¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

8 окт€бр€ 2014

Ћазерное сканирование и 3D моделирование дл€ восстановлени€ информационной модели –остовской јЁ—

ћ. јникушкин, ≈. Ѕелецкий, ≈. ќкунькова, —. —ерков, —. —мирнов

ћихаил јникушкин ≈вгений Ѕелецкий ≈вгени€ ќкунькова —в€тослав —ерков

ќт редакции isicad.ru: Ќадеемс€, что данна€ стать€ привлечЄт такое же большое внимание читателей как и предыдущие статьи, описывающие работы —анкт-ѕетербургской компании “риметари по 3D лазерному сканированию: . —ведени€ об авторах приведены в конце статьи.
Ќесмотр€ на†то, что первые наземные сканеры по€вились еще в†прошлом веке, пока нет основани€ утверждать, что технологи€ лазерного 3d†сканировани€ широко используетс€ при проектировании и†строительстве промышленных объектов. ¬†качестве главных причин, наверное, нужно назвать пока еще высокую стоимость таких систем и†недостаток информации о†том, как их†эффективно использовать в†тех или иных приложени€х. “ем не†менее, интерес к†этой технологии и†ее†востребованность на†рынке геодезического оборудовани€ растут с†каждым годом в†геометрической прогрессии, а†высока€ стоимость приобретени€ все больше компенсируетс€ предложением со†стороны поставщиков услуг по†сканированию. ¬†зависимости от†целей и†задач проекта, технологи€ лазерного сканировани€ может быть эффективно скомбинирована в†проекте с†технологи€ми 3D-проектировани€.

–ис.†1. ќблако точек. –ƒЁ— 3†энергоблока –остовской јЁ—.

¬†последнее врем€ проектировщики технологически сложных промышленных объектов все чаще прибегают к†использованию интеллектуального 3D†проектировани€. »з-за высокой детализации 3D†модель содержит довольно большое количество информации о†форме и†параметрах технологического оборудовани€, а†также всей необходимой инженерно-технической информации дл€ формировани€ и†выпуска ѕ—ƒ и†последующих нужд закупки, поставок, строительства и†эксплуатации.  ак следствие, проектировщики, €вл€ющиес€ заказчиками обмерных работ, теперь хот€т получать в†качестве результата съемки не†исполнительные геодезические схемы с†нанесенными проектными значени€ми и†фактическими размерами отдельных конструктивных элементов, а†подробные данные в†трехмерном представлении, содержащие объем информации, сопоставимый по†детальности с†проектной цифровой моделью. ѕрограммное обеспечение играет чрезвычайно важную роль в†быстрой и†эффективной обработке облаков точек, полученных в†результате лазерных съемок высокого разрешени€.

–ис.†2. 3D-модель –ƒЁ— 3†энергоблока –остовской јЁ—.

¬†современных реали€х в†преимущественном большинстве случаев «аказчик†Ч эксплуатирующа€ организаци€, котора€ заказывает весь комплекс работ, от†технико-экономического обосновани€ до†пуско-наладки и†ввода в†эксплуатацию†Ч сталкиваетс€ с†ситуацией, когда проектна€ трехмерна€ модель объекта эксплуатации имеет существенные различи€ с†тем, что фактически построено на†площадке. ¬†насто€щее врем€ существуют проверенные решени€, позвол€ющие быстро и†эффективно получить так называемую исполнительную модель завода или иного сложного инженерного объекта. ¬тора€ задача, с†которой чаще сталкиваютс€ проектные организации†Ч это реконструкци€ и†глубока€ модернизаци€ уже существующих инженерных сооружений и†предпри€тий непрерывного цикла работы. —уществующие технологии позвол€ют автоматизировать типовые задачи и†повысить скорость и†качество выполнени€ разноплановых работ по†восстановлению Ђиз†бумагиї, то†есть по†имеющейс€ в†наличии в†архивах документации, или в†услови€х отсутстви€ таковой, интегрированную информационную исполнительную модель предпри€ти€ или отдельных ее†частей, в†зависимости от†поставленных задач.

–ис.†3. 3D-модель –ƒЁ— 3†энергоблока –остовской јЁ—.

