Компания Komatsu Smart Construction трансформировала свое землеройное оборудование благодаря системе автоматического управления, добавив передачу данных в режиме, близком к реальному времени, с беспилотных аппаратов на модели реальных объектов. (Источник: Komatsu)
В поисках решения проблемы Komatsu Smart Construction объединила усилия со стартап-компанией Skycatch (Сан Франциско) с целью усовершенствования сбора и обработки данных. Skycatch специализируется на промышленных приложениях для беспилотных летательных аппаратов (БЛА), более известных под названием «дроны», или «беспилотники».
Теперь, когда транспортные средства Komatsu Smart Construction появляются на площадке, их действия направляются одним или несколькими беспилотниками, собирающими данные о местности. Итоговые рабочие потоки в Komatsu называют первой в мире межмашинной системой автоматизированного строительства.
Беспилотники Skycatch фотографируют рабочие площадки, фиксируя изображения и автоматически создавая трехмерные данные по производственному участку. Такие данные можно оперативно накладывать на чертежи или модели стройплощадки для автоматических расчетов площади и объема перемещаемого грунта.
Результаты передаются в виде инструкций для оборудования «Умного строительства» для достижения полностью автономных действий на производственном участке. Воспринимайте это как «телефонное управление» строительством по принципу «от беспилотника к телефону».
«Как только мы эффективно спланировали объем работ, [заказчики] могут начинать использовать оборудование Komatsu. «Умное строительство» способно успешно планировать эффективную систему от начала до конца, существенно экономя заказчикам силы, время и деньги», говорит Фуджитоши Такамура, технический директор Komatsu.
В Skycatch считают, что использование беспилотников для сбора трехмерных данных по производственной площадке значительно сокращает время по сравнению с геодезической съемкой типичного строительного участка (Источник: Skycatch)
Взгляд изнутри проекта
«Наша компания занимается обработкой данных, и так случилось, что мы используем беспилотники для сбора данных», отмечает Патрик Стюарт, директор Skycatch по продукции. Фирменное сочетание беспилотников, мобильных приложений и технологий облачной обработки преобразует исходные необработанные данные, поступающие от беспилотников, в информацию, пригодную для использования на автономном оборудовании или инженерами в рамках существующих рабочих потоков САПР или BIM.Например, инженер по коммунально-бытовому обслуживанию может практически в режиме реального времени вести мониторинг того, как устанавливаются системы инженерного обеспечения. Столь тщательно отслеживая состояние работ, инженер может выявить, если и когда появляется необходимость в конструкционных изменениях, и затем провести измерения и принять решение, что делать. То, на что при ручном сборе и анализе данных уходят дни и недели, теперь можно сделать за считанные минуты.
«Мы даем работникам в строительной отрасли то, чего у них никогда раньше не было: наблюдение изнутри всего строительного проекта в целом», утверждает Стюарт. Традиционно, прорабам приходилось собирать информацию из разных источников, используя разные методы - от обсуждений на производственном участке до чертежей изменений, внесенных в первоначальный проект, с обменом данных по электронной почте и через телефон. «Это все равно, что игра «поиск по дереву» на вашем телефоне», говорит Стюарт. «Как правило, данные уже устаревшие и не слишком точные».
Комплекс Skycatch технологий состоит из трех уровней: компьютерная аппаратура для беспилотников и технические средства контроля (Skycatch продает собственные беспилотники, но также работает с продукцией от других производителей); приложения для анализа данных и редактирования собранных изображений; и облачная платформа обработки информации для преобразования полученных изображений и сканов в данные, имеющие практическую ценность.
Одним из примеров такого рода обработки данных является создание топографических карт. Обработанные окончательные данные не должны показывать деревья, кусты и пр. Удаление всей растительности вручную, сидя на компьютерной рабочей станции, займет многие часы, а может быть и недели, в зависимости от масштабности проекта. Облачная платформа Skycatch выполнит такую задачу буквально за минуты, соразмерно задействуя столько процессоров, сколько есть в наличии. Программное обеспечение способно экспортировать в стандартные форматы данных для САПР архитектуры и строительства и информационного моделирования зданий.
Управление тяжелой роботизированной спецтехникой и мониторинг хода выполнения строительных работ – это только две из наиболее очевидных возможностей использования беспилотных летательных аппаратов. Один из заказчиков Skycatch приступил к работе с данной технологией после того, как начались экскаваторные и фундаментные работы по проекту производственно-административного комплекса.
