Kloosters en kerken inmeten

Een klooster of kerk inmeten is een specialisme, want het zijn grote, complexe structuren, met soms sterk afwijkende maatvoering. Dit vraagt om een slim plan van aanpak en inzet van high-end apparatuur. Een kerktoren inmeten is daarbij nog iets lastiger, vanwege de grote hoogte.

Deze pagina geeft informatie over kloosters en kerken inscannen om vervolgens semiautomatisch 2D tekeningen en 3D modellen te maken. De pagin is opgesteld rondom het project Stevenskerk Nijmegen dat PelserHartman samen met Van Hoogevest architecten uitvoerde.

Stevenskerk-inmeten 3D laserscanner

Over project Stevenskerk Nijmegen

In 2012 werd de noodklok voor de Stevenskerk in Nijmegen geluid. Er dreigden namelijk stukken steen van de kerk af te vallen. Op basis van een bouwkundig- en bouwhistorisch onderzoek, uitgevoerd door Van Hoogevest architecten, is een restauratieplan gemaakt voor de kerk en de toren. Bij de restauratie wordt de natuursteen vervangen die is toegepast bij de na-oorlogse restauratie. Binnenin de kerk worden de fresco’s (muurschilderingen zoals hieronder te zien) en de Heerenbank gerestaureerd. PelserHartman kreeg de opdracht om zorg te dragen voor het nodige meet- en tekenwerk en bedacht een aantal slimme methoden om de bestaande situatie op de juiste manier in kaart te brengen.

Kerken inmeten - foto 3D laserscan data

Kerken inmeten kan niet traditioneel

Verschillen in vormen en a-symmetrie komen alleen door laserscanning aan het licht

Het inmeten van een grote kerk hoort standaard uitgevoerd te worden met 3D laserscanners. Waarom? Het is bijna onmogelijk om een goede handmatige inmeting te doen. Uiteraard heeft dit te maken met afstanden en grote hoogten. Dit is echter niet altijd de voornaamste reden. Verschillen in vorm van ogenschijnlijk identieke repeterende elementen zoals bogen en pilaren zijn moeilijk te zien en handmatig onmeetbaar. De opzet van een kerk lijkt vaak symmetrisch te zijn. In de praktijk is dat niet het geval, omdat bij de ouderwetse technieken bij het maken van de kerk ontbrak aan de nauwkeurigheid die we nu gewend zijn. Vormverschillen en 'stramien'-lijnen van bij het inmeten van een kerk worden pas echt goed zichtbaar wanneer er gewerkt wordt met 3D laserscanning.

Kerken inmeten - verschil van vorm/clash detection

De afbeelding hierboven toont een stap in het tekenproces; het 'doorsnijden van de pointcloud' en het gebruiken van deze snede als onderlegger voor het maken van een tekening.

Onzichtbare vormen komen aan het licht

Lopend door de kerk leek een specifieke natuursteen kolom redelijk symmetrisch en gespiegeld in opbouw te zijn. Zoals te zien in onderstaande afbeelding is dit niet het geval. Vormverschillen zoals deze komen niet snel aan het licht bij een handmatig meting. Onderstaande afbeelding toont een horizontale doorsnede van één van de kolommen in de kerk. De groene lijn is de getekende contour van deze kolom. 

inmeten kolom kerk

De kolom heeft een verrassende a-symmetrische doorsnede. In werkelijkheid, lopend door de kerk, lijkt de kolom op het eerste gezicht symmetrisch maar de doorsnede laat zien dat de kolom verre van symmetrisch is.

Verdraaiing in plattegrond kerk

Ook 'verdraaiingen in stramienen' komen aan het licht door 3D laserscanning. Op onderstaande afbeelding is goed te zien dat er sprake is van een hoekverdraaiing in de plattegrond van de Stevenskerk.

stevenskerk plattegrond hoekverdraaiing

Op basis van de geometrisch correcte pointcloud is goed te zien dat er sprake is van een hoekverdraaiing in de plattegrond van de Stevenskerk.

Automatisch polylijnen vanuit pointcloud

Softwaremakers zoals Autodesk, Bentley en Kubus maken slimme automatiseringen voor het werken met pointclouds. Er bestaat al software die vormen 'herkent' en daardoor delen van de pointcloud kan vervangen door 3D elementen uit een bibliotheek. Ook bestaan er automatiseringen waarbij pointclouds worden 'omgezet' naar solid- of faces-models. Autodesk heeft een oplossing gemaakt waarmee automatisch polylijnen gecreëerd kunnen worden vanuit een 'plakje' of een 'snede' uit de pointcloud. Deze techniek is vooral goed bruikbaar wanneer we een contour van onafgewerkte materialen in beeld willen brengen.

inmeten kerk stevenskerk

Bij het inmeten van de Stevenskerk bleek een schijnbaar symmetrische kolom in verwerkelijkheid wat minder symmetrisch te zijn.

Inmeten kerktoren

PelserHartman maakte een plan om de toren van de Stevenskerk in te meten met een speciale methode waarbij een 3D laserscanner werd ingezet die beschikt over een hele goede interne HDR camera. De opname werd een bijzondere project wat vooral gestuurd werd door lastige weersomstandigheden, slechte zichtlijnen en uiteraard de planning van de aannemer en steigerbouwer. We maakten een plan waarbij verschillende onderdelen van de kerktoren per steigerlaag werden vastgelegd. De onderlinge koppeling van alle lagen werd uitgevoerd met total stations vanaf standplaatsen op straatniveau.