ќбратимс€ к†описанию процессов восстановлени€ информационной модели.  омпани€-разработчик ѕќ†дл€ управлени€ жизненным циклом промышленных объектов Intergraph рекомендует использовать модуль трехмерного проектировани€ Smart3D совместно с†программными разработками компании Leica Geosystems, что позвол€ет получить инструмент дл€ восстановлени€ интеллектуальной 3D†модели по†облаку точек.

–ешение Leica CloudWorx выступает дл€ Smart3D†в качестве программного модул€, встраиваемого в†мощную оболочку Intergraph Smart3D. Ётот модуль предназначен дл€ работы с†облаком точек, то†есть получени€ доступа к†базе данных, где облако точек хранитс€, и†дальнейшей обработки облака точек, а†также работы с†ним внутри ѕќ†Smart3D†в качестве Ђподложкиї с†целью точного и†безошибочного позиционировани€ объектов, измерений и†проектировани€. ¬†этой программе, основанной на†хорошо зарекомендовавшей себ€ технологии Leica Cyclone, используетс€ весь инструментарий системы Intergraph Smart3D дл€ выполнени€ измерений, коррекции данных, визуализации элементов отсканированных трубопроводных структур, построени€ моделей на†основе каталога объектов Smart3D и†дл€ составлени€ отчетов.

”прощенно технологи€ лазерного сканировани€ выгл€дит следующим образом. —начала разрабатываетс€ план проведени€ работ, проводитс€ процедура лазерного сканировани€ с†панорамным фотографированием объекта. ќставша€с€ часть работ выполн€етс€ удаленно от†объекта. –езультаты сканировани€ проход€т первичную обработку и†в†качестве результата мы†имеем облако точек†Ч виртуальную копию реального объекта с†миллиметровой детальностью. «ачастую проводитс€ геометрическое моделирование, суть которого заключаетс€ в†создании векторной модели из†облака точек. –езультатом этапа €вл€етс€ геометрическа€ твердотельна€ модель объекта, доступна€ дл€ импорта практически в†любые —јѕ–.  ак правило, геометрическа€ модель используетс€ дл€ реконструкции промышленных предпри€тий†Ч проектанту важно знать, где и†как располагаютс€ существующее оборудование и†коммуникации, каковы геометрические параметры помещени€. »спользование трехмерной модели по†данным сканировани€ на†этапе проектировани€ реконструкции позвол€ет значительно снизить веро€тность коллизий и†ошибок на†этапе строительно-монтажных работ. ¬†рамках описанного ниже проекта решалась друга€ задача†Ч сравнение двух моделей, проектной (as-designed) и†исполнительной (as-built). “акое сравнение, выполн€емое периодически в†процессе сооружени€ промышленного объекта, позвол€ет вести контроль за†качеством строительно-монтажных работ, повысить эффективность управлени€ строительными процессами, что в†итоге значительно снижает веро€тность нарушени€ графика строительства и†выхода за†пределы сметной стоимости.

ƒругой существенной задачей €вл€етс€ управление инженерными данными. јктуальность этой проблемы возрастает с†повышением сложности объектов, детализации моделей, ростом количества и†способов представлени€ инженерной информации. ƒл€ эффективной работы необходимо использование некоторого инструмента, способного Ђобъединитьї все данные в†информационную модель (Ђas-builtї), котора€ впоследствии будет использована при управлении сложным инженерно-техническим объектом или проектом.  †сожалению, зачастую возможности информационного моделировани€ недооцениваетс€ эксплуатирующими организаци€ми. ”читыва€ ограниченные ресурсы инженерного, административного и†IT персонала на†объектах, введенных в†эксплуатацию, решение задач сбора информации и†отслеживани€ изменений с†целью формировани€ актуализированной информационной модели представл€етс€ крайне сложной задачей, особенно с†учетом посто€нных обновлений, переоборудовани€, капитальных ремонтов и†эксплуатационных изменений конфигурации предпри€ти€.

ѕроекты нового капитального строительства также сталкиваютс€ с†проблемой, св€занной с†обработкой больших объемов неструктурированной информации, котора€ регул€рно поступает со†стороны поставщиков, производителей оборудовани€ и†проектных бюро. ¬†случае если данна€ информаци€ не†обрабатываетс€ надлежащим образом непосредственно в†процессе ее†передачи от†подр€дчика к†заказчику, то†она может быть искажена или потер€на навсегда.

