Наземное 3D лазерное строительство

Подготовила Гордейчук Е.Г.

Развитие геодезической техники привело к появлению технологии 3D лазерного сканирования. На сегодняшний день это один из самых современных и производительных методов измерений.

Наземное лазерное сканирование — бесконтактная технология измерения 3D поверхностей с использованием специальных приборов, лазерных сканеров. По отношению к традиционным оптическим и спутниковым геодезическим методам характеризуется высокой детальностью, скоростью и точностью измерений. 3D лазерное сканирование применяется в архитектуре, промышленности, строительстве дорожной инфраструктуры, геодезии и маркшейдерии, археологии.

При проектировании реконструкции промышленных объектов необходимы точные и актуальные пространственные данные, необходима информация о геометрии реконструируемого производства. Получить такие данные можно путем векторизации чертежей, как правило проектных, устаревших и неполных или путем проведения комплекса геодезических изысканий на объекте. Зачастую чертежи были утеряны, повреждены или вообще отсутствуют. В таком случае необходимы изыскания, необходимо быстро и точно измерить сложное сооружение, например, цех, промплощадку и представить результат в цифровом трехмерном виде, результат, который возможно будет использовать в качестве основы для проектирования в САПР-системе. В настоящее время существует технология, с помощью которой можно решить задачу получения точной трехмерной модели комплексного сооружения – это технология трехмерного наземного лазерного сканирования.

3D-модель участка цеха химического производства, построенная по данным лазерного сканирования

Наземное лазерное сканирование (НЛС) — технология получения точной трехмерной цифровой модели объектов, не имеющая аналогов по скорости и производительности съемки.

Области применения 3D лазерного сканирования в промышленности

Лазерное сканирование промышленных объектов выполняется при:

  • реконструкции цехов и промышленных площадок,
  • проектировании и строительстве новых объектов,
  • тарировке нефтеналивных резервуаров,
  • создании 3D-модели предприятия для АСУП в целях повышении эффективности эксплуатации,
  • модернизации, проектировании, постройки судов и платформ.

Наибольшее количество проектов с привлечением лазерного сканирования выполняется в отраслях:

  • нефтегазовая,
  • химическая,
  • металлургия,
  • энергетика,
  • целлюлозно-бумажная,
  • фармацевтическая,
  • судостроение и шельф.

Реконструкция цехов и промышленных площадок

При реконструкции цехов и промышленных площадок, насыщенных технологическим оборудованием, большое значение имеет пространственная информация о существующем технологическом оборудовании и строительных конструкциях. Подобная информация может храниться и обрабатываться в виде плоских чертежей на бумажном носителе (которые, к тому же нередко не соответствуют действительности), а может – в виде актуальной трехмерной модели. 3D модель существующего производства позволяет не только правильно спроектировать реконструкцию, но и существенно (от 0.3% до 10%) снизить затраты на устранение коллизий на этапе строительно-монтажных работ, что в конечном счете удешевляет и ускоряет весь процесс реконструкции предприятия.

3D-модель металлургического производства – основа для реконструкциивания

Существует несколько способов построения 3D модели существующего технологического оборудования, все они так или иначе связаны с измерениями. Самый современный и эффективный из них – метод наземного лазерного сканирования. Метод широко применяется для проведения комплексных измерений в трехмерном пространстве. Эффект от применения 3D сканирования по достоинству оценен проектными организациями России и стран зарубежья. Ни один масштабный проект по реконструкции промышленного объекта без применения лазерного сканирования на Западе невозможен. Всего за 10 лет технология лазерного сканирования изменила представления о геодезических измерениях промышленных объектов и позволила упростить и удешевить процесс реконструкции. AVEVAIntergraphBentleyAutodesk ‑ крупнейшие мировые производители САПР включают в свое программное обеспечение функции по работе с данными лазерного сканирования. Знание о существующем производстве «AS IS», т.е. “как есть”, полученное не со старых чертежей, не путем сотен измерений вручную, а посредством высокопроизводительного лазерного 3D-сканера, позволяет значительно повысить качество проектирования и сэкономить на этапе строительства.

Строительство новых объектов

При осуществлении контроля за строительством промышленных и гражданских зданий и сооружений вместо традиционных оптических и спутниковых средств измерений целесообразней использовать лазерное 3D сканирование. Основное преимущество лазерного сканирования в этом случае – оперативность получаемых данных. На объектах с высокими темпами строительства, высокой плотностью и большим количеством объектов контроля необходимо держать бригаду специалистов, ежедневно проводящих геодезические измерения. Помимо высокой стоимости таких работ неизбежен человеческий фактор, приводящий к затягиванию сроков и удорожанию строительных работ. Применение 3D лазерного сканирования позволяет минимизировать влияние человеческого фактора за счет высокой степени автоматизации процесса сбора данных. Мониторинг строительно-монтажных работ с помощью лазерного сканирования позволяет регулярно актуализировать информацию о текущем состоянии строительства, контролировать ход работ, оперативно корректировать календарно-сетевой график. 3D сканирование позволяет быстро получить ответ не только на вопрос «что построено?», но и на вопрос «как построено?». Совмещение моделей «как есть» или «как построено» с проектной моделью «как спроектировано» позволяет выявить коллизии, ошибки строительства на раннем этапе, снизить риски выхода за пределы графика и бюджета строительства.

