Трехмерное лазерное сканирование, 3D сканирование зданий

Акрополь-Гео
«Акрополь-Гео»
крутите вниз
- Главная ›
- Статьи ›
- Публикации ›
- Трехмерное лазерное сканирование, 3D сканирование зданий
Диагностика технического состояния любых построек является важнейшим этапом при проведении их обслуживания и ремонта. Качество проведенных диагностических мероприятий определяет надежность и безопасность дальнейших технических решений, принимаемых при выполнении ремонтных работ.
На сегодняшний день оценивание технического состояния объектов в значительной степени зависит от квалификации специалистов, выполняющих инженерные обследования. К сожалению, нередко встречаются ситуации, когда технические решения принимаются на основании неверных предположений о поведении конструкций или неполноценной диагностики, игнорирующей воздействие скрытых факторов. В результате, изначально незаметные дефекты начинают проявляться вновь, усугубляясь и приводя к ухудшению общего состояния объекта, что требует повторного вмешательства.

Чтобы минимизировать влияние человеческого фактора на выявление особенностей технического состояния строений, была разработана специальная методика диагностики. Самым эффективным и объективным способом оперативного сбора актуальных данных в современных условиях является технология 3D лазерного сканирования, которая позволяет мгновенно производить до миллиона измерений. Сканер измеряет расстояние и угол до каждой точки объекта, регистрируя их координаты по трём осям, что приводит к формированию набора данных в виде облака точек, отражающего размеры, положение и конфигурацию объекта. По сути, 3D сканирование представляет процесс сбора данных о поверхности объекта, который помогает получить детальную информацию о форме, размерах, плоскостях и цвете исследуемого объекта. Собранные данные впоследствии обрабатываются с помощью специального ПО для создания двухмерных цифровых чертежей или трехмерных моделей.
Основная идея использования метода сканирования заключается в сведении к минимуму числа ручных операций на всех этапах работы с объектом путем объединения данных, собранных во время выполнения измерений в единую цифровую модель здания (BIM — Building Information Model). Начальный шаг включает трехмерное лазерное сканирование (ТЛС) существующего объекта. Результат сканирования — оцифрованное «облако точек». Само по себе «облако точек» не является моделью здания, а представляет исходные данные о точных геометрических характеристиках объекта. Далее «облако» нужно преобразовать в высокоточную геометрическую CAD-модель здания. Этот этап является самым затратным и сложным, поскольку на текущий момент отсутствуют специализированные программы для автоматической конвертации облаков точек строительных объектов в модели зданий. Важно отметить, что степень автоматизации процесса создания модели здания зависит от качества выполненного лазерного сканирования (числом станций сканирования, отсутствием «мертвых зон» и т.д.).
После завершения моделирования здания возможно получение полной обмерочной документации в автоматическом режиме. Это включает чертежи, планы и разрезы, выполненные с учетом всех конструктивных особенностей объекта. Следующий этап — проведение прочностных расчетов, динамических анализов и других видов расчетов. Наличие подробной CAD-модели позволяет значительно ускорить и повысить точность расчетов.
Лазерное сканирование может быть использовано в различных отраслях и на разных этапах жизненного цикла объектов:
Каждое из перечисленных применений лазерного сканирования демонстрирует его значимость и широкие возможности в различных аспектах строительства, проектирования и эксплуатации объектов.

Главные преимущества технологии:
Возможности ТЛС выходят далеко за рамки простого мониторинга строительно-монтажных работ. Она также результативна при обследовании существующих объектов, включая те, которые находятся на этапе реконструкции. В ходе обследования можно получить не только чертежи и схемы, но и полноценную информационную модель здания, представляющую собой точную 3D-копию объекта. Таким образом, внедрение ТЛС в этот процесс не только снижает риски для персонала и экономит значительное количество времени, но и обеспечивает получение своевременных и точных данных о прочности конструкций, появлении повреждений, дефектов и изменениях. Особенно полезно это при работе в труднодоступных местах, связанных с повышенными рисками (например, обследование аварийных зданий). ТЛС позволяют работать с объектами любой сложности, формы и степени разрушения, при этом гарантируют быстрое создание облака точек с высокой точностью и уровнем детализации.
Сегодня существует несколько типов ТЛС, различающихся применяемыми устройствами, методами регистрации и обработки данных. Эти типы условно можно классифицировать следующим образом:

