Modelings (BIM). Eine der wesentlichen Grundideen von BIM besteht darin, das zentrale Modell über den gesamten Lebenszyklus des Bauwerks zu verwenden. Das digitale Bauwerksmodell stellt somit eine der zentralen Komponenten der BIM-Methode dar. Neben den rein geometrischen Ausprägungen des Bauwerks werden im Modell auch eine Vielzahl an semantischen Informationen vorgehalten. Da insbesondere bei größeren Bauwerken ein fortlaufender Veränderungsprozess stattfindet, muss das Modell entsprechend aktualisiert werden, um dem tatsächlichen Istzustand zu entsprechen. Diese Aktualisierung betrifft nicht nur Veränderungen in der Geometrie, sondern auch in den verknüpften Sachdaten. Bezüglich der Aktualisierung des Modells kann die Photogrammetrie mit ihren modernen Messverfahren wie zum Beispiel Structure-from-Motion (SfM) und daraus abgeleiteten Punktwolken einen wesentlichen Beitrag zur Datenerfassung des aktuellen Zustands leisten. Für die erfolgreiche Verknüpfung des photogrammetrisch erfassten Istzustands mit dem durch das Modell definierten Sollzustand müssen beide Datentöpfe in einem gemeinsamen Koordinatensystem vorliegen. In der Regel werden zur Registrierung photogrammetrischer Produkte im Bauwerkskoordinatensystem definierte Passpunkte verwendet. Der Registrierprozess über Passpunkte ist jedoch mit einem erheblichen manuellen Aufwand verbunden. Um den Aufwand der Registrierung möglichst gering zu halten, wurde daher in dieser Arbeit ein Konzept entwickelt, das es ermöglicht, kleinräumige Bildverbände und Punktwolken automatisiert mit einem digitalen Bauwerksmodell zu koregistrieren. Das Verfahren nutzt dabei geometrische Beziehungen zwischen aus den Bildern extrahierten 3D-Liniensegmenten und Begrenzungsflächen, die aus dem digitalen Bauwerksmodell gewonnen werden. Die aufgenommenen Bilder des Objektes dienen zu Beginn als Grundlage für die Extraktion von zweidimensionalen Linienstrukturen. Auf Basis eines über SfM durchgeführten Orientierungsprozesses können diese zweidimensionalen Kanten zu einer Rekonstruktion in Form von 3D-Liniensegmenten weiterverarbeitet werden. Die weiterhin benötigten Begrenzungsflächen werden aus einem mit Hilfe der Industry Foundation Classes (IFC) definierten BIM-Modell gewonnen. Das entwickelte Verfahren nutzt dabei auch die von IFC bereitgestellten Möglichkeiten der räumlichen Aggregationshierarchien. Im Zentrum des neuen Koregistrieransatzes stehen zwei große Komponenten. Dies ist einerseits der mittels eines Gauß-Helmert-Modells umgesetze Ausgleichungsvorgang zur Transformationsparameterbestimmung und andererseits der im Vorfeld der Ausgleichung angewandten Matching-Algorithmus zur automatischen Erstellung von Korrespondenzen zwischen den 3D-Liniensegmenten und den Begrenzungsflächen. Die so gebildeten Linien-Ebenen-Paare dienen dann als Beobachtung im Ausgleichungsprozess. Da während der Parameterschätzung eine durchgängige Betrachtung der stochastischen Informationen der Beobachtungen erfolgt, ist am Ende des Registrierprozesses eine Qualitätsaussage zu den berechneten Transformationsparametern möglich. Die Validierung des entwickelten Verfahrens erfolgt an zwei Datensätzen. Der Datensatz M24 diente dabei zum Nachweis der Funktionsfähigkeit unter Laborbedingungen. Über den Datensatz Eibenstock konnte zudem nachgewiesen werden, dass das Verfahren auch in praxisnahen Umgebungen auf einer realen Baustelle zum Einsatz kommen kann. Für beide Fälle konnte eine gute Registriergenauigkeit im Bereich weniger Zentimeter nachgewiesen werden.:Kurzfassung 3 Abstract 4 1. Einleitung 7 1.1. Photogrammetrie und BIM 7 1.2. Anwendungsbezug und Problemstellung 7 1.3. Zielsetzung und Forschungsfragen 9 1.4. Aufbau der Arbeit 10 2. Grundlagen 12 2.1. Photogrammetrie 12 2.1.1. Structure-from-Motion (SfM) 12 2.1.2. Räumliche Ähnlichkeitstransformation 14 2.2. Building Information Modeling (BIM) 16 2.2.1. Besonderheiten der geometrisch / topologischen Modellierung 18 2.2.2. Industry Foundation Classes (IFC) 19 2.3. Parameterschätzung und Statistik 21 2.3.1. Nicht lineares Gauß-Helmert-Modell mit Restriktionen 21 2.3.2. Random Sample Consensus (RANSAC) 23 2.3.3. Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise (DBSCAN) 24 3. Stand der Forschung 26 4. Automatische Koregistrierung von Bildverbänden 30 4.1. Überblick 30 4.2. Relative Orientierung des Bildverbandes und Extraktion der 3D-Liniensegmente 33 4.2.1. Line3D++ 33 4.2.2. Stochastische Informationen der 3D-Liniensegmente 36 4.3. Ebenenextraktion aus dem digitalen Gebäudemodell 37 4.4. Linien-Ebenen-Matching 42 4.4.1. Aufstellen von Ebenenhypothesen 42 4.4.2. Analyse und Clustern der Normalenvektorhypothesen 43 4.4.3. Erstellung von Minimalkonfigurationen 44 4.5. Berechnung von Näherungswerten für die Transformationsparameter 46 4.6. Implementiertes Ausgleichungsmodell 49 4.6.1. Funktionales Modell 49 4.6.2. Stochastisches Modell 50 4.7. Entscheidungskriterien der kombinatorischen Auswertung 51 5. Validierung der Methoden 56 5.1. Messung Seminarraum M24 HTW Dresden 56 5.1.1. Untersuchung des Einfluss der SfM2BIM -Programmparameter 59 5.1.2. Ergebnisse der Validierung 64 5.2. Messung LTV Eibenstock 71 6. Diskussion der Ergebnisse 81 6.1. Bewertung der erzielten Genauigkeit 81 6.2. Bewertung der Automatisierbarkeit 82 6.3. Bewertung der praktischen Anwendbarkeit 83 6.4. Beantwortung der Forschungsfragen 85 7. Zusammenfassung und Ausblick 88 Literaturverzeichnis 90 Abbildungsverzeichnis 94 Tabellenverzeichnis 96 A. Anhang 97 A.1. Systemarchitektur SfM2BIM 97 A.2. Untersuchung SfM2BIM Parameter 97 / Due to the ongoing digitalization, traditional and well-established processes in the construction industry face lasting transformations. The rising significance of Building Information Modeling (BIM) can be seen as an example for this development. One of the core principles of BIM is the usage of the model throughout the entire life cycle of the building. Therefore, the digital twin can be regarded as one of the central components of the BIM method. Besides of the pure geometry of the building the corresponding model also contains a huge amount of semantic data. Especially in large building complexes constant changes are taking place. Consequently, the model also has to be updated regularly in order to reflect the actual state. These actualizations include both changes in geometry and in the linked technical data. Photogrammetry with its modern measuring and reconstruction techniques like structure from motion can help to facilitate this update process. In order to establish a link between the photogrammetric recorded present state and the nominal state specified by the building model both datasets have to be available in a common reference frame. Usually ground control points are used for registering the photogrammetric results with the building coordinate system. However, using ground control points results in a very labor-intensive registration process. In order to keep the required effort as low as possible this work proposes a novel concept to automatically co-register local image blocks with a digital building model. The procedure makes use of geometric relationships between 3D-linesegments that get extracted from the input images and bounding surfaces that are derived from the building model. At first the captured images are used to extract two-dimensional line patterns. These edges get further processed to 3D line segments based on an orientation estimation using structure from motion. The additionally required bounding surfaces are derived from a building model defined by the Industry Foundation Classes (IFC). The spatial aggregation structures defined in the IFC are used for alleviating the procedure. Two big components form the core piece of the novel approach. On the one hand this is the adjustment calculation for the estimation of transformation parameters using a full Gauß-Helmert-Model and the developed matching algorithm for establishing line-plane-correspondences on the other hand. The