≈сли говорить об†инструменте Ђсбора данныхї, крайне важно найти такой, который†бы позвол€л организовывать данные с†целью обеспечени€ возможности прин€ти€ оптимальных управленческих решений. »менно такой подход позвол€ет осуществл€ть навигацию с†высокой степенью точности, при этом отобража€ реальные св€зи между проектными позици€ми, в†результате формиру€ интеллектуальную модель объекта эксплуатации.

–еализаци€ описанной выше технологии лазерного сканировани€, создани€ облака точек и†геометрической и†впоследствии информационной модели позвол€ет в†полной мере ознакомитьс€ с†особенност€ми решени€ задачи восстановлени€ информационной модели существующего объекта.

—ледует обратитьс€ к†примеру проекта, иллюстрирующему применение технологии, описанной выше. ¬†2013 году команда специалистов, куда вошли представители компаний »нтерграф (Intergraph PP&M†Russia), “риметари (—анкт-ѕетербург), Ќавгеоком (ћосква), реализовала проект по†получению трехмерной информационной модели инженерного объекта (резервной дизельной электростанции 3†энергоблока –остовской јЁ—) на†базе технологий лазерного сканировани€. ¬†качестве «аказчика выступил ведущий проектный институт в†структуре √оскорпорации –осатом†Ч ќбъединенна€ компани€ ќјќ ЂЌ»јЁѕї†Ч «јќ Ђјтомстройэкспортї. ќсновна€ цель работ†Ч проверить эффективность лазерного сканировани€ и†технологий »нтерграф как метода построени€ Ђas†builtї модели при реконструкции существующих объектов, при проектировании новых объектов на†базе уже существующих с†целью тиражировани€ проектного решени€, на†этапе эксплуатации и†др.. Ќеобходимо отметить, что авторам неизвестны случаи выполнени€ аналогичных проектов в†–оссии, хот€ зарубежные проектные и†эксплуатирующие организации давно и†успешно используют возможности лазерного сканировани€ и†—јѕ– »нтерграф дл€ выполнени€ этих задач.

–ис.†4. —тро€щийс€ энергоблок є†3†–остовской јЁ—.

¬†качестве объекта выступала –остовска€ јЁ—†Ч одно из†крупнейших предпри€тий энергетики юга –оссии (рисунок 4). Ёнергоблок є†1†находитс€ на†этапе опытно-промышленной эксплуатации на†уровне мощности 104†% от†проектной, энергоблок є†2†был введен в†эксплуатацию в†2010†г. —ейчас ведетс€ сооружение энергоблоков є†3†и є†4, пуск которых был запланирован на†2014 и†2017†гг. ¬ыработка электроэнергии составл€ет свыше 25†млн к¬т-час в†сутки и†около 8†миллиардов к¬т-час в†год.

–аботы по†лазерному сканированию проводились на†резервной дизельной электростанции энергоблока є†3. Ёто сооружение имеет 3†уровн€, расположенных на†отметках от −7†м до†+9.6†м.

–ис.†5. ќдин из†залов €чейки є†3†резервной дизельной электростанции

ѕри планировании работ был утвержден следующий список этапов:

  • анализ полученной проектной документации от†специалистов ЂЌ»јЁѕї,
  • полевые работы на†объекте†Ч лазерное сканирование,
  • первична€ обработка полевых данных лазерного сканировани€†Ч регистраци€ и†геоприв€зка 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 ѕќ,
  • подготовка каталогов дл€ моделировани€:
    • разворачивание полученных каталогов проекта дл€ дальнейшего использовани€ на†этапе трехмерного моделировани€,
    • непосредственно 3D†моделирование 3-ей €чейки здани€ –ƒЁ—,
    • сравнение результатов моделировани€ с†имеющейс€ 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.

