Mit den REB-Verfahrensbeschreibungen 22.013 „Rauminhalte und Oberflächen aus Prismen“, Ausgabe 2012 und 23.003 „Allgemeine Mengenberechnung“, Ausgabe 2012 wurden zum ersten Mal zwei Verfahrensbeschreibungen in die Sammlung REB aufgenommen, die OKSTRA^®-XML als Datenaustauschformat vorsehen. Für die erstgenannte Verfahrensbeschreibung existieren mittlerweile sowohl Erstberechnungsprogramme wie z. B. VESTRA als auch ein REB-Prüfprogramm. Damit hält der OKSTRA^® erstmalig Einzug in die Bauabrechnung.

Der Fachvortrag zur Veranstaltung ist im Volltext verfügbar. Das PDF enthält alle Bilder und Formeln.

1          Einleitung

Die Verfahrensbeschreibungen (VB) der Sammlung REB (Regelungen für die Elektronische Bauabrechnung) sind bereits seit mehreren Jahrzehnten im Bereich der Bauabrechnung etabliert. Sie legen standardisierte Berechnungsverfahren zur Mengenermittlung fest und definieren neben den eigentlichen Rechenwegen auch Datenformate zur Datenübergabe vom Auftragnehmer zum Auftraggeber. Parallel zur Erarbeitung der REB-Verfahrensbeschreibungen wurden von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) die REB-Prüfprogramme entwickelt, die in den Straßenbauverwaltungen vieler Bundesländer eingesetzt werden.

Bei den klassischen REB-Verfahren werden für den Datenaustausch ASCII-Dateien verwendet, in denen jede Zeile einer sogenannten „Datenart“ entspricht. Dabei handelt es sich um eine bestimmte Datensatzdefinition, die über eine zweistellige Nummer am Beginn der Zeile identifiziert wird. Weitere Daten werden in den für die jeweilige Datenart geltenden Spaltenbereichen angegeben.

Im Gegensatz zum Datenarten-Konzept, das im Kern noch aus der Lochkarten-Ära stammt, wurde bei der letzten Überarbeitung der Sammlung REB für zwei Verfahren die Verwendung von OKSTRA^®-XML als Datenaustauschformat vorgesehen: Dabei handelt es sich um die Ausgaben 2012 der REB-Verfahrensbeschreibungen 22.013 „Rauminhalte und Oberflächen aus Prismen“ und 23.003 „Allgemeine Mengenberechnung“.

Für die Ausgabe 2012 der REB-VB 22.013 (Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung 2012) wurde von der BASt die Erstellung eines REB-Prüfprogramms beauftragt. Erstberechnungsprogramme wie beispielsweise VESTRA bieten mittlerweile ebenfalls entsprechende Exportschnittstellen an. Damit ist im Bereich der Bauabrechnung erstmalig ein Datenaustausch auf der Basis von OKSTRA^®-XML praktisch durchführbar.

Der vorliegende Beitrag erläutert zunächst den Inhalt der REB-VB 22.013 (Ausgabe 2012) und geht dann auf die Erzeugung entsprechender Daten mit VESTRA sowie ihre Prüfung mit dem REB-Prüfprogramm ein.

2          Die REB-VB 22.013 (Ausgabe 2012)

Die REB-VB 22.013, Ausgabe 2012 ermöglicht die Berechnung von Rauminhalten und Oberflächen von kompakten Erdbaukörpern. Ein Rauminhalt erstreckt sich dabei zwischen einem oberen und einem unteren Geländehorizont (Bild 1), eine Oberfläche wird durch einen einzigen Geländehorizont definiert. In beiden Fällen werden die betreffenden Geländehorizonte durch aus ebenen Dreiecken aufgebaute digitale Geländemodelle (DGM) dargestellt. Im Fall der Berechnung eines Rauminhalts können die Geländehorizonte optional um konstante Werte in der Höhe verschoben werden. Außerdem besteht die Möglichkeit, für einen der beiden Horizonte das DGM durch eine Horizontalebene zu ersetzen, deren Höhe dann als einziger Parameter anzugeben ist.

