CC BY
83
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК 528.48 : 69
К.А. Захожий
студент 2 курса «Архитектурно-строительного факультета» ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет имен И.Т. Трубилина» г. Краснодар, Российская Федерация е - mail: [email protected]
ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И СТРОИТЕЛЬСТВЕ АРХИТЕКТУРНЫХ ФАСАДОВ СООРУЖЕНИЙ
Аннотация
Данная статья посвящена исследованию по применению метода лазерного сканирования при проектировании. Целью данного исследования является повышение точности при строительстве архитектурных фасадов. Были использованы следующие методы исследования: моделирование, анализ, синтез, а также визуализация проводимых исследований.
Ключевые слова:
Фасад, лазерное сканирование, съемка, лазер, проектирование, строительство, трехмерная модель.
Лазерное сканирование является одним из самых современных методов среди программ для получения информации о конструкциях и местности. Данные, полученные в результате лазерной съемки, могут быть востребованы различных сферах, таких как изучение природных процессов, строительство (например, обследование строений и проектирование инфраструктуры). Технологии лазерного исследования могут использоваться а автодорожной отрасли, архитектуре и строительстве, нефтегазовой отрасли и электроэнергетике.^, с.131]
Суть фасадной съемки состоит в определении реальных геометрических пространственных характеристик фасадов сооружений и зданий. Такая съемка производится при проектировании у строящихся зданий монтажа навесных вентилируемых фасадов или любых других конструкций из светопрозрачных материалов. Кроме того, фасадную съемку выполняют по заказам геодезистов. В этом случае данная съемка выполняет контролирующие функции, а именно проверяет планово-высотное положения всех фасадных элементов. Еще одна функция фасадной съемки - это выявление возможных отклонения от проектной документации, а также внесения изменений в проекты монтажа фасадов. А при проведении реконструкции зданий, фасадная съемка проводится для подготовки проектно-сметной документации на проектируемые фасадные дополнения или изменения.
К нюансам этой части рынка относится то, что вследствие большой конкуренции на рынке монтажа конструкций из светопрозрачных материалов и навесных фасадов, то и цена на замерную деятельность также подвергается влиянию. Стоимость должна быть минимальной, однако для достижения высокой точности обмеров необходимо проводить внушительное число измерений. Так стоимость работ по замерам не должна превышать 0,5-1% от цены самого проектируемого элемента или конструкции, однако точность измерений должна быть достаточно большой. Однако стоимость проектируемых конструкций рассчитывается в деньгах за метр квадратный, однако сложность, точность, количество измерений и насыщенность деталями, а, следовательно, трудоемкость работ часто недостаточно учитываются.[2, с.11]
В зависимости от требований к точности замеров, технология выполнения обмерных операций должна быть высокопроизводительной и автоматизированной. Влияние человеческого фактора на измерения должно быть минимальным.
Тахеометрическая съемка это одна из традиционных технологий выполнения обмеров фасадов . В безотражательном режиме при такой съемке за одну смену возможно выполнить только 600-700 измерений высокой точности. Однако в таком случае может пострадать качество привязки к местной геодезической сети.
В качестве альтернативы тахеометрической съемке выступают технологии лазерного сканирования. Это высокая точность и скорость измерений, которая позволит значительно снизить точность расположения точек стоянки сканера. При этом влияние человеческого фактора значительно снижается. Достаточно большая плотность и избыточность выполняемых измерений дают возможность отфильтровать лишние шумы и обеспечить необходимую точность чертежей.
