3D-сканирование в гражданском строительстве и обслуживании инфраструктуры

Гражданское строительство и инфраструктура играют ключевую роль для местных сообществ и региональных экономик, но при этом представляют собой одни из самых сложных, крупномасштабных и дорогостоящих проектов в любой отрасли. Техническое обслуживание, ремонт или реконструкция автомагистралей, железных дорог, мостов, аэропортов, портов и тоннелей связаны с уникальным набором проблем с точки зрения операционной сложности, масштабов материалов и безопасности на объекте.

Один из способов решения этих проблем — получение точной информации о площадках и сооружениях с помощью технологии 3D-сканирования.

В этой статье мы исследуем, как 3D-сканирование может помочь в решении задач проектов гражданского строительства и инфраструктуры, подробно рассмотрим его преимущества и изучим involved устройства и процессы.

Применение 3D-сканирования в гражданском строительстве и инфраструктуре

В целом, применения 3D-сканирования в гражданском строительстве включают крупные объекты инфраструктуры, которые должны быть оценены в качестве первого шага сложного процесса. Вот некоторые из самых распространенных применений:

Исполнительные модели (As-built modelling)
Ни один инфраструктурный проект не строится в точности так, как предполагалось исходными планами, и каждый объект инфраструктуры со временем претерпевает различные изменения. Исполнительная модель предназначена для точного захвата текущего состояния конструкции в определенный момент времени, что позволяет профессионалам проводить проверки безопасности, оценивать износ и повреждения, а также определять оптимальный подход к ремонту или усилению.

Обратный инжиниринг 
По разным причинам точная документация по существующим сооружениям может быть утеряна или неполна. В таких случаях 3D-сканирование используется для детального понимания крупных, сложных структур, чтобы их форма и функция могли быть обратно спроектированы в точную 3D-модель, которая будет использоваться для ремонта, усиления или полной замены. Обратный инжиниринг также помогает понять точное выравнивание подвижных структурных элементов, таких как, например, разводные мосты.

Мобильный инспекционный контроль 
Инфраструктурные проекты часто включают оценку десятков или даже сотен миль дорожного полотна или железнодорожных путей. Обычно это делается для проверки на предмет проблем безопасности, таких как высота барьеров или пролетных строений моста от проезжей части, или для выявления потенциальных столкновений между поездами и тоннелями, другими сооружениями или нависающей растительностью.

Мониторинг
Во время крупномасштабных инфраструктурных проектов 3D-сканирование может использоваться периодически для отслеживания прогресса строительства и обеспечения его соответствия планам.

Преимущества 3D-сканирования

Есть много причин, по которым 3D-сканирование стало предпочтительным решением для сбора данных на месте в гражданском строительстве и инфраструктуре. Традиционные методы регистрации размеров крупных гражданских сооружений были ручными, с использованием рулеток и других инструментов. По сравнению с этим подходом, 3D-сканирование предлагает несколько важных преимуществ:

Доступ 
Многие объекты инфраструктуры, особенно очень крупные, трудно, если не невозможно, достичь напрямую. Это исключает возможность традиционного сбора данных с помощью портативных координатно-измерительных машин (КИМ) или физических измерительных устройств. В таких случаях длинноходовой или наземный 3D-сканер может быть установлен на штативе на достаточном расстоянии и при этом захватить все необходимые данные о структуре.

Безопасность 
От автомагистралей до железных дорог и энергетической инфраструктуры — многие активы, которые необходимо сканировать в применениях гражданского строительства, являются опасными. Точное 3D-сканирование, как правило, быстрее традиционных методов, что помогает минимизировать количество людей, вовлеченных в сканирование, а также общее время, проведенное в опасной зоне. Как мы скоро увидим, мобильное сканирование также может использоваться для того, чтобы полностью убрать измерительные группы из зоны риска.

Скорость 
Если запрос не касается самых основных размеров конструкции, 3D-сканирование намного быстрее, чем традиционные ручные измерительные инструменты. Хотя это способствует повышению безопасности, это также критически важно для общей эффективности и производительности работы. Не только команды проводят меньше времени на площадке для сбора данных, но и конечная 3D CAD-модель может быть передана любой другой команде различными цифровыми способами.