so formed correspondences serve as the observation for the adjustment process. During the parameter estimation stochastic information of the observations is completely considered. Therefore, quality predictions can be made upon completion of the registration process. The validation of the developed was conducted using two datasets. The dataset M24 served as primary validation source since the results of the algorithm could be checked under laboratory conditions and compared with results obtained by ground control points. By examine the Eibenstock dataset it could be demonstrated that the procedure also works in practical conditions on a real construction site. For both cases the registration accuracy averages to a few centimeters.:Kurzfassung 3 Abstract 4 1. Einleitung 7 1.1. Photogrammetrie und BIM 7 1.2. Anwendungsbezug und Problemstellung 7 1.3. Zielsetzung und Forschungsfragen 9 1.4. Aufbau der Arbeit 10 2. Grundlagen 12 2.1. Photogrammetrie 12 2.1.1. Structure-from-Motion (SfM) 12 2.1.2. Räumliche Ähnlichkeitstransformation 14 2.2. Building Information Modeling (BIM) 16 2.2.1. Besonderheiten der geometrisch / topologischen Modellierung 18 2.2.2. Industry Foundation Classes (IFC) 19 2.3. Parameterschätzung und Statistik 21 2.3.1. Nicht lineares Gauß-Helmert-Modell mit Restriktionen 21 2.3.2. Random Sample Consensus (RANSAC) 23 2.3.3. Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise (DBSCAN) 24 3. Stand der Forschung 26 4. Automatische Koregistrierung von Bildverbänden 30 4.1. Überblick 30 4.2. Relative Orientierung des Bildverbandes und Extraktion der 3D-Liniensegmente 33 4.2.1. Line3D++ 33 4.2.2. Stochastische Informationen der 3D-Liniensegmente 36 4.3. Ebenenextraktion aus dem digitalen Gebäudemodell 37 4.4. Linien-Ebenen-Matching 42 4.4.1. Aufstellen von Ebenenhypothesen 42 4.4.2. Analyse und Clustern der Normalenvektorhypothesen 43 4.4.3. Erstellung von Minimalkonfigurationen 44 4.5. Berechnung von Näherungswerten für die Transformationsparameter 46 4.6. Implementiertes Ausgleichungsmodell 49 4.6.1. Funktionales Modell 49 4.6.2. Stochastisches Modell 50 4.7. Entscheidungskriterien der kombinatorischen Auswertung 51 5. Validierung der Methoden 56 5.1. Messung Seminarraum M24 HTW Dresden 56 5.1.1. Untersuchung des Einfluss der SfM2BIM -Programmparameter 59 5.1.2. Ergebnisse der Validierung 64 5.2. Messung LTV Eibenstock 71 6. Diskussion der Ergebnisse 81 6.1. Bewertung der erzielten Genauigkeit 81 6.2. Bewertung der Automatisierbarkeit 82 6.3. Bewertung der praktischen Anwendbarkeit 83 6.4. Beantwortung der Forschungsfragen 85 7. Zusammenfassung und Ausblick 88 Literaturverzeichnis 90 Abbildungsverzeichnis 94 Tabellenverzeichnis 96 A. Anhang 97 A.1. Systemarchitektur SfM2BIM 97 A.2. Untersuchung SfM2BIM Parameter 97

Master of Science / Department of Architectural Engineering and Construction Science / Kimberly W. Kramer / Building Information Modeling (BIM) is altering the way that the construction industry is developing design documents by involving all members of the design team as well as the general contractor early in the design process. The members are encouraged to offer advice on the design and constructability on the project. However, not only is the design process changing, but the liability and responsibility of each team member is changing as well. The alteration in responsibility can severely impact structural engineers because of the level of responsibility already associated with their role in the design process. This report looks at the concerns industry leaders and legal professionals have with how BIM is altering the liability landscape, such as standard contracts, software interoperability, data misuse, intellectual property, loss of data, the legal status of the model, the standard of care, and design delegation. In addition to the liability concerns, this report examines the steps that industry leaders have taken to prevent any unnecessary additional liability from affecting structural engineers.

