Лазерное сканирование и 3D моделирование для восстановления информационной модели Ростовской АЭС

Рис. 1. Облако точек. РДЭС 3 энергоблока Ростовской АЭС.

Рис. 2. 3D-модель РДЭС 3 энергоблока Ростовской АЭС.

Рис. 3. 3D-модель РДЭС 3 энергоблока Ростовской АЭС.

Решение Leica CloudWorx выступает для Smart3D в качестве программного модуля, встраиваемого в мощную оболочку Intergraph Smart3D. Этот модуль предназначен для работы с облаком точек, то есть получения доступа к базе данных, где облако точек хранится, и дальнейшей обработки облака точек, а также работы с ним внутри ПО Smart3D в качестве «подложки» с целью точного и безошибочного позиционирования объектов, измерений и проектирования. В этой программе, основанной на хорошо зарекомендовавшей себя технологии Leica Cyclone, используется весь инструментарий системы Intergraph Smart3D для выполнения измерений, коррекции данных, визуализации элементов отсканированных трубопроводных структур, построения моделей на основе каталога объектов Smart3D и для составления отчетов.

Другой существенной задачей является управление инженерными данными. Актуальность этой проблемы возрастает с повышением сложности объектов, детализации моделей, ростом количества и способов представления инженерной информации. Для эффективной работы необходимо использование некоторого инструмента, способного «объединить» все данные в информационную модель («as-built»), которая впоследствии будет использована при управлении сложным инженерно-техническим объектом или проектом. К сожалению, зачастую возможности информационного моделирования недооценивается эксплуатирующими организациями. Учитывая ограниченные ресурсы инженерного, административного и IT персонала на объектах, введенных в эксплуатацию, решение задач сбора информации и отслеживания изменений с целью формирования актуализированной информационной модели представляется крайне сложной задачей, особенно с учетом постоянных обновлений, переоборудования, капитальных ремонтов и эксплуатационных изменений конфигурации предприятия.

Проекты нового капитального строительства также сталкиваются с проблемой, связанной с обработкой больших объемов неструктурированной информации, которая регулярно поступает со стороны поставщиков, производителей оборудования и проектных бюро. В случае если данная информация не обрабатывается надлежащим образом непосредственно в процессе ее передачи от подрядчика к заказчику, то она может быть искажена или потеряна навсегда.

Если говорить об инструменте «сбора данных», крайне важно найти такой, который бы позволял организовывать данные с целью обеспечения возможности принятия оптимальных управленческих решений. Именно такой подход позволяет осуществлять навигацию с высокой степенью точности, при этом отображая реальные связи между проектными позициями, в результате формируя интеллектуальную модель объекта эксплуатации.

Реализация описанной выше технологии лазерного сканирования, создания облака точек и геометрической и впоследствии информационной модели позволяет в полной мере ознакомиться с особенностями решения задачи восстановления информационной модели существующего объекта.

Следует обратиться к примеру проекта, иллюстрирующему применение технологии, описанной выше. В 2013 году команда специалистов, куда вошли представители компаний Интерграф (Intergraph PP&M Russia), Триметари (Санкт-Петербург), Навгеоком (Москва), реализовала проект по получению трехмерной информационной модели инженерного объекта (резервной дизельной электростанции 3 энергоблока Ростовской АЭС) на базе технологий лазерного сканирования. В качестве Заказчика выступил ведущий проектный институт в структуре Госкорпорации Росатом — Объединенная компания ОАО «НИАЭП» — ЗАО «Атомстройэкспорт». Основная цель работ — проверить эффективность лазерного сканирования и технологий Интерграф как метода построения «as built» модели при реконструкции существующих объектов, при проектировании новых объектов на базе уже существующих с целью тиражирования проектного решения, на этапе эксплуатации и др.. Необходимо отметить, что авторам неизвестны случаи выполнения аналогичных проектов в России, хотя зарубежные проектные и эксплуатирующие организации давно и успешно используют возможности лазерного сканирования и САПР Интерграф для выполнения этих задач.

Рис. 4. Строящийся энергоблок № 3 Ростовской АЭС.

Работы по лазерному сканированию проводились на резервной дизельной электростанции энергоблока № 3. Это сооружение имеет 3 уровня, расположенных на отметках от −7 м до +9.6 м.

Рис. 5. Один из залов ячейки № 3 резервной дизельной электростанции

При планировании работ был утвержден следующий список этапов:

• анализ полученной проектной документации от специалистов «НИАЭП»,
• полевые работы на объекте — лазерное сканирование,
• первичная обработка полевых данных лазерного сканирования — регистрация и геопривязка сканов,
• создание сервиса сферических панорам,
• построение геометрической (неинтеллектуальной) модели,
• получение интеллектуальной трехмерной модели объекта эксплуатации (см. рисунок 9)
• подготовка серверной группировки под проект:
  • подготовка серверов,
  • развертывание и настройка ПО,
• подготовка каталогов для моделирования:
  • разворачивание полученных каталогов проекта для дальнейшего использования на этапе трехмерного моделирования,
  • непосредственно 3D моделирование 3-ей ячейки здания РДЭС,
  • сравнение результатов моделирования с имеющейся в наличии геометрической моделью,
  • обработка переданного комплекта документации, структурирование и загрузка данных в систему Intergraph SmartPlant Fusion,
  • создание единой интеграционной платформы на базе Intergraph SmartPlant Foundation.