Точность 
3D-сканеры могут захватывать данные с точностью до миллиметра для мобильных применений и до субмикронного уровня. Что важно, они захватывают миллионы точек данных со сложных структур, позволяя создавать высокоточные 3D-модели, в которых любая точка может быть дополнительно исследована. В целом, 3D-сканирование автоматически предоставляет гораздо более полный и надежный набор данных, который исключает человеческие ошибки, распространенные при традиционных методах.

Устройства 3D-сканирования для гражданского строительства

В зависимости от применения, команды по 3D-сканированию могут использовать разные типы сканеров или их комбинацию. Распространенные варианты включают:

Наземные лазерные сканеры 
Эти стационарные устройства захватывают данные 3D-сканирования с фиксированной позиции, такой как крепление на штативе. Технология сканирования в наземных сканерах называется лидар (LiDAR), который направляет лазер на поверхность объекта и измеряет время возвращения света. Каждое из этих отражений записывается в облако точек, содержащее миллионы точек данных с точностью приблизительно ±1 мм. Эти точки затем могут быть объединены для создания детализированной, высокоточный 3D-модели структуры.

Лазерные сканеры метрологического класса 
Эти устройства захватывают миллионы точек данных очень быстро (в течение секунд), как и наземные сканеры, но на гораздо более высоком уровне детализации — часто с точностью до 50 микрон. Они используют ту же лазерную технологию, что и наземные сканеры, но обычно меньше и более портативны. Поскольку они «метрологического класса», они должны соответствовать строгим отраслевым стандартам по точности и другим важным факторам.

Портативные КИМ

В определенных ситуациях может быть преимущественно использовать портативную КИМ, которая может достичь еще более высокой степени точности, чем лазерные сканеры (менее 50 микрон), но требуют касания объекта щупом. КИМ может использовать датчики и вычисления для точного определения положения щупа относительно точки начала отсчета. Наиболее распространенная конфигурация — это сочлененный рычаг, который оператор должен перемещать вручную.

Мобильные сканеры 
Мобильные сканеры используют технологию LiDAR для получения данных 3D-сканирования с движущегося транспортного средства. Эти системы необходимы для обеспечения безопасности оператора в ситуациях, когда командам необходимо сканировать длинные участки дороги. Захват точных данных 3D-сканирования на скоростях шоссе намного эффективнее любого другого метода сбора.

Преобразование данных сканирования в 3D-модели

После того как данные 3D-сканирования захвачены, они должны быть преобразованы в более удобный формат для их исследования или анализа. Необработанные файлы, как правило, слишком велики для обработки любым другим программным обеспечением с точки зрения вычислений и хранения.

Корректировка системы координат
Первый шаг в этом процессе часто выполняется программным обеспечением, специфичным для типа и марки сканера. Оно преобразует геопространственную систему координат структуры в ту, которая понятна для CAD-моделирующего программного обеспечения.

Информационное моделирование зданий 
После этого преобразования многие другие программные приложения могут взаимодействовать с данными 3D-сканирования. Обычно цель состоит в том, чтобы превратить данные 3D-сканирования в 3D-модель. Традиционно в применениях гражданского строительства и инфраструктуры использовалось программное обеспечение для сканирования в BIM. Однако BIM-приложения более уместны для нового строительства, так как их основная цель — создание цифрового двойника здания, доступного для различных заинтересованных сторон.

Параметрическое CAD-моделирование 
Для большинства проектов сканирования в гражданском строительстве и инфраструктуре 3D CAD-модель является предпочтительным результатом, так как она необходима для исполнительного моделирования, обратного инжиниринга и других критических применений, что делает необработанные данные 3D-сканирования менее полезными сами по себе. Метрологическое программное обеспечение, такое как Geomagic Design X, упрощает процесс преобразования данных 3D-сканирования в 3D CAD-модель, позволяя пользователям эффективно выбирать соответствующую плотность точек, удалять избыточное сканирование (overscan) и генерировать модели непосредственно из данных облака точек, используя mix автоматизированных инструментов и управляемых процессов, таких как извлечение твердотельной модели, подгонка поверхностей и редактирование сетки.

Возможности сканирования в гражданском строительстве и инфраструктуре

3D-сканирование предлагает огромный потенциал для проектов гражданского строительства и инфраструктуры. Фактически, оно уже регулярно используется в обслуживании мостов, для инспекции промышленных объектов и для сбора общих данных инфраструктуры. Узнайте больше об этом у наших менеджеров (контакты в шапке сайта).