–ис.†6. –азмещение специальных марок, используемых дл€ регистрации сканов

ƒл€ выполнени€ полевых работ по†лазерному сканированию использовалс€ сканер ScanStation P20†Ч последн€€ модель швейцарского производител€ геодезического оборудовани€ Leica Geosystems. ѕрибор имеет отличные технические характеристики дл€ съемки сложных промышленных сооружений†Ч максимальна€ дальность 120†м при†18% отражающей способности, точность определени€ рассто€ни€ менее 1†мм, скорость до†1†млн. точек в†секунду, встроенна€ фотокамера.  роме того, возможность продолжени€ проекта с†выполнением съемки объекта снаружи в†холодное врем€ года обуславливала особые требовани€ к†Ђвыносливостиї сканирующей системы. ѕоказатели сканера P20†Ч рабоча€ температура от −20∞— до†+50∞— и†пылевлагозащита IP54†Ч позвол€ют использовать прибор в†суровых климатических услови€х.

–ис.†7. ”становка 3D†лазерного сканера на†штатив

ѕервоначально на†объекте был разработан план проведени€ работ по†сканированию, выбран метод регистрации, определены места установки сканера. Ќепосредственно лазерное сканирование осуществл€лось в†режиме 360 градусов с†панорамным фотографированием объекта. «а†два дн€ полевых работ была выполнена съемка с†38†станций. ѕроведение сканировани€ осложн€лось проводимыми параллельно строительно-монтажными работами на†объекте. ƒостоинства метода†Ч бесконтактность и†скорость съемки†Ч позвол€ют свести к†минимуму вли€ние работ по†лазерному сканированию на†строительные или эксплуатационные процессы на†промышленных объектах.

¬се последующие работы выполн€лись камерально, удаленно от†объекта. ѕервоначальна€ обработка данных лазерного сканировани€†Ч регистраци€ сканов (объединение в†единую систему координат) была выполнена за†один день. –езультат регистрации†Ч облако точек†Ч €вл€етс€ виртуальной копией реального объекта с†миллиметровой детальностью (см. рисунок 8). ќбщее количество точек в†финальном облаке составило 1.3†млрд.

–ис.†8. ‘рагмент облака точек, окрашенных в†реальные цвета, полученный со†встроенной фотокамеры

√еометрическое моделирование выполн€лось в†программном обеспечении Leica Cyclone. Ќа†работы по†созданию векторной модели из†облака точек ушло 23†человеко-дн€. Ќесмотр€ на†то, что Leica Cyclone имеет широкие возможности по†автоматическому вписыванию графических примитивов в†облако точек, работа по†моделированию по†большей части €вл€етс€ ручным и†весьма кропотливым трудом.

ƒл€ загрузки облаков точек и†последующей их†обработки в†Smart3D использовалось следующее программное обеспечение:

  • Leica Cyclone;
  • Leica CloudWorx for Smart3D;

–ис.†9. Ётапы восстановлени€ единой информационной интеллектуальной трехмерной модели объекта эксплуатации

‘айл был загружен в†тот†же рабочий проект, на†основании которого строилс€ объект, что дало возможность совмещени€ проектной модели и†фактических данных (as†built). ƒалее объект был разбит на†участки согласно разбивочным строительным ос€м, после чего мы†произвели анализ этих участков на†соответствие†Ч с†вы€влением и†протоколированием расхождений. “аким образом, в†результате проделанной работы мы†получили перечень фактических расхождений, подкрепленных нагл€дными материалами. Ёто позволило оперативно устранить обнаруженные несоответстви€ еще на†этапе строительства и†сущест-венно повысить качество конечного объекта, добившись в†конечном итоге его полного соответстви€ рабочей документации.

—ложно недооценить открывающиес€ возможности:

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

—†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. ѕри этом, все изменени€ вносимые на†одном компьютере будут сразу†же видны на†других. ѕодобное свойство значительно ускор€ет процесс обработки больших массивов данных.

–ис.†10. ѕример панорамной фотографии, полученной в†результате сканировани€ ”даленный и†мобильный доступ дл€ обеспечени€ полноценной работы осуществл€етс€ с†помощью Web-портала SPF или инструментальной панели Dashboard.

ѕолученна€ трехмерна€ модель объекта и†панорамные снимки высокого разрешени€, полученные в†результате лазерного сканировани€, были опубликованы в†SmartPlant Foundation- портальное интеграционное €дро комплексного проектировани€, решение дл€ управлени€ информационными потоками компании Intergraph.

