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Interview: 3D-Stadtmodell Karlsruhe

Die Stadt Karlsruhe besitzt nicht nur, ganz klassisch, ein haptisches Stadtmodell, sondern verfügt auch über ein digitales 3D-Stadtmodell. Seit 2002 arbeitet ein Team des städtischen Liegenschaftsamtes an der digitalen Vermessung und Darstellung der Stadt – ein Großprojekt, nicht zuletzt wegen der immensen Menge an Daten, die es zu verarbeiten gilt. Die Ergebnisse dieser Arbeit stehen allen Interessierten auf Anfrage zur Verfügung.

Simone Kraft hat mit Thomas Haustein und Michael Watzke vom Liegenschaftsamt über das Projekt 3D-Stadtmodell gesprochen. Sie berichten über die technischen Details, das Making-of und erklären, wie das digitale Stadtmodell auch ganz praktisch eingesetzt werden kann.

INTERVIEW

Simone Kraft: Zunächst einmal ganz grundsätzlich – was ist ein 3D-Stadtmodell?

Thomas Hauenstein: Ein digitales 3D-Stadtmodell ist ein digitales, virtuelles und modellhaftes Abbild einer Stadt. Es beschränkt sich dabei nicht nur auf das Darstellen von Gebäuden, sondern besteht aus mehreren Bestandteilen: einem digitalen Geländemodell (DGM), einer flächenhaften und klassifizierten Darstellung der Oberfläche (Reale Nutzung), Gebäuden und weiteren baulichen Objekten wie Brücken, Tunnel, Denkmäler, Brunnen, Stadtmöbel, Vegetation.
Um den unterschiedlichen Verwendungszwecken gerecht zu werden, werden 3D-Stadtmodelle in verschiedenen Detailierungsstufen angeboten, sogenannten Level of Detail (LoD). Für Gebäude hat sich dabei die folgende Definition durchgesetzt:

LoD1: »Klötzchenmodell« mit Flachdach
LoD2: Gebäude mit Dachformen und prägenden Bauteilen
LoD3: detailliertes 3D-Modell der Außenhülle
LoD4: Innenraummodell (wird in Karlsruhe derzeit nicht angeboten)

3D-Stadtmodell Karlsruhe

Simone Kraft: Gibt es auch andere Städte, die 3D-Stadtmodelle anbieten?

Thomas Hauenstein: In den vielen größeren Städten und Gemeinden ist der Umgang mit 3D-Daten inzwischen selbstverständlich geworden. Allerdings sind Art, Umfang und Verfügbarkeit der Daten sehr unterschiedlich.
Beim Landesamt für Geoinformation und Landentwicklung in Baden-Württemberg (LGL) liegt für Baden-Württemberg flächendeckend sowohl ein Bestand an LoD2-Gebäuden als auch ein digitales Geländemodell vor. Beide Datenbestände können über das LGL bezogen werden.

Simone Kraft: Seit 2002 arbeiten Sie an der Erstellung des 3D-Stadtmodells von Karlsruhe. Was war der Auslöser für dieses Projekt?

Michael Watzke: Damals kam die Diskussion über die Notwendigkeit eines kommunalen 3D-Stadtmodells und dem damit verbundenen personellen und technischen Realisierungsaufwand auf. Da dem Liegenschaftsamt zu diesem Zeitpunkt kein geschultes Personal für 3D-Techniken zur Verfügung stand, wurde lediglich ein Rechner mit einem 3D-Viewer eingesetzt, der eine echtzeitfähige Begehung des Modells erlaubte. In den ersten Jahren war ein gewisser Pioniergeist erforderlich und der Austausch mit Entwicklern und anderen Städten, die über mehr Erfahrung verfügten als wir, war enorm hilfreich. Außerdem entwickelten sich im Lauf der Zeit wichtige internationale Normen und Standards. Heute arbeiten wir im Bereich 3D-Stadtmodell mit bis zu fünf Personen an der Erstellung und Aufbereitung der Daten.

Simone Kraft: Wie waren die Reaktionen auf dieses Vorhaben?

