CC BY
36О.М. Рагозина
ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ ПРИ 3Б-ПРОЕКТИРОВАНИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ
В статье рассматривается вопрос о проектировании промышленных объектов с применением технологии наземного лазерного сканирования.
Ключевые слова: лазерное наземное сканирование, облако точек, векторизация, изыскания, трехмерная модель, проектирование.
При проектировании или 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 настоящее время существует технология, с помощью которой можно решить задачу получения точной трехмерной модели комплексного сооружения - это технология трехмерного наземного лазерного сканирования.
Наземное лазерное сканирование (НЛС) — технология получения точной трехмерной цифровой модели объектов, не имеющая аналогов по скорости и производительности съемки.
Лазерное сканирование промышленных объектов выполняется при [1]:
1) реконструкции цехов и промышленных площадок,
2) проектировании и строительстве новых объектов,
3) тарировке нефтеналивных резервуаров,
4) создании 3D-модели предприятия для АСУП в целях повышении эффективности эксплуатации,
5) модернизации, проектировании, постройки судов и платформ.
Наибольшее количество проектов с привлечением лазерного сканирования выполняется в отраслях
[1]:
1) нефтегазовая,
2) химическая,
3) металлургия,
4) энергетика,
5) целлюлозно-бумажная,
6) фармацевтическая,
7) 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. 3Б 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.
Существует несколько способов построения 3Б 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 3Б сканирования по достоинству оценен про-
© Рагозина О.М., 2021.
Научный руководитель: МузиповХалим Назипович - кандидат технических наук, доцент, академик РАЕН, Тюменский индустриальный университет, Россия.
ектными 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. AVEVA, Intergraph, Bentley, Autodesk - крупнейшие мировые производители САПР включают в свое программное обеспечение функции по работе с данными лазерного сканирования. [2]
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. [2]
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.
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.
Импорт данных сканирования возможен в трех видах:
1)облако точек,
2)твердотельная геометрическая (примитивная) 3D модель,
3)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 Geosys-tems, 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.
Во втором случае создание твердотельной геометрической модели по облаку точек производится в специализированном программном обеспечении. 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.
Библиографический список
1. Леонов А. В., Аникушкин М. Н. Наземное 3Б-сканирование // Trimetari Consulting. - 2019.
2. Леонов А. В., Аникушкин М. Н. Промышленное строительство // Trimetari Consulting. - 2020.
РАГОЗИНА ОКСАНА МИХАЙЛОВНА - магистрант, Тюменский индустриальный университет, Россия.