Bild 1: Ein zu berechnender Erdkörper (aus der REB-VB 22.013, Ausgabe 2012)

Aufgrund des verwendeten Rechenverfahrens müssen der obere und der untere Geländehorizont zu einem Rauminhalt denselben Bereich in der xy-Ebene überdecken. Außerdem dürfen sich die beiden Horizonte nicht durchdringen. Innerhalb des REB-Verfahrens findet somit keine DGM-Verschneidung statt. Falls im Vorfeld flächenmäßig unterschiedliche bzw. sich durchdringende DGM vorliegen, sind die Daten für das REB-Verfahren durch die Bildung geeigneter Ausschnitte entsprechend aufzubereiten.

Als Schnittstelle für die Eingabedaten schreibt die REB-VB verbindlich OKSTRA^®-XML in der Version 2.016 vor.

Bild 2: OKSTRA^®-Datenmodell für die REB-VB 22.013

Das Bild 2 zeigt die Grundstruktur der zu übergebenden Daten. In jedem Eingabedatensatz muss genau eine Instanz der Objektart Berechnung_REB_22013 vorhanden sein, die allgemeine Metadaten enthält. Dieser Instanz müssen ein oder mehrere Mengendefinitionen zugeordnet werden, wobei es sich bei einer Mengendefinition (einer abstrakten Objektart) entweder um eine Rauminhaltsdefinition oder um eine Oberflächendefinition handelt. An eine Rauminhaltsdefinition können über Relationen ein oberer und ein unterer Geländehorizont angebunden werden (die Relationen sind optional, da jeweils alternativ zu einem Geländehorizont auch die Höhe einer Horizontalebene angegeben werden kann). Einer Oberflächendefinition ist genau ein Geländehorizont zuzuordnen. Die einzelnen Geländehorizonte werden über die Objektart DGM dargestellt.

Den Aufbau eines DGM zeigt das Bild 3. Jedes DGM besteht aus Dreiecken; optional können auch Bruchkanten mitgeliefert werden. Zu jedem Dreieck sind drei Eckpunkte in Form von allgemeinen_Punktobjekten anzugeben. Die Punkte einer Bruchkante werden ebenfalls durch allgemeine_Punktobjekte dargestellt.

Die Angabe von Bruchkanten ist für die Berechnung der Rauminhalte und Oberflächen prinzipiell nicht erforderlich, erlaubt jedoch eine Kontrolle darüber, ob die Bruchkanten bei der Bildung der Dreiecke des DGM berücksichtigt wurden.

Bild 3: OKSTRA^®-Datenmodell für das DGM

3          Erzeugung von Abrechnungsdaten mit VESTRA

Die Erzeugung von Abrechnungsdaten in VESTRA basiert auf der Analyse von zwei digitalen Geländemodellen. Das erste Modell stellt den Ausgangszustand vor der Baumaßnahme dar (Urgelände), das zweite Modell repräsentiert das Gelände nach der Baumaßnahme (Baugrube). Beide Modelle werden miteinander verglichen und daraus die Massendifferenz gebildet. Diese bildet den Rauminhalt und stellt damit das Abrechnungsvolumen der Baugrube dar. VESTRA gestattet die Ermittlung des Rauminhaltes nach REB 22.013 (Berechnung von Massen und Oberflächen aus Prismen). Gemäß Bild 1 ist es bei diesem Verfahren notwendig, dass die beiden Geländemodelle über die gleiche Grundfläche verfügen. Die Methode der Massenermittlung besteht in der Errechnung eines Rauminhaltes beider Geländemodelle auf einen definierten Bezugshorizont. Die Differenz beider Mengen ergibt folgerichtig den Rauminhalt der Baugrube.

Workflow:

Basierend auf dem vom Vermesser gelieferten Gelände kann in VESTRA mit Nutzung der automatischen Bruchkantenerkennung das Urgelände ermittelt werden. Anschließend ist dieBaugrubensohle zu konstruieren und der Baugrubenkörper zu modellieren. Zu beachten ist, dass ausgehend vom Gebäudegrundriss der Arbeitsraum (hier: 1,20 m) berücksichtigt wird und zur Gebäudegrundfläche zu addieren ist. Die Böschung der Baugrube und der daraus resultierende Baugrubenrand werden mit der Funktion „Baugrube“ ermittelt.

Bild 4: Beispiel Baugrube Grundriss

Nach der Berechnung kann die ermittelte Baugrube als Geländemodell gespeichert und im BIM-Viewer visuell überprüft werden.

Zur Berechnung des Urgeländes, bezogen auf die Grundfläche der Baugrube, wurde der ermittelte Baugrubenrand (Umring des DGM der Baugrube) genutzt. Alle innenliegenden Höhenpunkte des Urgeländes wurden miteinander vermascht.