3D сканирование играет важную роль в процессе мониторинга, особенно если дело касается объектов культурного наследия (исторических зданиях). Наложение облака точек позволяет делать обоснованные выводы о наличии или отсутствии активных разрушающих процессов в конструкциях объекта. Для исторических зданий, которые зачастую обладают сложной геометрией и уникальными элементами конструкции, полная информационная модель, созданная с помощью ТЛС, позволяет систематизировать и сохранять данные о предыдущих работах, а также получать достоверную информацию о текущем техническом состоянии объекта. По мере проведения мониторинга с применением ТЛС информационная модель может пополняться сведениями о повреждениях, дефектах, причинах их появления, ухудшении состояния и износе материалов.
Выбор конкретного типа ТЛС влияет на стоимость проводимых работ, однако все виды при осуществлении мониторинга можно считать перспективным методом с широкой сферой применения и значительными возможностями в обозримом будущем.
Методика диагностики, описанная выше, способствует повышению точности и снижению влияния субъективных факторов при оценивании технического состояния зданий, что в итоге приводит к улучшению безопасности и надежности проводимых ремонтных работ.
Для консультации или заказа услуги нажмите кнопку «Оставить заявку» или свяжитесь с нами по телефону +7 (495) 649-22-40 или по email info@acropol-geo.ru
На сегодняшний день оценивание технического состояния объектов в значительной степени зависит от квалификации специалистов, выполняющих инженерные обследования. К сожалению, нередко встречаются ситуации, когда технические решения принимаются на основании неверных предположений о поведении конструкций или неполноценной диагностики, игнорирующей воздействие скрытых факторов. В результате, изначально незаметные дефекты начинают проявляться вновь, усугубляясь и приводя к ухудшению общего состояния объекта, что требует повторного вмешательства.

