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Automatisierte Zustandsüberwachung und (Risiko-) Bewertung neugotischer Gewölbekonstruktionen

Betreuung:S. Horst, H. Neuner, C. Schmitt, U. Stenz, A. Weitkamp
Studierende:C. Gottschalk (SoSem13), D. Kruse, H. K. Pham, P. Sawicki, J. Schaper, A. Singer, S. Vogel
Laufzeit:2013-2014

Bild Automatisierte Zustandsüberwachung und (Risiko-) Bewertung neugotischer Gewölbekonstruktionen

Abbildung 1: Entwickeltes Monitoring-System

Projektbeschreibung

Im Rahmen des Projektes sollte ein System für Monitoringaufgaben entwickelt und in der Christuskirche Hildesheim installiert werden. Die aufgetretenen Schäden im Bereich der Deckenkonstruktion der Kirche sollten über den Zeitraum des Projektes überwacht werden. Zu diesem Zweck ist Sensorik zur Messung von Neigungen, Temperaturverläufen und Punktverschiebungen verwendet worden. Die Umsetzung konnte ohne jegliche kommerzielle Softwarelösungen realisiert werden. Das Monitoringsystem läuft ohne Abstürze und sammelt die großen Datenmengen in der eigens aufgesetzten Datenbank. Die Analyse dieser Daten wird nach eingesetzter Sensorik aufgeteilt. 

Bezüglich der Tachymetrie werden in der Einzelpunktanalyse sowie in den Streckendifferenzen signifikante Bewegungen aufgedeckt, obwohl der globale Kongruenztest in 98,1% der Fälle bestanden wird. Daher sollte der Globaltest des Kongruenzmodells bzw. das verwendete stochastische Modell überprüft werden. Die a-priori Varianz der Gewichtseinheit wurde vermutlich zu genau gewählt, sodass der Wert nicht realistisch in Bezug auf die tatsächlich erzielbaren Genauigkeiten zu sein scheint. Mit der vorhandenen Zeitreihe können beispielsweise keine möglichen, periodischen Systematiken eines Jahresgangs identifiziert werden. Die Testentscheidungen haben lediglich eine Aussagekraft, bei welcher Strecke Änderungen zur Nullepoche in Bezug auf die Genauigkeiten aufgetreten sind. Ab welchem Betrag der Streckenänderung tatsächlich eine Toleranz überschritten wird, die nicht mehr von der Konstruktion des Bauwerkes getragen werden kann, müssen Experten im Bereich des Bauingenieurwesens beurteilen. Als wichtige Erkenntnisse können die Bewegungen der Punkte an den Abschlusssteinen des Hauptschiffes in Richtung Kirchenboden sowie die Bewegungen der Querhäuser in Richtung des Altarraumes im Hauptschiff genannt werden. Diese Ergebnisse konnten in der Streckenanalyse validiert werden, indem z. B. Strecken zwischen den Querhäusern im Verlauf des Messzeitraums kürzer geworden sind.

Abbildung 2: Schäden an den Querhäusern

Der Einsatz von den Neigungssensoren DMT Rotlevel sowie der Leica Nivel230 zeigte Neigungen in Bereichen, die vermutlich als typische Bewegungen von Gebäuden wie Kirchen gelten. So werden Neigungen in den registrierten Größenordnungen und Richtungen häufig als „Atmen des Gebäudes“ interpretiert. Des Weiteren ist für beide Sensoren eine starke Temperaturabhängigkeit festgestellt worden, die bei der Nivel230 noch ausgeprägter ist als bei der Rotlevel. Die Strecke zwischen den beiden Sensoren wird ebenfalls im Rahmen der Deformationsanalyse untersucht. Änderungen dieser Strecke, die einem Trend unterliegen würden, können nicht nachgewiesen werden.Im Anschluss an die Deformationsanalyse des Objektes und der Umgebung folgt eine Risikoanalyse. Für dieses Projekt wird diese mittels Bayes’schen Netzen modelliert: Diskretisierung und Definition von Wahrscheinlichkeiten erfolgt unter zuvor bedingten Ereignissen. Anhand von Ursache-Wirkungs-Ketten bietet die Methode der Risikoanalyse eine gute Basis für Diskussionen von komplizierten Sachverhalten. Herausforderungen stellen die Festlegung von a-priori Wahrscheinlichkeiten dar, da sie größtenteils nicht berechnet werden können, sondern mittels Expertenwissen zu ermitteln sind. Die Brauchbarkeit eines Bayes’schen Netzes ist letztendlich abhängig von Qualität und Quantität der verfügbaren Daten.

Abschließend ist die Verkehrswertermittlung für den neugotischen Kirchenbau durchgeführt worden. Für Sakralbauten ist die Ermittlung von Verkehrswerten aufgrund der geringen Anzahl an Kauffällen sehr schwierig. Der Verkehrswert hängt insbesondere von der Nachnutzung des Objektes ab. Außerdem haben Sakralbauten aus gesellschaftlichen, kulturellen Aspekten für die Menschen der Gemeinde einen immateriellen Wert, der mit einem Verkehrswert keineswegs verglichen werden kann.

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