Die beiden Geländemodelle wurden mit der Methode „Bauabrechnung“ berechnet. Damit wird gewährleistet, dass alle Punktnamen der DGM-Punkte im DGM abgespeichert werden. Bei Bögen und Splines werden die Stützpunkte beibehalten und gerade miteinander verbunden. Die Methode „Bauabrechnung“ kann im Parameter-Dialog der DGM-Berechnung ausgewählt werden. Der Umring des DGM für die Baugrube muss die Fachbedeutung „Umring für DGM“ besitzen, welche aus dem Fachbedeutungskatalog „Liniensymbole nach RAS-VERM/PlanzV ausgewählt werden kann.

Bild 5: Beispiel DGM-Baugrube in VESTRA

Für die Erzeugung der Abrechnungsdaten steht in VESTRA ein Assistent zur Verfügung, der die nachfolgend erläuterten Schritte für die Massenberechnung und die Ausgabe der Berechnungsergebnisse, einschließlich der OKSTRA®-Prüfdatei, enthält.

1. Verfahren: Auswahl zwischen der „Allgemeinen Bauabrechnung“ oder dem Verfahren nach REB 22.013 „Rauminhalte und Oberflächen aus Prismen“, optional in der Ausgabe 2012 oder 1979. Soll eine OKSTRA^®-konforme Aufbereitung der Massenberechnung erfolgen, ist die REB 22.013, Ausgabe 2012 auszuwählen.
2. Daten: Hier erfolgt die Eingabe administrativer Datenbestände, z. B. Namen, Bezeichnungen, Auftrags- und Vertragsnummern, Kostenträger, Aufsteller).
3. Mengendefinition: Auswahl zwischen der Berechnung von Oberflächen, Rauminhalten oder Wassermassen. Für die Ermittlung der Rauminhalte nach REB 22.013 sind die beiden DGM für den oberen und unteren Horizont auszuwählen. Für jedes DGM werden wichtige Informationen (Höhenbereich, Fläche 2D und 3D sowie die Art des DGM) angezeigt. Gleichfalls wird analysiert, ob beide DGM über vollständige Punktnamen verfügen. Sollte dies nicht der Fall sein, können diese vergeben bzw. über Punktnamenschemen definiert werden.
4. Prüfung: Die getätigten Eingaben werden auf Plausibilität und Konsistenz geprüft. Nur bei erfolgreicher Prüfung der Datenbestände wird die Massenberechnung nach dem gewählten Verfahren durchgeführt.
5. Ergebnis: Das Ergebnis wird im Assistent tabellarisch in Listenform sowie im Viewer grafisch als 3D-Objekt angezeigt. Dabei kann zwischen der Anzeige des entstehenden 3D-Modells, der Mengendefinitionen für den oberen und unteren Horizont sowie den entstehenden Geländemodellen (Auftrag, Abtrag) unterschieden werden.
6. Ausgabe: Die Ausgabe der Berechnungsergebnisse erfolgt sowohl als Modell – DGM, REB
   22.013 (10D) – als auch in Listenform gemäß den Vorgaben der REB 22.013. Da für die neu erzeugten Modelle (Auftrag, Abtrag) nicht automatisch Punktnummern vergeben werden, sind diese zu ergänzen. Dies geschieht anhand eines Punktnamenschemas, welches ausgewählt oder neu definiert werden muss. Die entstehenden Modelle für den Auf- und Abtrag werden automatisch auf Ebenen entsprechend der Modellnamen gespeichert. Über die Schaltfläche „Prüfdatei“ wird eine XML-Datei gemäß REB 22.013 im OKSTRA^®-Format ausgegeben und im Projektpfad abgespeichert. Der Export findet in der OKSTRA®-Version 2.016 statt, da frühere Versionen die Massenberechnung nicht abbilden können.

4          Prüfung von Abrechnungsdaten mit dem REB-Prüfprogramm

Das Prüfprogramm zur REB-VB 22.013 (Ausgabe 2012) erzeugt zu einem Eingabedatensatz ein Prüfprotokoll und bietet darüber hinaus verschiedene Visualisierungsmöglichkeiten an. Zum Datenimport wird die OKSTRA^®-Klassenbibliothek (Weidner, Vogelsang et al. 2017) verwendet, deren Ausgaben ebenfalls im Prüfprotokoll des Prüfprogramms erscheinen.