Менеджеры компании стали использовать технологию Skycatch для сбора текущих данных о стройплощадке и их сопоставления с проектным решением. В первый же день выяснилось, что бетонная плита стоимостью 400 тыс. долларов оказалась смещенной почти на 20,5 см. Работы пришлось остановить; проверка выявила изначальные упущения в ходе изыскательских работ, которые затем перекочевали на стадию проектирования и в строительство. Если бы проблему не удалось столь быстро обнаружить, ошибка в 400 тыс. долларов могла бы быстро усугубиться, и ущерб оказался бы в несколько раз выше в зависимости от того, когда бы ее удалось заметить с помощью традиционных методов строительного контроля.
«Я применяю данные Skycatch на строительной площадке ежедневно, если не ежечасно», рассказывает Виктория Джулиан, строительный инспектор в DPR Construction. «Мы можем взять Skycatch план, сделать цветную маркировку, проставить нужные отметки и использовать для планирования логистики, ежедневно, еженедельно, ежемесячно – согласно нашим потребностям. Каждый, кто это видит, просто поражается. И восхищается. Это действительно потрясающее средство, без которого я не хотела бы осуществлять следующий крупный проект».
Воспроизводство изображений в качестве последовательно передаваемых данных
Компания Skycatch – одна из нескольких разработчиков, стремящихся интегрировать реальные и виртуальные инструменты в строительном процессе. Новым элементом является воспроизводство изображений. «Единый источник достоверных данных» всегда был заветной мечтой, но в строительстве это считалось труднодостижимой целью. Способность добавить воспроизводимые, с высоким разрешением данные по формируемым изображениям, обладающие реальной практической ценностью, в BIM-модели или САПР-чертежи радикально меняет правила игры. Теперь BIM может стать не только инженерно-проектной моделью, но и постоянно обновляемой системной информацией о ходе всего строительного процесса.Использование воспроизводимых изображений высокого разрешения снижает риски, предоставляя, как в описанном выше примере, данные об отклонении от проекта. Мгновенные двухмерные линейные данные аэрофотосъемки и трехмерные объемные измерения заменяют оценки, сделанные вручную, или восстановление данных оператором, существенно экономя время и повышая уровень безопасности. Использование изображений для анализа потоков на производственной площадке помогает без задержки выявить зоны интенсивного движения, благодаря чему руководители могут находить обходные решения. Наземные трехмерные лазерные сканеры применяются в крупных проектах уже в течение многих лет, но появление беспилотников выводит на новый уровень как обозреваемость «с воздуха», так и способность переводить анализ производственного участка в новую форму последовательно передаваемых данных.
На строительной площадке постоянно происходят изменения; исследования показывают, что непрерывная изменчивость является одной из ключевых причин низкой эффективности строительной отрасли по сравнению с другими секторами экономики. В частности, важные преимущества автоматизации пока еще не внедрены в процессы координирования, планирования и информационного взаимодействия на стройплощадке, с одним очевидным исключением – обеспечение доступности данных через мобильные устройства. Формирование и обработка данных по-прежнему осуществляется на «рабочем столе». Но использование беспилотников для сбора воспроизводимых изображений означает, что карты строительной площадки станут неотъемлемым элементом ежедневных рабочих отчетов. Когда точные данные приходят на смену примерным оценкам, логистическое планирование и управление активами значительно упрощаются. Взаимодействие с отделами контроля качества, техники безопасности и пр., осуществляется гораздо оперативнее и четче.
Flying Superintendent («летучий контролер»)
Компания Turner Construction работает с исследователями из Иллинойского университета над созданием системы мониторинга строительства в режиме реального времени с помощью изображений, получаемых от беспилотников. В проекте Flying Superintendent используются как статические, так и видео-изображения для обеспечения контроля качества, соответствия требованиям техники безопасности и необходимой логистики.«Анализ, проводимый на базе таких трехмерных визуальных производственных моделей геодезического класса, дает руководителям работ ясное представление о том, что происходит на площадке каждый день, расширяя их возможности в плане повышения надежности краткосрочного планирования и устранения проблем до того, как они возникнут», объясняет Мани Голпарвар-Фард, ответственный исполнитель проекта, доцент Иллинойского университета (гражданское строительство). В настоящий момент исследовательская группа проводит испытания и усовершенствует Flying Superintendent в ходе строительства нового спорткомплекса для профессиональных спортсменов в Сакраменто, штат Калифорния, США. Цель – создать предсказуемую систему машинного распознавания изображений для анализа данных по производственному участку, управляемую с минимальным участием человека, которая сможет ориентироваться, используя данные со строительной площадки. Поскольку беспилотники не находятся в зависимости от данных GPS как единственного метода навигации, их можно применять внутри помещений, где спутниковые сигналы GPS слабые или просто отсутствуют. Коммерциализация результатов исследования осуществляется созданной при Иллинойском университете фирмой Reconstruct Inc. В настоящее время Flying Superintendent также задействован в проекте многоэтажного здания в Аризоне и в многочисленных проектах ведущей японской строительной компании.