De afbeelding hieronder laat de bolfoto zien die de scanner maakt om de pointcloud te kunnen kleuren. Hierdoor kunt u als gebruiker een fotorealistische pointcloud gebruiken, in plaats van de standaard groen/geel/oranje pointcloud met alleen meetdata.

Kerktoren inmeten – gekleurde pointcloud

Om van de hoog delen van de kerktoren goede data te krijgen, is vaak een goed steigerplan nodig.

Orthofoto basis voor restauratieplan inmeten kerk

De aanleiding voor de 3D scanning van de Stevenskerk te Nijmegen was het feit dat men al jaren werkte met onjuiste en onvolledige gegevens en slechte gevelaanzichten van de kerktoren. Hierdoor was er eigenlijk geen goede basis voor het maken van onderhouds- en restauratieplannen. Het resultaat van de 3D scanning is een hoge resolutie 'fotorealistische' gekleurde pointcloud van alle torenaanzichten. Op basis van deze pointcloud worden ortho foto’s van de gevelaanzichten gemaakt.

De afbeelding hieronder laat een deel van de ortho foto van de Stevenstoren zien.

Kerken inmeten voor orthofoto kerktoren

Ortho foto vervangt tekenwerk en bespaart veel kosten

Het product ortho foto is een 2D orthogonale of ‘haakse’ projectie van een object op schaal. Een ortho foto is geometrisch gecorrigeerd. Daardoor hebben alle onderdelen op de foto dezelfde schaal. Een ortho foto is dus een 2D foto op schaal die als onderlegger gebruikt kan worden voor het eenvoudig overtrekken van een tekening. Maar het kan nog makkelijker; de orthofoto kan de tekening volledig vervangen! Deze manier van gevelaanzichten maken bespaart uiteraard veel tekenuren.

Het product ortho foto wordt door onze klanten steeds vaker gebruikt als onderlegger voor het maken van restauratieplannen of om goede aanzichten te maken van gevels. Daarnaast worden orthofoto’s gebruikt als onderlegger bij bouwhistorisch onderzoek en als documentatie. Orthofoto’s voor het inmeten van kerken en kloosters kunnen het beste gemaakt worden op basis van laserscandata, omdat hiermee elke onnauwkeurigheid en asymmetrie ontdekt kan worden.

Automatisch maken van geveltekeningen

PelserHartman besteedt veel aandacht aan innovatie op het vlak van meet- en tekenwerk. Vooral onderwerpen zoals 'niet alles hoeft direct getekend te worden' en automatiseringen zoals Scan-to-bim krijgen veel aandacht binnen ons bureau. We hebben zelf een automatisering ontwikkeld waarbij laserscandata omgevormd kan worden tot een 2D gevelaanzicht. Een voorbeeld van een dergelijke geveltekening is hieronder te zien.

Automatische tekening van 3D laserscan kerktoren

Automatisch aanzichten in doorsneden

Is het gewenste product een goede accurate 2D doorsnede? Dan hoeft u enkel en alleen de contour te tekenen op basis van een snede uit de pointcloud. Het aanzicht van de verderop gelegen delen hoeven niet getekend te worden. We vullen de doorsnede met de ortho foto van de pointcloud. Hieronder ziet u een voorbeeld van zo'n aanzicht dat gemaakt werd voor een verticale doorsnede van het kerkorgel.

Kerkorgel inmeten

Dit is geen foto maar een gekleurde pointcloud!

De afbeeldingen hierboven en hieronder lijken op een foto en een ingezoomd deel van een foto. Het zijn echter geen foto's maar orthogonale aanzichten van een gekleurde hoge resolutie pointcloud. Producten met een kwaliteit zoals deze kunnen alleen gemaakt worden met zeer hoogwaardige laserscandata uit high-end scanners, zoals onze Z+F 5010C.

Stevenskerk-automatische-doorsnede

Aanzicht plafond worden automatisch gegenereerd uit pointclouddata

Ortho foto's van een pointcloud worden niet alleen maar gemaakt als onderleggers voor het maken van gevelaanzichten of om aanzichten in de verticale doorsneden te verkrijgen. Uiteraard kunnen ortho foto's ook gemaakt worden van vloer- en plafondaanzichten. U ziet het plafond van de Stevenskerk in onderstaande foto. De rode lijn markeert de grens voor de informatie van de plafondtekening. De foto's daaronder laten het orthogonale aanzicht van het plafond zien dat gemaakt werd op basis van 3D laserscandata. Hierop komt bijvoorbeeld zeer duidelijk naar voren dat de kerk symmetrisch lijkt, maar het in werkelijkheid niet is. Dit is niet in elke restauratie relevant, maar is in sommige projecten belangrijke informatie gebleken.

Plafondtekening door orthofoto

Stevenskerk plafondtekening vanuit 3D pointcloud

Stevenskerk-plafondtekening detail

Meet weten over ortho foto's?

Kijk op de pagina ortho foto laserscan voor meer informatie over het product ortho foto.