Чтобы минимизировать влияние человеческого фактора на выявление особенностей технического состояния строений, была разработана специальная методика диагностики. Самым эффективным и объективным способом оперативного сбора актуальных данных в современных условиях является технология 3D лазерного сканирования, которая позволяет мгновенно производить до миллиона измерений. Сканер измеряет расстояние и угол до каждой точки объекта, регистрируя их координаты по трём осям, что приводит к формированию набора данных в виде облака точек, отражающего размеры, положение и конфигурацию объекта. По сути, 3D сканирование представляет процесс сбора данных о поверхности объекта, который помогает получить детальную информацию о форме, размерах, плоскостях и цвете исследуемого объекта. Собранные данные впоследствии обрабатываются с помощью специального ПО для создания двухмерных цифровых чертежей или трехмерных моделей.
Основная идея использования метода сканирования заключается в сведении к минимуму числа ручных операций на всех этапах работы с объектом путем объединения данных, собранных во время выполнения измерений в единую цифровую модель здания (BIM — Building Information Model). Начальный шаг включает трехмерное лазерное сканирование (ТЛС) существующего объекта. Результат сканирования — оцифрованное «облако точек». Само по себе «облако точек» не является моделью здания, а представляет исходные данные о точных геометрических характеристиках объекта. Далее «облако» нужно преобразовать в высокоточную геометрическую CAD-модель здания. Этот этап является самым затратным и сложным, поскольку на текущий момент отсутствуют специализированные программы для автоматической конвертации облаков точек строительных объектов в модели зданий. Важно отметить, что степень автоматизации процесса создания модели здания зависит от качества выполненного лазерного сканирования (числом станций сканирования, отсутствием «мертвых зон» и т.д.).
После завершения моделирования здания возможно получение полной обмерочной документации в автоматическом режиме. Это включает чертежи, планы и разрезы, выполненные с учетом всех конструктивных особенностей объекта. Следующий этап — проведение прочностных расчетов, динамических анализов и других видов расчетов. Наличие подробной CAD-модели позволяет значительно ускорить и повысить точность расчетов.
Лазерное сканирование может быть использовано в различных отраслях и на разных этапах жизненного цикла объектов:
- Проектирование новых объектов. На этапе проектирования лазерное сканирование позволяет получить точнейшие данные о рельефе участка, находящихся на нем зданиях и инфраструктуре с целью разработки проектов с учётом существующих условий местности.
- Контроль качества строительства. Лазерное сканирование используется для проверки соответствия возведённого объекта проектным документам. Это позволяет своевременно обнаружить отклонения и предотвратить дорогостоящие ошибки.
- Оценка текущего состояния объекта. При подготовке к ремонту или реконструкции лазерное сканирование помогает оценить состояние конструкций, выявить деформации и повреждения, что критически важно для разработки плана восстановительных работ.
- Оптимизация пространства и функций. Лазерное сканирование создаёт основу для разработки планов модернизации, позволяя учесть существующие условия и предложить наилучшие варианты улучшения функциональности объекта.
- Создание или обновление чертежей. Лазерное сканирование помогает восстановить утраченные или устаревшие чертежи, а также обновить документацию в соответствии с текущим состоянием объекта.
- Мониторинг состояния конструкций. Сканирование позволяет контролировать состояние конструкций на всех этапах строительства, выявлять возникающие дефекты и деформации, что помогает вовремя принять меры по устранению проблем.
- Обследование опасных участков. Сканирование применяется для безопасного обследования труднодоступных или опасных зон, таких как шахты, туннели или аварийные здания, что минимизирует риски для персонала.
- Определение технического состояния зданий и сооружений при их эксплуатации. Лазерное сканирование используется для периодической оценки технического состояния эксплуатируемых объектов, определения степени износа и необходимости проведения ремонтных работ.
- Создание 3D моделей в системах BIM моделирования. Сканирование является основой для создания трёхмерных информационных моделей зданий (BIM), использующихся с целью оптимизации процессов модернизации, реконструкции, перепланировки, технического оснащения и прокладки инженерных сетей.
- Отслеживание следованию всем особенностям проекта. Сканирование даёт возможность осуществлять комплексный строительный надзор, сравнивая реальные результаты с проектными документами, что гарантирует соответствие готового объекта всем требованиям и стандартам.
Каждое из перечисленных применений лазерного сканирования демонстрирует его значимость и широкие возможности в различных аспектах строительства, проектирования и эксплуатации объектов.

