Wo steht das Haus?

Ein Gebäudemodell kann in sich völlig stimmig sein und trotzdem an der falschen Stelle der Erde stehen. Es sieht dann in der eigenen Software vollkommen richtig aus. Bemerkt wird der Fehler erst, wenn jemand anders die Datei öffnet — und das ist der teuerste Zeitpunkt.

Deshalb steht am Anfang unseres Referenzprojekts nicht die erste Wand, sondern die Frage, wo das Haus eigentlich steht. Das Vorhaben ist ein Einfamilienhaus in Oberbayern, und wir bauen es Schritt für Schritt öffentlich nach.

Warum das nicht warten kann

Es gibt eine verbreitete und vernünftig klingende Haltung dazu: Erst mal bauen, verorten kann man später. Die Geometrie ist ja das Schwierige; ein Koordinatensystem einzutragen wirkt wie eine Formalie, die man in fünf Minuten nachholt.

Das stimmt genau so lange, wie niemand das Modell verlässt.

Sobald es das tut, hängen Dinge daran, die man nicht mehr einzeln nachziehen kann. Das Geländemodell kommt aus einer amtlichen Quelle und liegt in echten Koordinaten. Der Kataster ebenfalls. Ein Fachmodell aus einem anderen Büro liegt in seinen. Und jedes dieser Dinge trifft das Gebäudemodell nur dann an der richtigen Stelle, wenn beide dieselbe Frage gleich beantworten: Wo ist hier eigentlich der Ursprung, und wo ist Norden?

Der unangenehme Teil daran: Ein Verortungsfehler sieht nicht nach einem Verortungsfehler aus. Er sieht aus wie ein Modell, das nicht zum Gelände passt. Wie eine Baugrube an der falschen Stelle. Wie Nachbargebäude, die im Weg stehen. Man sucht dann tagelang den Fehler dort, wo er sich zeigt — und nicht dort, wo er ist.

Und wenn man ihn nachträglich behebt, verschiebt sich alles, was inzwischen darauf aufgebaut hat.

Fünf Minuten am Anfang. Oder eine Woche in der Mitte. Das ist die ganze Abwägung, und sie ist der Grund, warum dieser Beitrag am Anfang der Reihe steht und nicht in ihrer Mitte.

Was Georeferenzierung eigentlich klärt

Jedes Modell hat einen eigenen Nullpunkt. Bei ihm laufen die Achsen zusammen, von ihm aus wird gemessen, und für die Konstruktion ist das genau richtig — niemand will mit Koordinaten im Millionenbereich arbeiten.

Nur weiß dieser Nullpunkt von sich aus nicht, wo auf der Welt er liegt. Georeferenzierung ist die Antwort auf drei Fragen: Wo genau liegt der Nullpunkt? In welchem System wird das gemessen? Und wie ist das Modell gegenüber Norden gedreht?

Bei uns lauten die Antworten: ETRS89 / UTM Zone 32N — in der Katalogsprache EPSG:25832 — für die Lage, DHHN2016 für die Höhe, und eine Drehung von 5,35 Grad.

Der letzte Wert ist der interessante.

Warum das Haus schief steht

Das Grundstück liegt nicht parallel zum Gitternord des Koordinatensystems, sondern um 5,35 Grad dagegen verdreht. Und das Haus folgt dem Grundstück, wie Häuser das tun. Es steht also schief zum System.

Damit hat man die Wahl zwischen zwei Unannehmlichkeiten.

Entweder man konstruiert das Gebäude schief. Dann liegt es lagerichtig, aber jede Wand, jedes Raster und jede Öffnung wird zur Rechenaufgabe, weil nichts mehr auf einer Achse liegt.

Oder man dreht das Gelände unter dem Haus zurecht, konstruiert bequem achsparallel — und muss sich dann darum kümmern, dass das Ergebnis am Ende trotzdem richtig in der Welt liegt.

Wir haben uns für das Zweite entschieden, und der Ablauf hat drei Schritte:

1. In QGIS wird das Geländemodell als nordlagerichtiges Rechteck ausgeschnitten und exportiert. Bewusst größer als das Grundstück — sonst bliebe eine Ecke des verdrehten Umrisses ohne Höhen.
2. Beim Modellieren wird dieses Gelände um −5,35 Grad gedreht. Jetzt liegen die Grundstücksgrenzen parallel zu den Modellachsen, und das Haus lässt sich entlang X und Y konstruieren.
3. In der Georeferenzierung wird die Drehung mit +5,35 Grad wieder ausgeglichen. Beim Export steht alles wieder so, wie es in Wirklichkeit steht.

Der entscheidende Punkt daran: Die Drehung ist keine Eigenschaft des Geländes, sondern eine des Projektkoordinatensystems. Projektnorden ist nicht geografischer Norden, und genau dafür ist im IFC-Format ein eigener Eintrag vorgesehen.

Sie wird deshalb nicht in die Geometrie eingerechnet. Täte man das, stünde das Modell zwar richtig, aber niemand könnte der Datei noch ansehen, wo Norden ist — die Information wäre in die Punkte hinein verschwunden.

Ehrlicherweise gehört der Preis dazu: Der Geländeimport ist damit nicht mehr in einem Zug wiederholbar. Zwischen der exportierten Datei und dem Modell liegt eine Drehung, die dokumentiert sein muss, sonst macht sie beim nächsten Mal jemand anders — oder gar nicht. Das ist eine Abwägung, keine Selbstverständlichkeit.

Ob es stimmt, sieht man nicht im eigenen Programm

Damit ist der Ablauf beschrieben. Offen ist die unangenehmere Frage: Woher weiß man, dass es funktioniert hat?

Im eigenen Werkzeug sieht ein verdrehtes Modell nämlich genauso richtig aus wie ein richtiges. Das Programm zeigt seinen eigenen Projektzustand — und der ist per Definition mit sich einig. Die Verortung besteht am Ende aus einer Handvoll Zahlen in der Datei, und die sieht man auf dem Bildschirm nicht.

Nachrechnen hilft dabei weniger, als man denkt. Bei uns sah einer dieser Werte auf den ersten Blick falsch aus — die Drehung steht in der Datei nicht als Winkel, sondern als Richtungsvektor, und dessen Vorzeichen schien der eigenen Beschreibung des Ablaufs zu widersprechen. Die naheliegende Reaktion wäre gewesen, es zu ändern. Das wäre der Fehler gewesen: Der Wert war korrekt, nur bezog er sich auf die umgekehrte Rechenrichtung.

Die Probe geht so: Laden Sie die exportierte Datei in ein fremdes Programm. Eines, das nichts über Ihr Modell weiß und es allein anhand der Georeferenzierungs-Einträge auf einer Karte verorten muss. Liegt das Gebäude dort richtig, ist die Sache erledigt. Liegt es falsch, sehen Sie sofort, welcher der beiden Fehler vorliegt — verschoben oder verdreht.

Bei uns lag alles an seinem Platz. Und die Probe ist empfindlich genug, um das zu bedeuten: Ein gegenläufiges Vorzeichen hätte das Gebäude um 10,7 Grad verdreht — die doppelte Drehung. Bei diesem Grundstück wären das mehrere Meter Versatz an den Ecken, gegen die Flurstücksgrenzen auf einen Blick sichtbar.

Was Sie damit anfangen können

Drei Dinge, alle drei ohne Anschaffung und ohne unser Projekt.

1 · Die Verortungsprobe an Ihrem eigenen Modell — zwanzig Minuten.

Sie brauchen dafür einen IFC-Export Ihres Modells und einen kostenlosen IFC-Betrachter. Wichtig ist nur eines: Es muss ein anderes Programm sein als das, mit dem Sie modelliert haben. Ein Modell, das sich selbst bestätigt, bestätigt nichts.

Sehen Sie in der exportierten Datei nach, ob diese vier Angaben vorhanden sind:

• Ein benanntes Koordinatenreferenzsystem. Bei uns EPSG:25832. Steht dort nichts, ist das Modell nicht verortet — auch wenn große Koordinaten drinstehen.
• Ein Höhenbezug. Große Zahlen allein sagen nicht, worauf sie sich beziehen.
• Ein Nordwinkel oder Richtungsvektor — die Drehung zwischen Projektnorden und geografischem Norden.
• Der Punkt, auf den sich all das bezieht. Es genügt nicht, ein System zu nennen; es muss klar sein, welcher Punkt des Modells dort liegt.

Fehlt eine der vier, ist die Verortung unvollständig — und zwar auf eine Weise, die im eigenen Programm nie auffällt, weil das die fehlende Angabe aus seinem Projektzustand ergänzt.

2 · Wenn die Kartenprobe etwas anderes zeigt: erst einordnen, dann suchen.

Liegt das Gebäude auf der Karte nicht richtig, ist die erste Frage nicht warum, sondern welcher der beiden Fehler:

• Verschoben, aber richtig ausgerichtet → der Bezugspunkt oder das Koordinatensystem stimmt nicht. Meist eine Zahl, meist schnell gefunden.
• Am richtigen Ort, aber verdreht → es geht um den Nordwinkel. Und dann lohnt der Blick auf den Betrag: Ist die Abweichung genau doppelt so groß wie Ihre Projektdrehung, ist ein Vorzeichen gegenläufig — die Drehung wird dann nicht ausgeglichen, sondern verdoppelt.
• Beides → in aller Regel zwei getrennte Ursachen, nicht eine gemeinsame. Einzeln beheben.

Diese Einordnung ist die eigentliche Arbeitsersparnis. Ohne sie sucht man den Fehler im Modell; mit ihr sucht man ihn in vier Zahlen.

3 · Woher die Daten kommen, wenn Sie es selbst versuchen wollen.

Für Bayern sind die Geobasisdaten der Vermessungsverwaltung kostenfrei und offen lizenziert — Geländemodell, Luftbilder, Kataster, topografische Karten. Sie dürfen bearbeitet und auch kommerziell verwendet werden; es braucht keine Anfrage und keine Nutzungsvereinbarung. Bedingung ist die Namensnennung im vorgeschriebenen Wortlaut und der Hinweis, dass Sie etwas geändert haben — und geändert haben Sie fast immer, denn schon ein Ausschnitt ist eine Änderung.

Andere Bundesländer handhaben das unterschiedlich; die jeweilige Vermessungsverwaltung ist die richtige Adresse.

Als Werkzeug genügt QGIS. Es ist kostenlos, und der Weg ist derselbe wie oben in Schritt 1: Ausschnitt wählen — großzügiger als das Grundstück —, im richtigen System exportieren, ins Modellierungswerkzeug laden.

Grundlage der in diesem Beitrag verwendeten Geobasisdaten: Bayerische Vermessungsverwaltung – www.geodaten.bayern.de (DGM1), bearbeitet. Lizenz: CC BY 4.0

Was daran allgemein ist

Drei Dinge, und keines davon hat mit unserem Grundstück zu tun.

Erstens: Eine Zahl aus einem Werkzeug ist erst dann eine Zahl, wenn ein zweiter Weg sie bestätigt. Das gilt für Mengen, für Flächen, für Winkel — und ganz besonders für Werte, die man auf dem Bildschirm gar nicht sieht.

Zweitens: Wer eine Konvention nicht kennt, liest richtige Werte falsch. Der Wert war korrekt geschrieben. Falsch war die Annahme darüber, worauf er sich bezieht. Und wo eine Norm nur regelt, was dasteht, aber nicht, wie herum gerechnet wird, ist dieser Irrtum kein Unfall, sondern zu erwarten.

Drittens, und das ist der eigentliche Punkt: Die Bestätigung kam nicht aus dem Programm, das die Datei geschrieben hat, sondern aus einem fremden. Genau darum geht es bei offenen Formaten. Das Ziel ist nicht „stimmig in meiner Software". Das Ziel ist lesbar für andere — und ob das erreicht ist, weiß man erst, wenn ein anderer gelesen hat.

Alle Festlegungen dieses Beitrags stammen aus der Standortdokumentation des Referenzprojekts. Der genaue Projektnullpunkt ist hier nicht abgedruckt.

Im nächsten Beitrag geht es zurück zu den Grundlagen: Wer eigentlich etwas davon hat, dass modellbasiert geplant wird — und warum die Antwort für Planende, Ausführende und Betreiber völlig verschieden ausfällt.