Flying Superintendent с помощью беспилотников ведет мониторинг строительных работ в режиме реального времени.
(Источник: университет Иллинойса и Turner Construction)
Реальное состояние разработок
Технология сращивания реального мира строительных работ с виртуальным миром проектирования и информационного моделирования зданий еще во многом «проект в разработке». Стартап-компании, например, Skycatch, Reconstruct и другие концентрируются на беспилотниках и формировании изображений, а опытные разработчики технологий AEC, как-то Autodesk, Bentley и Trimble, сосредотачивают усилия на проектных данных. Анализ деятельности ведущих разработчиков в данной области показывает разнообразие подходов к проблеме состыковки реального и виртуального в строительной индустрии. Ниже приведен обзор основных участников рынка и соответствующих технологий.3D Robotics
Компания 3D Robotics (3DR) одна из первых приступила к коммерческому использованию беспилотников и недавно ушла с потребительского рынка, переориентировавшись на промышленные приложения. Компания получила 99 миллионов долларов венчурного финансирования и тесно сотрудничает с Autodesk в разработке SiteScan, платформы обработки и анализа данных аэрофотосъемки, предназначенной для интеграции аппаратного оборудования видеокамер беспилотников с разными продуктами Autodesk, в т.ч., ReCap и A360. Ранее в этом году с помощью SiteScan беспилотником 3DR сформированы трехмерные изображения в рамках реконструкции знаменитого Red Rocks Amphitheatre – природного амфитеатра в окрестностях Денвера, штат Колорадо, США, использующегося для концертов на открытом воздухе. Несколько лет назад Autodesk помогала сканировать Red Rocks с помощью наземных трехмерных лазерных сканнеров, но технологическая модернизация позволила добиться существенного улучшения имеющихся данных благодаря возможностям аэрофотосъемки. Следуя принципу «заимствуй, а не разрабатывай», 3DR также сотрудничает с Sony (в области мобильных компьютерных сред) и GoPro (в области фотографии) в процессе наращивания других функциональностей SiteScan.
3D Robotics тесно сотрудничает с Autodesk по оснащению беспилотников для строительного мониторинга. (Источник: 3D Robotics)
Autodesk
Годы исследований и разнообразные поглощения обеспечили Autodesk богатый набор соответствующих технологий для сопряжения реальных и виртуальных строительных данных. До недавнего времени большинство из них были разбросаны по разным подразделениям. А в прошлом году Autodesk запустила проект Forge Initiative, направленный на консолидацию различных технологий и сервисов, сочетающих использование данных об объектах реального мира (reality capture – «фиксация реальности» – в терминологии Autodesk) и автоматизацию проектирования. Некоторые технологии предназначены для разработки продукции и трехмерной печати, но есть также средства AEC. ReCap 360 обеспечивает автоматическую сшивку снимков и регистрацию данных сканирования в файлах САПР/BIM; решение можно использовать для замеров объектов, представленных на сканах. A360 – это облачное средство коллективных разработок, которое используется в связке с ReCap для упрощения доступа к данным всех участников проекта. Итоговые данные можно применять во всех приложениях Autodesk для AEC и гражданского строительства, включая AutoCAD, Revit, Navisworks, Infraworks и пр.
ReCap и A360 от Autodesk и SiteScan от 3D Robotics использовались для формирования массива трехмерных данных по Red Rocks Amphitheater в окрестностях Денвера. (Фото предоставлено Autodesk, 3D Robotics и Kimley-Horn)
Bentley Systems
Bentley реализует корпоративный подход к архитектурно-строительным и геопространственным инженерным работам в линейке программных продуктов в рамках «моделирования реальности». Так, ContextCapture преобразует фотографии в детализированные, структурированные на основе фотографий трехмерные сеточные модели, интегрируемые с MicroStation и другими проектно-конструкторскими продуктами Bentley, равно как и с программным обеспечением САПР или ГИС от других разработчиков; модели являются достаточно точными для проведения измерений или сравнения хода строительства с проектным решением. Благодаря ContextCapture набор фотографий размером до 100 гигапикселей можно преобразовать в единую подробную модель. Модели геопозиционированы посредством данных о местоположении устройства и точных точек контроля. Другие модули линейки ContextCapture могут формировать видео или интерактивные веб-модели.