Рис. 6. Размещение специальных марок, используемых для регистрации сканов

Рис. 7. Установка 3D лазерного сканера на штатив

Все последующие работы выполнялись камерально, удаленно от объекта. Первоначальная обработка данных лазерного сканирования — регистрация сканов (объединение в единую систему координат) была выполнена за один день. Результат регистрации — облако точек — является виртуальной копией реального объекта с миллиметровой детальностью (см. рисунок 8). Общее количество точек в финальном облаке составило 1.3 млрд.

Рис. 8. Фрагмент облака точек, окрашенных в реальные цвета, полученный со встроенной фотокамеры

Для загрузки облаков точек и последующей их обработки в Smart3D использовалось следующее программное обеспечение:

• Leica Cyclone;
• Leica CloudWorx for Smart3D;

Рис. 9. Этапы восстановления единой информационной интеллектуальной трехмерной модели объекта эксплуатации

Сложно недооценить открывающиеся возможности:

1. автоматическое построение моделей по облаку точек
2. автоматическое определение пересечений модели с облаком точек, например, если модель была построена без учета расположения облака точек объекта.
3. построение новой (несуществующей) конструкции без построения всей остальной модели.

С помощью Cyclone или CloudWorx можно организовать групповую обработку данных. Cyclone работает как клиент-серверное приложение, поэтому можно создать одновременный доступ с нескольких компьютеров к одной базе данных. При этом, все изменения вносимые на одном компьютере будут сразу же видны на других. Подобное свойство значительно ускоряет процесс обработки больших массивов данных.

Рис. 10. Пример панорамной фотографии, полученной в результате сканирования Удаленный и мобильный доступ для обеспечения полноценной работы осуществляется с помощью Web-портала SPF или инструментальной панели Dashboard.

Кроме того, в рамках выполнения работ по пилотному проекту специалисты ОАО «НИАЭП» передали порядка 600 МВ неструктурированной документации по 7 разделам проекта в различных форматах. Большая часть переданной документации была в отсканированном виде. С помощью программного продукта компании ABBYY отсканированная документация была обработана, и файлы xml с интеллектуальными данными и исходные документы были загружены в SmartPlant Fusion. Документация в формате dwg, doc, xls и др. была обработана с помощью встроенных инструментов SmartPlant Fusion, и предварительное распознавание с помощью ABBYY не требовалось. В SmartPlant Fusion загруженная документация была автоматически, по предварительно настроенным правилам, структурирована по разделам проекта. Была также настроена классификация проектных позиций по соответствующему стандарту.

SmartPlant Fusion «умеет» обрабатывать различные источники информации, извлекать данные в соответствии с настроенными правилами, и на основе этих данных восстанавливать консолидированную информационную модель. В проекте были использованы различные подходы получения данных. Информация может быть получена из штампа самого документа (например, тип документа и описание из штампа документа), из имени файла (например, в данном проекте это был архивный номер документа), из структуры папок переданного комплекта документации (в проекте на основе структуры папок были классифицированы документы). Система позволяет извлекать информацию по оборудованию и связанной с ним документацией, выстраивать взаимосвязи и осуществлять навигацию между этими объектами. Например, можно, выбрав нужную проектную позицию (насос, задвижку и др.) посмотреть все документы в системе с ним связанные, например, технологическую схему, монтажную схему, спецификации и др. Механизм навигации позволяет перейти с проектной позиции на фотореалистичный панорамный снимок, полученный в результате лазерного сканирования и загруженный в систему, и посмотреть, как смонтировано это оборудование на площадке. Данный функционал поможет сопоставить фактическое состояние объекта с тем, как он отображен в инженерной документации. Удаленный и мобильный доступ для обеспечения полноценной работы осуществляется с помощью Web-портала SPF или инструментальной панели Dashboard.

Рис. 11. Инструментальная панель SmartPlant Fusion

При демонстрации результатов пилотного проекта специалистам ОАО «НИАЭП» — ЗАО «Атомстройэкспорт», а также представителям других организаций была отмечена востребованность технологий по лазерному сканированию и решению SmartPlant Fusion:

• при реконструкции существующих объектов,
• при проектировании новых объектов на базе уже существующих с целью тиражирования проектного решения,
• на этапе ввода в эксплуатацию,
• в процессе эксплуатации,
• для вывода из эксплуатации,
• с целью продления срока службы объекта эксплуатации,
• для мониторинга строительных- монтажных работ,
• для контроля за поставкой оборудования.

Выполненный проект иллюстрирует высокий потенциал проведения работ подобного рода на других промышленных объектах. «НИАЭП-АСЭ признает эффективность применения решений Intergraph для управления информацией. Это позволяет обеспечить безопасность в условиях эксплуатации и снизить стоимость проекта. Мы очень гордимся совместно достигнутыми результатами», — сказал Герхард Сэллинджер, президент Intergraph Process, Power & Marine.

Об авторах:

• Аникушкин Михаил, Генеральный директор ООО «Триметари», г. Санкт-Петербург,
• Белецкий Евгений, Руководитель отдела технической поддержки, ООО «Интерграф ППэндМ»,
• Окунькова Евгения, Руководитель проектов, ООО «Интерграф ППэндМ»,
• Серков Святослав, Менеджер по продукту лазерные сканеры, ООО «Навгеоком», г. Москва.
• Сергей Смирнов, ведущий инженер, Интерграф