Хабрахабр

Облако точек. Как мы развиваем цифровые технологии в строительстве

Возможно, вы в курсе, а может быть и нет, но мы плотно занимаемся разработкой технологий Индустрии 4.0. IoT, машинное обучение на реальном производстве, цифровые двойники предприятий – со всеми этими вещами мы знакомы не понаслышке. Другими словами, мы знаем, как подружить «цифру» с брутальным тяжёлым машиностроением или нефтедобычей.

Мы решили озаглавить свой рассказ «Облако точек», и совсем скоро вы поймёте, почему именно так.
Давайте представим самую обычную строительную площадку. Но сегодня мы хотим рассказать о чуть менее героических разработках для не менее суровой строительной отрасли. В определённый момент на объекте потребуется провести контроль качества выполненных работ. Не жилого дома, а что-нибудь промышленное. И как? Подрядчики что-то построили, но вот что? Нужно понять, насколько возведённое сооружение или его часть соответствует проекту.

Если объект большой, это может занять немало времени. Можно действовать по традиционной методике: отправить хороших ребят с теодолитами, чтобы они всё промерили. Не во все углы хорошие ребята смогут залезть и всегда будет риск ошибки.

Проводить контроль качества быстро, с помощью высокоточного оборудования, а на выходе сразу предоставлять отчёты с перечислением найденных недостатков? А что если автоматизировать процесс?

Как это работает

Поскольку разработка изначально была ориентирована на серьёзные промышленные объекты, мы будем считать, что у таких объектов всегда есть проект в формате 3D-модели. Дальше мы берём эту 3D-модель и сканируем объект с помощью технологии лазерного сканирования.

Современный высокоточный дальномер может сканировать до нескольких миллионов точек в секунду. Лазерный сканер позволяет относительно недорого и с высокой точностью обработать возводимое сооружение. Так что буквально за рабочий день можно получить цифровую модель объекта.

Мы получаем облако координат, которое соответствует поверхностям построенного объекта. Мы точно знаем местоположение сканера, точно знаем направление и расстояние до каждой точки, а значит у нас есть 3D-координаты точек. Это облако координат мы и называем «облаком точек».

У объекта может быть сложная планировка, в проекте могут быть предусмотрены колонны и другие интересные конструктивные элементы. Естественно, проводится не один замер. Дальше полученные «облака точек» нужно «сшить» в одно. Сканер перемещают, процедура сканирования повторяется несколько раз.

Сейчас эту задачу решают люди, накладывая «облако» на 3D-модель и отыскивая отклонения на глаз. Мы разработали решение, которое позволяет в автоматическом режиме проводить сравнение «облака точек» с проектом сооружения в 3D. Мы полностью автоматизировали процесс и назвали свой прототип Jet Construction Monitor. Автоматизированных решений подобного рода очень мало и их функциональные возможности ограничены.

Формально всё хорошо: задача решается. Почему мы считаем, что живой человек – это плохо? Второй момент – время. Однако, работая с большим объектом, человек может элементарно не заметить сравнительно небольшое отклонение, которое, тем не менее, будет выходить за допуск. Всегда есть вероятность ошибки. Третий момент – человеческий фактор: отклонения есть всегда, сотрудник будет самостоятельно определять, соответствуют они нормам или нет, что с ними делать. Четвёртый момент – такой анализ невозможно провести на площадке, потребуется достаточно производительное оборудование, которое там держать никто не будет.

Jet Construction Monitor выявляет отклонения от проектной 3D-модели в отсканированных «облаках». При этом учитываются допуски на каждый класс конструктивных элементов. Когда элемент выходит за границу допуска, фиксируется отклонение.

На практике при обкатке системы мы столкнулись с определёнными сложностями. На словах всё кажется предельно простым. Поэтому мы задаём некую область значений и внутри этой области ищем точки, относящиеся к определенному элементу модели. Когда есть уже готовое «облако точек», трудно понять, где находятся реальные границы объекта. Если точки найдены, считается, что они ложатся на этот элемент.

Отклонения рассчитываются только для элементов модели, у которых процент покрытия выше порогового значения. Если такие точки не обнаружены или они не попадают в заданную область, считается, что элемент не был покрыт сканированием. Jet Construction Monitor учитывает отклонения следующих типов: сдвиг в сторону, масштабирование, поворот. Обычно порог устанавливается на отметке в 75%.


Облако точек, наложенное на модель

Система выдаёт результат в двух вариантах. Итак, мы скармливаем системе: «облако точек», проектную 3D-модель и нормативно-справочную информацию об отклонениях для различных классов конструктивных элементов. Второй – отчет в виде таблицы зафиксированных отклонений. Первый – это интерактивная 3D-визуализация, которую можно рассмотреть со всех сторон.