ContextCapture – разработка Bentley - преобразует фотографии в трехмерные сеточные модели,
пригодные для использования в программных средствах САПР и BIM. (Источник: Bentley Systems)
Trimble
Похоже, что каждый крупный разработчик решений для архитектуры и строительства изобретает собственные термины для описания использования трехмерных данных по производственной площадке при организации строительного процесса; например, компания Trimble употребляет понятие «гибридной реальности» (mixed reality) для обозначения комбинации объектов реального мира и цифрового контента в режиме реального времени. Trimble выросла из строительства, а не проектирования; и в последнее время компания усиливала линейку BIM продуктов с точки зрения строительных технологий, работая в тесном сотрудничестве с другими разработчиками в областях взаимного интереса. Trimble имеет соглашения об интероперабельности и с Autodesk, и с Bentley, используя программные средства обеих компаний в своих исследованиях и разработках гибридной реальности. Trimble видит гибридную реальность как форму пространственного взаимодействия, в рамках которого проектировщики и строители анализируют, взаимодействуют и совместно используют трехмерные модели в контексте физической среды, а не виртуального проектируемого поля. «Это этап развития строительной индустрии, когда цифровой и реальный контент взаимно используются», заявляет Авьяд Альмагор, директор компании Trimble по разработкам в области гибридной реальности. «Архитектурно-строительные решения накладываются на реальность, и строители преобразуют цифровой контент в физические объекты».Trimble работает в тесном контакте с Microsoft по внедрению технологии Hololens в решения AEC. Hololens - это носимый, автономный компьютер с голографическим дисплеем. Пользователи могут взаимодействовать с трехмерными моделями, вводимыми в представление реальных объектов. Дисплей Hololens можно настроить в диапазоне от «только реальные объекты» до «только цифровые модели» – или в любой точке между этими крайностями.
Trimble старается достичь независимости от типа аппаратуры. Кроме Hololens от Microsoft компания также рассматривает возможности использования платформы Tango (Google) для разработки приложений дополненной реальности и Facebook Oculus Rift – для виртуальной реальности.
Два нынешних пилотных проекта с крупнейшими компаниями хорошо отражают то, на что направлены усилия Trimble.
Совместно с инженерным гигантом AECOM компания Trimble разрабатывает систему для коллективного анализа технических решений с ориентацией на строительство. Собранные беспилотниками технические данные и информация от объекта накладываются для просмотра в созданной Microsoft системе отображения Hololens. В процессе совместной работы можно рассматривать альтернативные технические решения, когда участники проекта могут сразу увидеть, какое воздействие оказывают вносимые изменения на соответствующей производственной площадке.
В июне 2016 г. компания Trimble анонсировала экспериментальную программу в области гибридной реальности совместно с CSCEC Group 1, одной из крупнейших строительных фирм Китая. Также как и в пилотном проекте AECOM, собранные беспилотниками данные вносятся в проектное решение, но уже в разрезе контроля строительных операций, а не инженерного анализа. С учетом необходимости организации совместной работы непосредственно на площадке в пилотном проекте Group 1, технология дополненной реальности на базе устройств Google Tango может сыграть ведущую роль в плане отображения данных.
В отличие от продукции Autodesk и Bentley, технология гибридной реальности от Trimble всё ещё находится в стадии проверки концепции и изготовления опытного образца.
Trimble и Microsoft разрабатывают платформу гибридной реальности,
сочетающую физические объекты и цифровые модели в едином изображении голографической системы. (Источник: Trimble)
Будущее Больших данных
Сегодня виртуальная реальность (VR) и дополненная реальность (AR) привлекают значительное внимание в сегменте AEC. Очевидно, что визуализация проектных данных (с целью продаж или анализа архитектурных решений и пр.) полезна для виртуальной реальности. В строительных работах внимательно присматриваются к дополненной реальности как новому методу выведения данных о монтажных и ремонтных работах и эксплуатации объекта непосредственно на производственную площадку. Уже есть интересные приложения, каждое из которых заслуживает отдельной статьи. Есть, однако, нечто уникальное в поступлении информации о производственной площадке в модели BIM в режиме реального времени, что превосходит любые другие технологии отображения.Виртуальная реальность и дополненная реальность «замораживают» данные на определенный момент времени, а ситуация на стройплощадке постоянно меняется. Накладывание собранных с помощью беспилотников данных о производственном участке в BIM-модель в режиме реального времени обеспечивает возможности применения новых технологий: землеройные машины Komatsu, оборудованные системами автоматического управления, – это только первый шаг. По мере того, как все строительные процессы становятся доступными в виде данных, будет возможно использовать технологии, применяемые сейчас в так называемых приложениях больших данных, например, аналитике и искусственном интеллекте. Не потребуется много времени, чтобы сварочные и клепальные роботы с системой автономного управления стали осуществлять монтаж высотных зданий, а самоуправляющиеся цементовозы – своевременно доставлять грузы в зависимости от потребностей на производственной площадке, не имея заранее специальных указаний или графиков. Включение других источников данных, например, о погодных условиях и интенсивности движения, может помочь улучшить организацию транспортировки и снабжения и контроль деятельности. Добавьте финансовые показатели в набор данных, и с течением времени анализ информации позволит более точно предсказывать издержки конкретных методов проектирования и строительства.