Neben der Berechnung der sich aus den Eingabedaten ergebenden Mengen führt das REB-Prüfprogramm umfassende Prüfungen der Daten durch. Diese Prüfungen erfolgen technisch gesehen auf den folgenden vier Ebenen:

1. Validierung des Eingabedatensatzes gegen das XML-Schema zur OKSTRA^®-Version 2.016,
2. Prüfung mit der Prüffunktion der OKSTRA^®-Klassenbibliothek,
3. Prüfung gegen ein OKSTRA^®-Profil (OKSTRA^®-Pflegestelle 2017),
4. Prüfung mit Funktionen des eigentlichen REB-Prüfprogramms.

Die Prüfungen der ersten drei Ebenen sind weitestgehend in der Standardfunktionalität der OKSTRA^®-Klassenbibliothek enthalten; lediglich für die dritte Ebene musste noch ein geeignetes OKSTRA^®-Profil erstellt werden. Die Prüffunktionalität der vierten Ebene wurde vollständig neu implementiert. Insgesamt decken die vorhandenen Prüfungen alle in der REB-VB genannten Bedingungen ab (und einige darüber hinaus), u. a.:

• Prüfung auf überflüssige bzw. nicht verwendete Daten,
• Prüfung der Punkte auf identische 3D-Koordinaten,
• Prüfung der Dreieckshorizonte auf lagegleiche Punkte,
• Prüfung der Dreieckshorizonte auf korrekte Vermaschung (nicht erlaubt sind z. B. Dreieckspunkte auf durchgehenden Dreieckskanten, sich überlappende Dreiecke oder senkrechte Dreiecke),
• Prüfung der Dreieckshorizonte auf Berücksichtigung angegebener Bruchkanten,
• Prüfung der Rauminhalte auf lagegleiche Randlinien,
• Prüfung der Rauminhalte auf Durchdringung der Horizonte.

Neben der vom Vorgänger-Prüfprogramm zur REB-VB 22.013 (Ausgabe 1979) übernommenen Grafik wurden zwei neue Grafikdarstellungen implementiert:

1. Eine 3D-Darstellung, bei der die ausgewählten Elemente (Horizonte, Rauminhalte, Oberflächen) frei im Raum gedreht werden können (Bild 5).
2. Eine 2D-Darstellung mit hinterlegter OpenStreetMap-Karte, mit der die räumliche Lage der ausgewählten Elemente kontrolliert werden kann (Bild 6).

Bild 6: Baugrube im REB-Prüfprogramm (3D-Ansicht)

Die Darstellung mit hinterlegter OpenStreetMap-Karte ist dann möglich, wenn die Koordinaten in den Eingabedaten in einem von der OKSTRA^®-Klassenbibliothek transformierbaren Koordinatenreferenzsystem vorliegen und dieses System namentlich aufgeführt ist.

Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, erstellt das Prüfprogramm zusätzlich eine KML-Datei (Open Geospatial Consortium Inc. 2008) aus den Eingabedaten, die mit einem geeigneten KML-Betrachter wie beispielsweise Google Earth™ (Warenmarke von Google Inc.) angeschaut werden kann.

Bild 7: Baugrube mit hinterlegter OpenStreetMap-Karte

Literaturverzeichnis

Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (2012): REB-Verfahrensbeschreibung 22.013 – Rauminhalte und Oberflächen aus Prismen, Ausgabe 2012, verfügbar im Internet unter https:// www.bast.de/BASt_2017/DE/Verkehrstechnik/Publikationen/Regelwerke/V-REB-VB/REB-VB-Inhalt.html?nn=1819654

OKSTRA^®-Pflegestelle (2017): Festlegung von inhaltlichen Ausschnitten (Profilen) des OKSTRA®-Datenmodells, Technisches Dokument zum OKSTRA^® T0009, Stand 08.02.2017, verfügbar im Internet unter http://www.okstra.de

Open Geospatial Consortium Inc. (2008): OGC® KML, Version 2.2.0, OGC® project document OGC 07-147r2, verfügbar im Internet unter www.opengeospatial.org/standards/kml

Weidner, B.; Vogelsang, A.; Renkert, R. (2017): OKLABI – die OKSTRA^®-Klassenbibliothek, Programmierhandbuch, Version 3.45, erstellt im Auftrag der Bundesanstalt für Straßenwesen, verfügbar im Internet unter http://www.okstra.de