Технология лазерного сканирования
В состав трехмерного лазерного сканера входят два элемента: сканирующий модуль и лазерный дальномер. Последний подстроен под высокую частоту измерений, что дает возможность проводить измерения как в импульсном, так и в фазовом режимах. Сканирующий модуль - это оптико-механическая система, позволяющая направлять лазерный луч в нужном направлении и с большой точностью измерять размеры вертикальный и горизонтальных углов приемо-передающего тракта дальномера. Импульс, который генерируется источником, направляясь в сторону измеряемого объекта, проходит сквозь систему линз и зеркал. Отраженный от объекта сигнал, фиксируется приемником, микрокомпьютер и устройство измерения времени позволяют рассчитать расстояние между объектом и сканером. При определенном направлении лазерного излучения определяются координаты точек отражения. Смещая лазерный луч получают координаты всех точек измеряемого объекта. Скорость измерения более ста тысяч в секунду. В результате сканирования получается множество точек (рис. 2), по которым строится непрерывная модель. Для лучшей визуализации на множество точек можно наложить фотографию объекта.[3, с.15]
Рисунок 2 - Измеряемый объект и результат измерения в виде точек и
Применение
Наиболее широкое применений технологии лазерного сканирования нашли в проектировании и
строительстве. Сюда относятся выполнение 3D-моделей проектов строительных объектов, проведение исполнительной съемки, определение качества строительства оснований и фундаментов, а также других элементов строений, таких как подземные коммуникации, колонны, крыши и др. лазер позволяет выполнять разбивочные работы с усовершенствованием разбивочных осей, расположение подъездных магистралей, расчет объемов, выявление соответствия проекту, проведение экспертизы.
Применение в архитектуре лазерное сканирование нашло при проведении исполнительных съемок фасадов, а также историко-архитектурных объектов, подготовке чертежей, разработке паспортов объектов.
Возможности лазерного оборудования позволяют создавать ГИС объекты в 3D, выполнять пообъектное и послойное изображение, выполнение навигации как внутренней, так и внешней. Такие технологии используются для изображения объемных моделей квартир и других объектов независимо от сложности, что позволяет при сравнении проекта и готового объекта определяются расхождения, создаются чертежи, разрабатываются дизайн-проекты.
Кроме того, применение лазерного оборудования необходимо в проведении инженерно-геологических исследованиях. С его помощью создаются модели участков для будущих автодорог, тоннелей и мостов, трубопроводов, водных препятствий и воздушных линий, а также моделировании сложных участков на территории промышленных предприятий и в городской среде.[4, с.9]
При проектировании и строительстве дорог различного назначения создаются 3D модели не только дорог, но и придорожных территорий на всех этапах начиная от проектирования и заканчивая этапом эксплуатации. При проектировании определяется инфраструктура, дорожные знаки, транспортные потоки, паспортизация, гарантийные обязательства. На 3D моделях показаны и наглядно видны уклоны, радиусы, поперечники, неровности, пикетаж, габариты. В итоге благодаря лазерному сканированию и созданию 3D моделей обеспечивается точная 3D навигация.
Также лазерное оборудование может использоваться и при эксплуатации объектов. Это могут быть контроль и наблюдение за деформациями сооружений, их моделирование при выполнении экспертиз на промышленную безопасность.
В зависимости от поставленных задач в результате сканирования, либо 3D съемки может быть получено следующее:
- облако точек 3D измерений (точечная трехмерная модель), которая фактически отражает положение всех элементов фасада в выбранной системе координат;
- плоские чертежи фасадов в различных масштабах от 1:50 до 1:200 с указанием фактических размеров, высотных отметок различных элементов здания или сооружения с указанием отклонений от проектных значений;
- трехмерная твердотельная или каркасная электронная модель фасадов - это наиболее сложный и, естественно, наиболее дорогой по стоимости результат замеров фасадов, но такая модель содержит наиболее полную информацию о фактической форме фасада, что особенно важно для фасадов сложной криволинейной формы.
Трехмерные модели объектов зданий и сооружений находят широкое применение в градостроительстве, в котором основное значение имеет «силуэт города», но не только общая городская панорама, а еще совокупность отдельных ее картин, которые можно увидеть с различных точек зрения, с разных уровней и при разном освещении. Из единичных зданий составляется общий силуэт города, при этом ни одна из них не теряется в этом силуэте бесследно. Город, не имеющий выразительного силуэта, лишен своих самых крупных и лучших перспектив. Поэтому при проектировании точечной застройки для того, чтобы сохранить общий вид города, применяют трехмерные модели городских территорий, на которые накладывают проектируемые постройки с помощью реальных текстур и цвета. Создание таких моделей более эффективно при использовании технологий наземного лазерного сканирования.