Главные преимущества технологии:
- Сокращение времени на проведение контрольных замеров и увеличение их количества. Широкий диапазон установки сканера относительно объекта (от нескольких сантиметров до сотен метров) позволяет охватывать значительные площади
- Отсутствие помех для строительных процессов. Измерения проводятся бесконтактным способом, что повышает безопасность работ
- Четкое фиксирование геометрического положения всех элементов и форм объекта. При выполнении работ исключается возможность неточности в определении конфигурации и местоположения отдельных частей сооружения
- Исключение ошибок, вызванных человеческим фактором. Автоматическое занесение данных в единое координатное пространство сводит к минимуму вероятность случайных погрешностей
- Быстрое получение результатов. Технология позволяет принимать актуальные решения практически в режиме реального времени
- Максимально правильная установка коммуникаций, конструкций и оборудования. При использовании сканирования снижается риск ошибок при монтаже
- Мгновенное выявление несоответствий проекту. Интеграция с проектной документацией обеспечивает прозрачность строительного процесса и предотвращает возможные ошибки
- Применение ТЛС при контроле строительных процессов трудно переоценить. Раннее обнаружение отклонений и ошибок позволяет избежать дополнительных финансовых затрат, возникающих при исправлении нарушений на поздних этапах строительства, когда изменения внести бывает сложно или почти невозможно.
Возможности ТЛС выходят далеко за рамки простого мониторинга строительно-монтажных работ. Она также результативна при обследовании существующих объектов, включая те, которые находятся на этапе реконструкции. В ходе обследования можно получить не только чертежи и схемы, но и полноценную информационную модель здания, представляющую собой точную 3D-копию объекта. Таким образом, внедрение ТЛС в этот процесс не только снижает риски для персонала и экономит значительное количество времени, но и обеспечивает получение своевременных и точных данных о прочности конструкций, появлении повреждений, дефектов и изменениях. Особенно полезно это при работе в труднодоступных местах, связанных с повышенными рисками (например, обследование аварийных зданий). ТЛС позволяют работать с объектами любой сложности, формы и степени разрушения, при этом гарантируют быстрое создание облака точек с высокой точностью и уровнем детализации.
Сегодня существует несколько типов ТЛС, различающихся применяемыми устройствами, методами регистрации и обработки данных. Эти типы условно можно классифицировать следующим образом:
- Наземные технологии лазерного сканирования (НТЛС). Исполнители устанавливают сканер на неподвижный штатив и производят замеры непосредственно с земли. НТЛС применяется с любых точек, где возможна установка штатива, и обеспечивает максимальное покрытие объекта с минимальным количеством теневых зон. Производительность НТЛС определяется количеством используемых устройств.
- Мобильные технологии лазерного сканирования (МТЛС). Сканирующее устройство монтируется на транспортное средство, и замеры производятся по мере движения транспорта. Это ограничивает область охвата, а производительность напрямую зависит от наличия помех (например, встречного транспорта). Соответственно, производительность МТЛС оценивается в километрах пройденного пути (железнодорожные или автомобильные трассы).
- Воздушные технологии лазерного сканирования (ВТЛС). Эффективность этого метода сильно зависит от погодных условий. В последние годы для ВТЛС начали активно использовать беспилотные летательные аппараты (БПЛА). Их преимуществами являются небольшая стоимость, доступность и большая маневренность (благодаря небольшим размерам и способности приближаться к объектам на минимальное расстояние). Оснащённый высокоточным сканером БПЛА может самостоятельно перемещаться в воздухе, управляясь оператором через пульт или бортовой компьютер, и за кратчайшее время произвести замеры в труднодоступных местах с минимальным числом теневых зон. В отличие от НТЛС и МТЛС, ВТЛС не ограничивается возможностями передвижения сканера пешком или на транспорте, так как видит практически всю площадь объекта сверху.

3D сканирование играет важную роль в процессе мониторинга, особенно если дело касается объектов культурного наследия (исторических зданиях). Наложение облака точек позволяет делать обоснованные выводы о наличии или отсутствии активных разрушающих процессов в конструкциях объекта. Для исторических зданий, которые зачастую обладают сложной геометрией и уникальными элементами конструкции, полная информационная модель, созданная с помощью ТЛС, позволяет систематизировать и сохранять данные о предыдущих работах, а также получать достоверную информацию о текущем техническом состоянии объекта. По мере проведения мониторинга с применением ТЛС информационная модель может пополняться сведениями о повреждениях, дефектах, причинах их появления, ухудшении состояния и износе материалов.
Выбор конкретного типа ТЛС влияет на стоимость проводимых работ, однако все виды при осуществлении мониторинга можно считать перспективным методом с широкой сферой применения и значительными возможностями в обозримом будущем.
Методика диагностики, описанная выше, способствует повышению точности и снижению влияния субъективных факторов при оценивании технического состояния зданий, что в итоге приводит к улучшению безопасности и надежности проводимых ремонтных работ.
Для консультации или заказа услуги нажмите кнопку «Оставить заявку» или свяжитесь с нами по телефону +7 (495) 649-22-40 или по email info@acropol-geo.ru