Интерактивная 3D-визуализация с показанными отклонениями

Зелёным цветом на визуализации отмечаются элементы, для которых отклонения не превышают допустимых значений. На интерактивной визуализации вы видите, что разные конструктивные элементы окрашены в разные цвета. Фиолетовым отмечены отклонения в одну сторону, красным – в другую сторону.

Обычно это элементы проектной 3D-модели, которые не подлежат сканированию, например, части фундамента. На визуализации серым цветом могут быть показаны участки, не покрытые «облаком точек». Также это могут быть элементы, у которых покрытие меньше 75%.

Если отклонения выше установленных пороговых значений, ячейка в таблице подсвечивается красным цветом. Элементы модели, как уже говорилось, выводятся в виде табличного списка с информацией об отклонениях. Таблицу можно экспортировать в Excel, отсортировать по показателю отклонений и в виде реестра отклонений предъявить исполнителю.


Таблица элементов модели с указанием отклонений

Серьёзное преимущество нашего решения – в возможности вывода данных по отдельным конструктивным элементам. Jet Construction Monitor построен на платформе CloudCompare. Похожее решение есть у Autodesk: там тоже «облако» можно наложить на проектную модель. Именно с ними работают проектировщики и строители. Однако отклонения не привязываются к перечню конструктивных элементов.

Где это применять

Jet Construction Monitor в первую очередь ориентирован на заказчиков строительства – тех, кто контролирует строительных подрядчиков. При этом совсем не обязательно иметь собственный лазерный сканер и соответствующего специалиста. Есть компании, которые предоставляют такую услугу за разумные деньги.

На практике это означает, что вполне реально получать еженедельный отчёт о состоянии возводимого сооружения и таким образом контролировать подрядчиков. Даже для достаточно крупного промышленного объекта сканирование и создание готового «облака точек» можно провести за один день. А главное – если вовремя обнаружить недочёты, их намного проще и дешевле исправлять. Заодно можно избежать срыва сроков строительства, следить за соблюдением требований проекта и технологических требований, предотвратить потенциальные аварии.

Сейчас в той или иной мере Jet Construction Monitor поддерживает следующие функции:

  • Поиск и интерактивная 3D-визуализация отклонений;
  • Формирование отчёта-таблицы с перечислением элементов, выходящих за границы допусков;
  • Интеграция с отраслевыми справочниками;
  • Импорт моделей в системы проектирования;
  • Импорт «облака точек»;
  • Распознавание конструктивных элементов.

Основные потребители такого решения – крупные компании, например, из ресурсодобывающих и производственных отраслей. Они строят масштабные объекты: цеха, заводы, различного рода терминалы, где речь идёт о высокой степени ответственности.

Планы на будущее

Конечно, мы бы хотели добавить в Jet Construction Monitor некоторые возможности, которые сделают решение еще более эффективным и удобным.

Сейчас решение умеет отыскивать и распознавать в «облаке точек» только несколько таких образов типа «балка», «колонна», «труба изогнутая». Мы работаем над функцией распознавания образов с использованием алгоритмов машинного обучения. Заодно, усовершенствовав функцию распознавания, мы планируем её оптимизировать и сократить время обработки «облака точек». Автоматическое распознавание позволит улучшить качество построения «облаков» и выявления отклонений, даже для тех объектов, которых по каким-то причинам не было в проектной 3D-модели.

Jet Construction Monitor делался под один из наиболее популярных программных комплексов автоматизированного проектирования Autodesk Revit. Второй момент, который хотелось бы улучшить, связан с проблемой экспорта конструктивных элементов. Однако при экспорте иерархия не сохраняется и на выходе получается «плоский» список элементов. Это инструмент BIM-проектирования, в нём реализована практичная и удобная иерархия конструктивных узлов и элементов. Это еще одно направление доработок. Для масштабных проектов такой список получается громоздким, с ним тяжело работать.

Поэтажный план здания, где выделены элементы с отклонениями за пределами допусков, это своеобразный промежуточный вариант представления – между 3D-визуализацией и таблицей. Наконец, мы думаем добавить функцию создания 2D-сечений – чертежей, на которых будут выделяться элементы, требующие внимания.

И он сможет стать важной частью BIM-конвейера в управлении строительством для крупных строительных заказчиков. В итоге у нас появляется полноценный продукт для автоматизированного контроля этапов и качества строительства сложных объектов.

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть