Video based Progress Monitoring of Finishing Works based on 4D Building Information Models

• Applicants: Professor Dr.-Ing. Christian Koch; Professor Dr.-Ing. Markus König
• Subject Area: Structural Engineering, Building Informatics and Construction Operation
• Term: from 2015 to 2024
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 268926703

• Final Report Year: 2023

Final Report Abstract

Das Ausbaugewerbe ist ein wesentlicher Bestandteil des deutschen Hochbaus. Unerwartete Verzögerungen beim Ausbau haben einen signifikanten Einfluss auf den gesamten Projekterfolg. Aus diesem Grund ist eine kontinuierliche und genaue Fortschrittsüberwachung von Ausbauarbeiten von großer Bedeutung. Projektmanager können auf deren Basis gezielt Probleme identifizieren, die zu kritischen Verzögerungen führen können. Aktuelle Verfahren zur Fortschrittsüberwachung sind sehr zeitaufwendig, kostenintensiv und in der Regel sehr subjektiv. Informationen über den aktuellen Ist-Zustand werden manuell erfasst und anschließend auch manuell mit den Planungsdaten verglichen. Mit dem Aufkommen von Building Information Modeling steht den Projektmanagern eine neue Planungsmethode zur Verfügung, um detaillierte Bauablaufpläne besser bewerten zu können. Hierzu werden in der Regel 4D-Bauwerksmodelle verwendet. Aktuell werden 4D-Bauwerksmodelle im Rahmen von Fortschrittsüberwachungen des Ausbaugewerbes jedoch nur unzureichend eingesetzt Im Rahmen des Forschungsprojekts wurden neuartige Methoden zur automatisierten Erfassung des aktuellen Ausbaufortschritts auf Grundlage von videobasierten Ist-Daten und 4D-Soll- Bauwerksmodellen entwickelt. Hierzu zählt ein neues Verfahren zur modellbasierten Positions- und Orientierungsbestimmung der Kamera auf Basis eines gekoppelten Bild-zu-Bild- und Bild-zu-Modell-Ansatzes, um Videobilder im 4D-Bauwerksmodell zu registrieren. Somit können Informationen aus dem Bauwerksmodell direkt auf die Bildaufnahme übertragen werden. Auf dieser Basis wurden anschließend neuartige Objekt- und Materialklassifikatoren zur Erkennung relevanter Ausbauobjekte und Fertigstellungsgrade entwickelt und sowohl fortschritts- als auch blickrichtungsabhängig trainiert. Die relevanten Klassifikatoren wurden in einem erweiterbaren Objektkatalog abgelegt und verknüpft, welcher durch ein dokumentenorientiertes Datenbankmanagementsystem umgesetzt wurde. Im Rahmen der Validierung wurde das Konzept und die entwickelten Verfahren anhand von zwei konkreten Ausbaubeispielen in realer Umgebung erprobt. Dafür wurden die Ausbauarbeiten zum Trockenbau von Wänden und der Installation von Heizkörpern betrachtet. Hierzu wurden die Objektkataloge erstellt, die jeweiligen Verfahren zur Registrierung und zur Erkennung erfolgreich getestet sowie der detektierte Baufortschritt mit dem Bauablaufplan verglichen. Durch die entstandenen Erkenntnisse und Ergebnisse wurde ein wesentlicher Beitrag zur Verbesserung der Genauigkeit, Robustheit und Effizienz der Baufortschrittserfassung im Ausbau geleistet.

Publications

• Integrating visual state recognition with 4D BIM based indoor progress monitoring. In: Proc. of the 22nd EG-ICE International Workshop. Eindhoven. Netherlands
  Kropp, Christopher; Koch, Christian & Koenig, Markus
  
• 4D BIM model adaptation based on construction progress monitoring. eWork and eBusiness in Architecture, Engineering and Construction, 337-344.
  Sigalov, K. & König, M.
  
• From registration to recognition of indoor construction states using on-site videos and 4D building models. In: Proc. of the 17th International Conference on Computing in Civil and Building Engineering (ICCCBE 2018). Tampere. Finland
  Kropp, Christopher; Koch, Christian & König, Markus
  
• Improved Window Detection in Facade Images. Advances in Informatics and Computing in Civil and Construction Engineering, 537-543.
  Neuhausen, Marcel & König, Markus
  
• Interior construction state recognition with 4D BIM registered image sequences. Automation in Construction, 86, 11-32.
  Kropp, Christopher; Koch, Christian & König, Markus
  
• Planning and executing construction inspections with unmanned aerial vehicles. Automation in Construction, 96, 540-553.
  Freimuth, Henk & König, Markus
  
• An Empirical Study on the Acceptance of 4D BIM in EPC Projects in China. Sustainability, 11(5), 1316.
  Gong, Pan; Zeng, Ningshuang; Ye, Kunhui & König, Markus
  
• Indoor Localization for Augmented Reality Devices Using BIM, Point Clouds, and Template Matching. Applied Sciences, 9(20), 4260.
  Herbers, Patrick & König, Markus
  
• “Data for: Interior construction state recognition with 4D BIM registered image sequences”, Mendeley Data, V2
  Koch, Christian; König, Markus & Kropp, Christopher
  
• Automatisierte Baufortschrittserkennung mit BIM. VDI-Buch, 563-576.
  Braun, Alexander; Borrmann, André & Koch, Christian
  
• Automatic generation of work breakdown structures for evaluation of parallelizability of assembly sequences. ECPPM 2022 - eWork and eBusiness in Architecture, Engineering and Construction 2022, 147-154.
  Weber, J.M. & König, M.
  
• Concept and Implementation of BIM-to-World Co-registration for Mixed Reality Applications. Lecture Notes in Civil Engineering, 269-280.
  Khairtdinov, Marat; Tasliarmut, Fulya & Koch, Christian