Thesis (MScEng)--Stellenbosch University, 2012. / ENGLISH ABSTRACT: The amount and complexity of software applications for the building industry is increasing constantly. It has been a long term goal of the software industry to support integration of the various models and applications. This is a difficult task due to the complexity of the models and the diversity of the fields that they model. As a result, only large software houses have the ability to provide integrated solutions on the basis of a common information model. Such a model can more easily be established since the different software is developed within the same group. Other software suppliers usually have to revert to importing and exporting of data to establish some form of integration. Even large software houses still sometimes make use of this technique between their different packages. In order to obtain a fully integrated solution, clients have to acquire complex and expensive software, even if only a small percentage of the functionality of this software is actually required. A different approach to integration is proposed here, based on providing an integration framework that links different existing software models. The framework must be customisable for each individual's unique requirements as well as for the software already used by the individual. In order for the framework to be customisable, it must either encompass the information requirements of all existing software models from the outset, or be flexible and adaptable for each user. Developing an encompassing software model is difficult and expensive and thus the latter approach is followed here. The result is a model that is less general than BIM-style models, but more focussed and less complex. The elements of this flexible model do not have predetermined properties, but properties can instead be added and removed at runtime. Furthermore, derived properties are not stored as values, but rather as methods by which their values are obtained. These can also be added, removed and modified at runtime. These two concepts allow the structure and the functionality of the model to be changed at runtime. An added advantage is that a knowledgeable user can do this himself. Changes to the models can easily be incorporated in the integration framework, so their future development is not limited. This has the advantage that the information content of the various applications does not have to be pre-determined. It is acknowledged that a specific solution is required for each integration model; however the user still has full control to expand his model to the complexity of BIM-type models. Furthermore, if new software models are developed to incorporate the proposed structures, even more seamless and flexible integration will be possible. The proposed framework is demonstrated by linking a CAD application to a cost-estimation application for buildings. A prototype implementation demonstrates full integration by synchronising selection between the different applications. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die hoeveelheid en kompleksiteit van sagteware programme vir die bou industrie is konstant aan die vermeerder. Dit was nog altyd 'n lang termyn doelwit van die sagteware industrie om integrasie van die verskeie modelle en programme te ondersteun. Hierdie is 'n moeilike taak as gevolg van die kompleksiteit van die modelle, en die diversiteit van die velde wat hierdie programme modelleer. Die gevolg is dat net groot sagteware huise die vermoë het om geïntegreerde oplossings te bied op die basis van 'n gemeenskaplike inligting model. So 'n tipe model kan makliker bymekaargestel word siende dat al die verskillende sagteware binne dieselfde groep ontwikkel word. Ander sagteware verskaffers moet gewoonlik gebruik maak van sogenaamde uitvoer/invoer tegnieke om 'n mate van integrasie te verkry. Selfs groot sagteware huise maak ook gebruik van hierdie tegnieke tussen hulle verskeie pakkette, in plaas van om die programme direk met mekaar te koppel. Om 'n vol geïntegreerde oplossing te verkry, moet kliënte komplekse en duur sagteware aanskaf, selfs al word net 'n klein gedeelte van die funksionaliteit van hierdie sagteware gebruik. 