Thomas Hauenstein: In der Folgezeit wurde in zahlreichen Gesprächen mit den Fachämtern der Wunsch nach einem stadtweiten digitalen Geländemodell deutlich. Außerdem ergab sich ein erhöhter Handlungsbedarf durch zwei wesentliche Anwendungen: Das Tiefbauamt benötigte die Daten für eine großräumige Regenwasser-Abflusssimulation der Höhenstadtteile von Karlsruhe und das Stadtplanungsamt wurde durch die EU-Richtlinie zur Minderung von Umgebungslärm zu einer stadtweiten Lärmausbreitungsberechnung entlang von Hauptstraßen und Schienenwegen verpflichtet. Beide Anforderungen führten letztendlich zum eigentlichen Startschuss für den Aufbau eines stadtweiten 3D-Modells, für das das Liegenschaftsamt nicht zuletzt auch auf Grund der im 2D-Geodatenbreich erworbenen Fachkompetenz bestens geeignet war.

3D-Stadtmodell Karlsruhe

Simone Kraft: Welche Besonderheiten weist das 3D-Stadtmodell von Karlsruhe auf?

Michael Watzke: Inzwischen können wir Daten für das gesamte Stadtgebiet von Karlsruhe in den gängigsten 3D-Formaten zur Verfügung stellen. Dabei basiert das digitale Geländemodell auf den Höhendaten einer Laserscanbefliegung und dient so auch als Grundlage für weitere Formen der Geländedarstellung (z.B. Punktraster, TIN (Netz aus Dreiecksflächen), Höhenlinien, Schummerungen). Für kleinräumige Darstellungen wird das DGM mit der realen Nutzung kombiniert – ein Datenbestand, für den die Nutzungsarten auf Grundlage von Luftbildern flächenhaft digitalisiert wurden.

3D-Stadtmodell Karlsruhe

Im Bereich der Gebäude können jederzeit für alle etwa 85.000 Gebäude im Stadtgebiet Klötzchenmodelle (LoD1) in einem automatisierten Prozess erzeugt werden, indem den digitalen Katastergrundrissen die jeweilige Gebäudehöhe aus der genannten Laserscanbefliegung zugewiesen wird.

Bei den LoD2-Gebäuden haben wir uns für einen zweistufigen Weg entschieden. Von einem externen Dienstleister haben wir uns ein stadtweites Modell erstellen lassen, bei dem die Gebäude mittels Stereoluftbildauswertung mit Standarddächern versehen wurden (Standardmodell). Für den Innenstadtbereich bieten wir parallel dazu ein etwas detaillierteres Modell an. Im Unterschied zum Standardmodell werden hier die Dachformen von uns selbst photogrammetrisch ausgewertet und zusätzlich Durchfahrten sowie größere Balkone und Gauben modelliert.
Im Jahr 2007 fiel außerdem die Entscheidung für den parallelen Aufbau eines fotorealistischen Gebäudemodells auf Grundlage des detaillierten Modells.

Simone Kraft: Wo kommt das 3D-Stadtmodell bei den momentanen Bautätigkeiten in der Karlsruher Innenstadt zur Anwendung?

Michael Watzke: Die Innenstadt wird sich im Rahmen der „Kombilösung“ in den nächsten Jahren komplett verändern. Unser Modell kommt dabei sowohl für die Planung der Tunnel und Haltestellen als auch für die Neugestaltung der Kaiser- und Kriegsstraße zum Einsatz. Für diesen Bereich haben wir die Detailierung noch mal etwas angehoben und die Gebäude zusätzlich mit Vordächern und Werbetafeln sowie kleineren Balkonen und Dachgauben ausgestattet.

3D-Stadtmodell Karlsruhe

Simone Kraft: Für welche Bereiche ist das 3D-Stadtmodell gegenwärtig verfügbar?

Thomas Hauenstein: Das Modell wächst ständig weiter. Dabei ist das Kerngebiet der Innenstadt am besten erfasst und bietet die größte Differenzierung. Hier können alle Gebäude in einem Bereich vom Gottesauer Platz bis zum Mühlburger Tor bzw. vom Hauptbahnhof bis zum Karlsruher Schloss in der etwas detaillierteren LoD2-Basisvariante angeboten werden. Das fotorealistische Modell erstreckt sich im Bereich der Kaiser- und Kriegsstraße. Stadtweit erhältlich sind die »Klötzchenmodelle« der Stufe LoD1und das digitale Geländemodell.