 роме того, в†рамках выполнени€ работ по†пилотному проекту специалисты ќјќ ЂЌ»јЁѕї передали пор€дка 600†ћ¬ неструктурированной документации по†7†разделам проекта в†различных форматах. Ѕольша€ часть переданной документации была в†отсканированном виде. —†помощью программного продукта компании ABBYY отсканированна€ документаци€ была обработана, и†файлы xml с†интеллектуальными данными и†исходные документы были загружены в†SmartPlant Fusion. ƒокументаци€ в†формате dwg, doc, xls и†др. была обработана с†помощью встроенных инструментов SmartPlant Fusion, и†предварительное распознавание с†помощью ABBYY не†требовалось. ¬†SmartPlant Fusion загруженна€ документаци€ была автоматически, по†предварительно настроенным правилам, структурирована по†разделам проекта. Ѕыла также настроена классификаци€ проектных позиций по†соответствующему стандарту.

SmartPlant Fusion Ђумеетї обрабатывать различные источники информации, извлекать данные в†соответствии с†настроенными правилами, и†на†основе этих данных восстанавливать консолидированную информационную модель. ¬†проекте были использованы различные подходы получени€ данных. »нформаци€ 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). —истема позвол€ет извлекать информацию по†оборудованию и†св€занной с†ним документацией, выстраивать взаимосв€зи и†осуществл€ть навигацию между этими объектами. Ќапример, можно, выбрав нужную проектную позицию (насос, задвижку и†др.) посмотреть все документы в†системе с†ним св€занные, например, технологическую схему, монтажную схему, спецификации и†др. ћеханизм навигации позвол€ет перейти с†проектной позиции на†фотореалистичный панорамный снимок, полученный в†результате лазерного сканировани€ и†загруженный в†систему, и†посмотреть, как смонтировано это оборудование на†площадке. ƒанный функционал поможет сопоставить фактическое состо€ние объекта с†тем, как он†отображен в†инженерной документации. ”даленный и†мобильный доступ дл€ обеспечени€ полноценной работы осуществл€етс€ с†помощью Web-портала SPF или инструментальной панели Dashboard.

–ис.†11. »нструментальна€ панель SmartPlant Fusion

ѕри демонстрации результатов пилотного проекта специалистам ќјќ ЂЌ»јЁѕї†Ч «јќ Ђјтомстройэкспортї, а†также представител€м 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 тиражировани€ проектного решени€,
  • на†этапе ввода в†эксплуатацию,
  • в†процессе эксплуатации,
  • дл€ вывода из†эксплуатации,
  • с†целью продлени€ срока службы объекта эксплуатации,
  • дл€ мониторинга строительных- монтажных работ,
  • дл€ контрол€ за†поставкой оборудовани€.

¬ыполненный проект иллюстрирует высокий потенциал проведени€ работ подобного рода на†других промышленных объектах. ЂЌ»јЁѕ-ј—Ё признает эффективность применени€ решений Intergraph дл€ управлени€ информацией. Ёто позвол€ет обеспечить безопасность в†услови€х эксплуатации и†снизить стоимость проекта. ћы†очень гордимс€ совместно достигнутыми результатамиї,†Ч сказал √ерхард —эллинджер, президент Intergraph Process, Power &†Marine.

ќб†авторах:
  • јникушкин ћихаил, √енеральный директор ќќќ Ђ“риметариї, г. —анкт-ѕетербург,
  • Ѕелецкий ≈вгений, –уководитель отдела технической поддержки, ќќќ Ђ»нтерграф ѕѕэндћї,
  • ќкунькова ≈вгени€, –уководитель проектов, ќќќ Ђ»нтерграф ѕѕэндћї,
  • —ерков —в€тослав, ћенеджер по†продукту лазерные сканеры, ќќќ ЂЌавгеокомї, г. ћосква.
  • —ергей —мирнов, ведущий инженер, »нтерграф



¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора:  то эффективнее сопровождает —јѕ–-софтвер в –оссии: отечественный вендор или зарубежный?

Ѕлог:  ¬ыдающиес€ специалисты компаний ј— ќЌ и “оп —истемы высоко оценили диссертацию сотрудника Ћ≈ƒј—

ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2016 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.