12.01.2022

Как с помощью лазерного 3D-сканирования сократить риски при строительстве и реконструкции зданий и объектов

Технология 3D лазерного сканирования зданий позволяет получить данные в виде облака точек о размерах, положении и конфигурации объекта. Она применяется как на этапе проектирования, так и при восстановлении документации на уже существующее здание. Рассказываем, как происходит лазерное 3D-сканирование объектов и какие преимущества оно дает.

Содержание:

  1. Снимать труднодоступные здания и объекты сложных форм безопасно и быстро
  2. Получить данные о фактических размерах и конфигурациях объекта
  3. Создать на основе облака точек BIM-модель
  4. Проверить модель на наличие коллизий
  5. Контролировать соответствие здания проекту на всех этапах работ
  6. Получить подробный план уже существующих зданий
  7. Проводить съемку без остановки работ
  8. Сократить расходы на проведение работ
  9. На заметку заказчикам и специалистам

Снимать труднодоступные здания и объекты сложных форм безопасно и быстро

Лазерное сканирование используется при:

  • строительстве;
  • ремонте или реконструкции;
  • модернизации;
  • восстановлении или актуализировании технической документации.

Преимущество технологии в том, что можно оцифровать объекты сложных геометрических форм. Например, отсканировать декоративные элементы.

Облако точек, полученное путем лазерного сканирования потолка в помещении. Съемка выполнена «Гектар Групп». Здесь и далее иллюстрации «Гектар Групп», если не указано иного
Облако точек, полученное путем лазерного сканирования потолка в помещении. Съемка выполнена «Гектар Групп». Здесь и далее иллюстрации «Гектар Групп», если не указано иного

Лазерный сканер подходит для работы с объектами, к которым нет возможности подойти близко, и со зданиями большой площади. Дальность съемки такими приборами составляет сотни метров. Благодаря высокой скорости измерений, например, отснять фасады здания возможно за один день полевых работ.

Съемка фасадов лазерным сканером
Съемка фасадов лазерным сканером

Получить данные о фактических размерах и конфигурациях объекта

Лазерный сканер заменяет тахеометр. Прибор работает так: лазерный луч проходит через систему зеркал и отражается от объекта. Он измеряет расстояние и угол направления до каждой точки объекта и записывает их координаты по трем осям.

За одну секунду сканер производит от сотни тысяч до миллионов измерений, в зависимости от характеристик прибора. В результате получается облако точек. Лазерное сканирование дает актуальные данные об объекте, которые часто отличаются от расчетных. Без таких данных есть вероятность, что элементы не подойдут по размеру или встанут неровно.

Облако точек, полученное в результате лазерного сканирования фасада 10-этажного здания
Облако точек, полученное в результате лазерного сканирования фасада 10-этажного здания

Создать на основе облака точек BIM-модель

Здание сканируется с нескольких точек. Одна стоянка в среднем занимает от 2 до 20 минут. Точное время зависит от величины объекта, количества деталей и целей съемки. Данные, полученные с разных точек, нужно собрать вместе.

Для этого облако загружается в программу для проектирования. Там точки приводятся к единым координатам и «сшиваются» в информационную модель. Это происходит автоматически или в режиме ручных настроек.

BIM-модель оборудования аэропорта.
BIM-модель оборудования аэропорта. Источник: www. united-bim.com

При проектировании в модель добавляются необходимые элементы: трубопроводы, балки и другие. Программа предложит варианты инженерных решений по заданным параметрам и подскажет, какой из них наилучшим образом подойдет для конкретной модели. Такое проектирование называется генеративным дизайном.

Проверить модель на наличие коллизий

При лазерном сканировании мы получаем актуальную информацию об объекте, инженерных коммуникациях, ландшафте. Благодаря высокой точности данных можно без ошибок рассчитать присоединение объекта к сетям.

Если в BIM, построенной на основе данных лазерного сканирования, возникла коллизия, программа найдет и покажет ее автоматически при запуске проверки. Например, инженер, который проектировал вентиляцию, не учел расположение колонн в здании. В итоге воздуховод пересекается с колонной. С помощью BIM ошибку можно выявление и устранить до монтажа.

Так выглядит отчет о проверке на коллизии.
Так выглядит отчет о проверке на коллизии. Источник: csoft.nnov.ru

Бывают также неявные коллизии, когда элементы не пересекаются, но расстояние между ними меньше допустимого. Их тоже поможет обнаружить 3D-модель. Проверки на коллизии рекомендуется проводить ежедневно в течение всего периода работы над объектом.

Контролировать соответствие здания проекту на всех этапах работ

BIM, построенная на данных лазерного сканирования, позволяет визуализировать прогресс строительства и выявлять отклонения от проекта. Для этого объект сканируют, результаты загружают в программу и накладывают их на модель.

При совмещении изображений видно, где и на сколько здание не соответствует плану. Например, пол в помещении сделали неровно. Данные лазерного 3D сканирования объектов позволяют точно измерить величину отклонений и принять решения по их исправлению.

Даже если здание типовое и по проекту все этажи одинаковые, фактически они могут различаться. По этой причине лучше сканировать каждый этаж отдельно, а затем объединять данные в единую модель.

Получить подробный план уже существующих зданий

При реконструкции или модернизации здания требуется его подробный план, чтобы по размерам изготовить новые элементы для замены старых. Часто его либо нет, либо он не соответствует действительности.

3D-сканирование здания помогает получить точные данные. Например, при восстановлении Собора Парижской богоматери после пожара, случившегося весной 2019 года, использовали BIM-модель, ее создавали по старым фотографиям и данным лазерного сканирования.

3d-модель храма в программе Autodesk.
3d-модель храма в программе Autodesk. Источник: adsknews.autodesk.com

В России технология лазерного сканирования тоже успешно применяется. Пример — бывшее здание Министерства экономического развития России на Овчинниковской набережной. Здание площадью более 40 тысяч квадратных метров, построенное в 1956 году, приспосабливали под современные нужды.

Для того чтобы изготовленные элементы фасада, в том числе лепные, подошли, нужны были актуальные чертежи. Съемку проводили одновременно с демонтажными работами.

    Подпишитесь на рассылку
    Раз в неделю будем присылать вам самые интересные материалы

    Мнение эксперта

    Рассказывает Константин Баранов:

    «Мы снимали здание поэтажно: приехали, сняли, рабочие демонтировали этаж — мы снова выполнили съемку, и так далее. Всего сделали более тысячи стоянок лазерного сканирования. Съемка одного этажа в среднем занимала 5−6 часов, в зависимости от его конфигурации. Обход по фасадам — 7 часов. В итоге получилась громоздкая система — облако точек весом больше 500 гигабайт.

    Результатом нашей работы стал классический комплект плоских чертежей, облако точек и 3D-модель участка верхнего карниза. Достоверно все эти данные можно было получить только с помощью лазерного сканирования из-за особенностей геодезического сопровождения демонтажных работ и наличия декоративных элементов. Да и создать точную модель здания высотой 40 метров и поддерживать ее, в том числе дорисовывать «слепые зоны», непрерывно в течение нескольких месяцев другим способом было бы невозможно».

    Константин Баранов, специалист по лазерному сканированию компании «Гектар Групп»

    Чертеж, выполненный на основе данных лазерного сканирования компанией «Гектар Групп»
    Чертеж, выполненный на основе данных лазерного сканирования компанией «Гектар Групп»

    Проводить съемку без остановки работ

    Преимущество лазерного сканирования в том, что съемку можно выполнять во время проведения работ, в присутствии людей. Это удобно в случаях, когда строительные работы ведутся непрерывно, а получать данные нужно оперативно.

    Результат лазерного сканирования помещения в процессе демонтажных работ
    Результат лазерного сканирования помещения в процессе демонтажных работ

    У лазерных сканеров есть ограничения по условиям эксплуатации. Для многих моделей рабочая температура не ниже +5. Есть приборы, которые работают до -20 градусов. Если планируете снимать на улице, изучите характеристики оборудования.

    Сильные осадки могут стать препятствием для проведения сканирования. Если на крыше лежит плотный слой снега, то перед измерениями ее лучше очистить. Он может помешать получить точное изображение объекта.

    Сократить расходы на проведение работ

    Покупка наземного лазерного 3d-сканера обойдется в среднем в 1−10 миллионов рублей. Можно заказать сканирование у подрядной организации. Услуга будет стоить от 15 до 150 рублей за квадратный метр.

    Расходы на съемку окупаются за счет того, что:

    • сокращаются сроки работ;
    • материалы рассчитываются с высокой точностью, не нужно закладывать запас до 20%;
    • коллизии и ошибки выявляются в модели до выполнения работ — не нужно переделывать.

      Подпишитесь на рассылку
      Раз в неделю будем присылать вам самые интересные материалы

      Мнение эксперта

      Комментирует Константин Баранов:

      «Если говорить про работы более сложные, чем чертежи, то применение лазерного сканирования окупается только при условии наличия специалистов, которые будут работать с такими данными. А если нет таких специалистов, то, вероятно, полученная модель никогда не будет использоваться, соответственно, расходы не окупятся.

      Рынок услуг лазерного сканирования сейчас сильно отличается от того, что было 5 лет назад. Стоимость работы стала гораздо более доступной для широкого круга заказчиков. Раньше были заоблачные цены, а сейчас можно за деньги, сопоставимые со стоимостью тахеометрической съемки, получить на порядок более полные и точные данные».

      Константин Баранов, специалист по лазерному сканированию компании «Гектар Групп»

      На заметку заказчикам и специалистам

      Технология лазерного сканирования находят широкое применение в строительстве. Она помогает снизить риски:

      • погрешности в измерениях и изысканиях;
      • ошибок при проектировании;
      • коллизий;
      • отклонений от проекта;
      • неточностей в расчетах материалов.

      Эффективность технологии подтверждает российский и зарубежный опыт. Важное условие при внедрении — чтобы работники умели использовать данные лазерного сканирования.