3D-Stadtmodell Karlsruhe

Für ein paar wenige Gebäude zwischen dem Kongresszentrum und dem Karlsruher Schloss gibt es sogar Modelle der Stufe LoD3. Diese sehr detaillierten und farbigen Modelle entstehen durch zeitintensive CAD-Konstruktion und liegen daher auch nur vereinzelt innerhalb des Stadtgebiets vor. Inzwischen wird der Bau weiterer LoD3-Modelle jedoch aus Zeitgründen nur bei Bedarf und projektbezogen weitergeführt.

Simone Kraft: Wie aktuell ist das Modell?

Michael Watzke: Für alle Bestandteile gilt, dass sie von der Aktualität der Ausgangsdaten abhängig sind, die für die jeweilige Produktion verwendet werden. Luftbilder und Laserscandaten beispielweise liegen nicht tagesaktuell vor, sondern werden durch unregelmäßige Befliegung des Stadtgebiets (ca. alle 2 Jahre) erstellt. So können selbst erstellte Modelle immer nur den Stand der aktuell zugrunde liegenden Luftbilder haben. Außerdem müssen alle zwischenzeitlich vorgenommenen baulichen Veränderungen an den Gebäuden in einem noch aufzubauenden Fortführungsprozess nachgeführt werden.
Für das fotorealistische Modell wird jedes Frühjahr in einer Begehung der aktuelle Stand der Gebäude erhoben und mit unserem Modell verglichen, um dann bei Bedarf die Gebäudegeometrien und Fototexturen an die aktuelle Situation anzupassen.

Simone Kraft: Welchen Nutzen hat ein 3D-Stadtmodell? Können etwa Architekten damit ganz konkret in ihren Entwürfen arbeiten?

Michael Watzke: Für die vielfältigen Aufgaben einer Stadtverwaltung gewinnen 3D-Stadtmodelle zunehmend an Bedeutung. Ihr Einsatzbereich reicht von komplexen Simulationsberechnungen bis hin zur interaktiven Begehung realitätsnaher Modelle. Gleichzeitig dienen die 3D-Daten auch als Grundlage für Planungen und Umgestaltungen von Gebäuden und Plätzen. So wurden beispielsweise im Bereich des Badischen Staatstheaters 3D-Daten an die Vermögen- und Bau-Verwaltung Baden-Württemberg abgegeben, damit diese im Verlauf des Planungswettbewerbs für die Sanierung und Erweiterung eingesetzt werden können. Stadtplanern, Architekten und anderen Fachanwendern wird so die Möglichkeit geboten, komplexe Sachverhalte anschaulich zu präsentieren und Entscheidungsprozesse zu vereinfachen.

Simone Kraft: Ist das Stadtmodell für jedermann zugänglich?

Thomas Hauenstein: Ein aktueller Schwerpunkt ist die Einführung einer 3D-Intranet-Applikation für den Einsatz in der Stadtverwaltung. Neben der reinen echtzeitfähigen Visualisierung bietet diese Anwendung die Möglichkeit, geplante Modelle zu importieren, um so Planungsvarianten im Kontext mit der Umgebung darstellen und beurteilen zu können. Zusätzlich sind Sachdatenabfragen und Schattenwurfszenarien möglich, außerdem ist eine Messfunktion integriert. Zukünftig könnte das 3D-Stadtmodell so bei Bürgerbeteiligungen eingesetzt werden.
Außerdem sollte das 3D-Stadtmodell bald über das Internet auch auf Smartphones und Tablet-PCs bereitgestellt werden können.

Simone Kraft: Thomas Hauenstein, Michael Watzke, herzlichen Dank für die Tour durch das 3D-Stadtmodell!

Hier gibt es das 3D-Stadtmodell zum Durchfliegen, mit etwas Geduld beim ersten Laden: Link

Das 3D-Stadtmodell als Film in Youtube:

Quelle: architekturschaufensterblog

alle Abb. Liegenschaftsamt Karlsruhe / 3D-Stadtmodell

 

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