Облако точек строящейся РДЭС 3 энергоблока РоАЭС

На сегодняшний момент лазерное сканирование является наиболее эффективной технологией для получения трехмерной модели здания и сооружения на любом из этапов строительства для использования в BIM системе.

 Тарировка нефтеналивных резервуаров.

3D-модель резервуара, построенная по данным лазерного строительства

После постройки или реновации нефтеналивного резервуара (как стационарного, так и размещенного на речном или морском судне) возникает необходимость в построении тарировочных таблиц, определяющих зависимость объема жидкости от уровня налива. Скорость получения пространственной геометрической информации о резервуаре методом лазерного сканирования позволяет создавать тарировочные таблицы быстрее и точнее существующих ручных методов. Кроме того, лазерное сканирование существенно упрощает контроль геометрии резервуара.

Автоматизированные системы управления предприятием

Имитация пожара на ОРУ для обучения персонала. Интерактивное приложение

При эксплуатации предприятий, связанных со сложными, распределенными в пространстве производствами целесообразно использовать автоматизированные системы управления предприятием (АСУП), использующие трехмерные модели производств, созданные методом 3D лазерного сканирования. Модели применяются для:

  • планирования работы предприятия,
  • обучения сотрудников предприятий, в том числе удаленных, связанных с повышенной опасностью,
  • прогнозирования ЧС, планирования ликвидации последствий ЧС,
  • решения вопросов безопасности,
  • инвентаризации оборудования.

Формат конечного результата, совместимость с САПР

По окончанию работ по лазерному сканированию заказчику могут передаваться следующие материалы:

  • трёхмерная геометрическая твердотельная модель промышленного оборудования в форматах AVEVA PDMS, E3D, Intergraph SmartPlant, Intergraph SmartMarine, Bentley Microstation, Autodesk AutoCAD, Revit и др.,
  • интеллектуальная 3D-модель в форматах AVEVA PDMS, Intergraph SmartPlant,
  • точечная модель (облако точек),
  • топографический план М1:1000, М1:500, М1:200 и крупнее, набор чертежей (планы, разрезы), схем, всевозможных измерений в графическом и табличном видах (координаты, расстояния, радиусы, уклоны и т.д.), тарировочная таблица,
  • трехмерная модель в виде нерегулярной сети (TIN-модель) в форматах STL, OBJ, VRML, X3D, U3D, PLY, 3D модель в виде NURBS-поверхности в форматах IGES, STEP,
  • карта отклонений реального объекта от проекта,
  • трехмерная модель в интерактивной среде («бродилка»), видеоролик с залетом,
  • отчёт о выполненной работе, включая отчет о построении сети съёмочного обоснования, отчёт о геопривязке, отчёт о проверке точности.

Импорт данных сканирования в САПР возможен в трех видах:

  • облако точек,
  • твердотельная геометрическая (примитивная) 3D модель,
  • интеллектуальная 3D модель.

Облако точек является наиболее оперативным и низкозатратным результатом. Производители САПР AVEVA, Intergraph, Autodesk и др. уже имеют готовые решения для работы с облаком точек. Например, AVEVA Laser Modeller, E3D работают непосредственно с облаком точек. В дополнение к ним существует целый ряд компаний, выпускающих плагины для распространенных САПР: Kubit, Leica Geosystems, VirtualGEO и др. Подобные плагины способны не только загружать облака точек в стандартные системы проектирования, но и выполнять обработку на достаточно серьезном уровне. Облако точек является пространственной подложкой для дальнейшего проектирования и несет в себе информацию только о геометрии объекта. При этом возможно пользоваться непосредственно облаком точек при проектировании промышленного объекта, а возможно построить 3D модель существующего промобъекта в самой среде САПР.

Во втором случае создание твердотельной геометрической модели по облаку точек производится в специализированном программном обеспечении на нашей стороне. В итоге заказчик получает файл с готовой геометрической моделью.

В третьем случае по облаку точек строится интеллектуальная 3D модель. Для создания модели используются спецификации, стандартные или полученные от заказчика.

Зачастую целесообразно использовать комбинацию двух подходов – часть территории смоделировать, а на оставшуюся часть иметь облако точек. При этом часть модели может иметь примитивный геометрический вид, а часть – интеллектуальный.

Источник: trimetari.com

Контакты

230015, г. Гродно, ул. Курчатова, 1а, каб. 502 

+375(152) 41-61-80,

+375(33) 6051242 (мтс) – деканат дневной формы обучения, расписание занятий заочной полной и сокращенной форм обучения;

+375(152) 41-61-09, 

+375(29) 8694850  (мтс) – деканат заочной формы обучения, восстановление студентов

E-mail: d4907@grsu.by