'n Verskillende benadering word hier gevolg, gebaseer op 'n integrasie raamwerk wat verskillende bestaande sagteware modelle met mekaar koppel. Die raamwerk moet aanpasbaar wees vir elke individu se unieke opset. Vir die raamwerk om aanpasbaar te wees, moet dit óf alle bou industrie inligting inkorporeer van die staanspoor af, óf dit moet buigbaar en aanpasbaar wees vir elke gebruiker. Om 'n model te ontwikkel wat alle bestaande inligting inkorporeer van die staanspoor af is moeilik en duur, dus word die tweede benadering gevolg. Die eindresultaat is 'n model wat minder omvattend is as BIM-tipe modelle, maar eerder gefokus en minder kompleks. Die elemente van hierdie buigbare model het nie voorafbepaalde eienskappe nie, eienskappe kan bygevoeg en weggevat word terwyl die program hardloop. Verder word afgeleide eienskappe nie gestoor as waardes nie, maar eerder as metodes wat gebruik word om hulle waardes mee af te lei. Hierdie konsepte laat toe dat die struktuur en funksionaliteit van die model verander kan word terwyl die program hardloop. 'n Verdere voordeel is dat 'n kundige verbruiker die veranderinge self kan doen. Veranderinge in die modelle kan maklik ingesluit word in die integrasie model, so toekomstige ontwikkeling word nie beperk nie. Dit beteken dat die inhoud van die modelle nie vooraf bepaal hoef te word nie. Al het die raamwerk 'n gespesialiseerde oplossing vir elke gebruiker tot gevolg, het die gebruiker nogtans volle beheer om sy model uit te brei tot die omvattendheid van BIM-tipe modelle. Indien nuwe sagteware modelle ontwikkel word met die integrasie raamwerk in gedagte, kan nog gladder en buigbare integrasie moontlik wees. In hierdie tesis word 'n tekenprogram met 'n kosteberaming program gekoppel om die voorgestelde raamwerk te demonstreer. 'n Prototipe implementering demonstreer volle integrasie deur seleksie binne die programme te sinchroniseer.

Construction project performance and worker productivity are often tied to the availability and effective presentation of information, tools, materials, and equipment. While advancements in technology have improved much of the processes on a construction project, the medium of information dissemination at the construction work face has consistently relied on the use of two dimensional drawings and specifications. Industry initiatives are driving increased collaboration through three dimensional BIM (Building Information Modeling) models. However, the added dimension partially loses its effect when presented on a two dimensional computer monitor. Other computer forms of presentation intended for mobility (PDAs, laptops, and tablets) can be difficult to use in the field due to glare, durability in a harsh working environment, and the required skill level for effective use. Three dimensional (3D) physical printers now provide the capability to develop scaled and color models of a project directly from a BIM model. 3D physical printers represent a potential transformative change of providing engineering information to construction crews, but how to develop 3D models that leverage the cognitive benefits of viewing engineering information in a physical 3D form is unknown. The primary contribution to the overall body of knowledge of this dissertation is to scientifically examine the effect that different engineering information mediums have on an individual’s cognitive ability to effectively and accurately interpret spatial information. First, the author developed a robust scientific experiment for construction practitioners and students to complete. This experiment included outcomes measures on mental workload, cognitive demand, productivity, efficiency, demographics, and preferences. After collecting data, the author analyzed the outcomes through a series of statistical analyses to measure the differences between groups and quantify the affect and relationship among key variables. From the results, there are statistically significant improvements in productivity and efficiency of practitioners and students when using a physical model compared to two dimensional drawings and a three dimensional computer model. In addition, the average cognitive demand for a physical model was lower than the average cognitive demand for two dimensional drawings and three dimensional computer model.