ЛАЗЕРНОЕ СКАНИРОВАНИЕ

Лазерное сканирование — современная технология проведения обмерных работ, способствующая автоматизации сбора данных об объекте, а также представления выходных данных в виде (2D и 3D) моделей.

Что такое лазерное сканирование?

Метод базируется на использовании лазерного сканера. В ходе исследования измеряются координаты точек поверхности объекта. Собранные воедино, они представляют собой «облако точек».
Впоследствии облако может быть преобразовано в трехмерную модель, плоский чертеж, набор сечений. Съемка производится с миллиметровой точностью и скоростью до 1 млн точек в секунду.

Преимущества метода:

• точность и скорость работы лазерного сканера (съемка на одной точке от 2-х до 10 минут);
• высокий уровень детализации данных («облако точек», являющееся полной копией объекта);
• минимизация человеческого фактора (автоматизация процесса, безопасность, сбор данных об объекте на расстоянии от него);
• четкая визуализация результата, в том числе 3D модель для целей BIM-проектирования.

Сокращение сроков съемки и минимизация трудозатрат позволяет:

• снизить стоимость проведения съемки в 2-3 раза, по сравнению с классическими технологиями;
• сократить сроки проектирования на 20-30%.

Актуальность технологии

В сфере проектирования предъявляются особые требования к полноте и достоверности информации об объекте.
При проведении архитектурных обмеров сложных объектов могут возникать трудности:

• длительный процесс тахеометрической съемки, срыв сроков, увеличение проектного бюджета;
• затруднение доступа к элементам объекта, невозможность получения информации;
• трудоемкий, длительный и процесс создание комплекта чертежей.

Все эти проблемы решают современные технологии обмерных работ. Одной из них является лазерное сканирование.

Информационная модель (BIM) — инновационное решение в области строительства, предполагающее комплексную обработку данных об объекте в трехмерном представлении.

При BIM-моделировании все составляющие части проекта рассматриваются как единое целое, в том числе архитектурная, технологическая, конструктивная, сметная, вопросы безопасности и пр. Это делает модель реалистичной, максимально приближенной к оригиналу.

Создание информационной модели в «Скиф» позволяет:

• сократить сроки изыскательских и проектных работ на 20-40%;
• своевременно выявить несоответствия на этапе проектирования;
• минимизировать риски возникновения простоев, ошибок, переделок, непредвиденных затрат;
• снизить расходы на этапе строительства на 10-30%

Преимущества BIM демонстрирует инфографика
от Министерства строительства РФ

Использование BIM модели объекта обеспечит:

• комплексный анализ данных, выбор оптимального варианта проекта;
• связь архитектурной, конструктивной, технологической, сметной части;
• моделирование любой ситуации жизненного цикла проекта;
• контроль стоимости строительства и прозрачность информации;
• сокращение сроков ввода объекта в эксплуатацию;
• понимание статуса проекта на всех уровнях планирования.

В 2019 году в Градостроительном кодексе РФ впервые появилось упоминание о BIM, что стало триггером для популяризации технологии в сферах строительства и проектирования.

Что важно знать заказчику о BIM-модели

• Внедрение BIM-технологии в проектной организации требует определенной подготовки. В том числе корректировки процесса и психологии проектирования — от индивидуальной к коллективной.
• Необходимо специальное ПО, обучение сотрудников работе с информационной моделью. Кроме того, важно оценить наличие необходимых мощностей для внедрения BIM.
• Техническое задание на разработку BIM-модели
• Разработка и согласование ТЗ на BIM-проект — масштабная и ответственная часть работ, от которой зависит успех проекта в целом. Со стороны заказчика требуется присутствие специалиста, ответственного за разработку техзадания.
• На этапе разработки ТЗ нужно проработать детализацию, функциональные, атрибутивные составляющие отдельных элементов систем (вентиляции, отопления, электрики, кондиционирования, пр.). Все они имеют свою специфику и требования, в зависимости от задач проектирования.

Неточности, допущенные при составлении ТЗ, могут привести к:

1. невозможности применения полученной BIM-модели на практике (сложности в интеграции системы);
2. принятию ошибочных проектных решений (из-за некорректного отображения элемента в модели — отсутствует требуемая точность, атрибутивные параметры);
3. конфликтным вопросам, недопониманию между заказчиком и исполнителем.

При некорректном заполнении ТЗ могут возникать проблемы при работе с отдельными элементами системы. Часто они связаны с недостаточной детализацией, а также отсутствием требуемых атрибутивных параметров, функциональных характеристик.

Что должно содержать ТЗ?

• уровень детализации как всей модели, так и каждого элемента в отдельности (LOD 100, 200, 300, 400, 500);
• все технические решения будущего проекта (оборудование, материалы);
• структуру хранения файлов;
• стандарты оформления информационной модели, пр.

Создание BIM-модели осуществляется в специальном ПО Autodesk Revit на основе облака точек, полученного в ходе лазерного сканирования.

Для моделирования одного и того же элемента (например, стены) могут применяться разные инструменты, в зависимости от требований. Иногда требуется миллиметровая точность геометрических параметров (например, при реконструкции дамбы), а где-то в большей степени важна привязка в другим параметрам системы (например, при надстройке этажей).

Сложности при составлении ТЗ

Сложности зачастую связаны с тем, что для грамотного составления ТЗ специалист должен обладать достаточными знаниями на стыке нескольких смежных сфер, BIM и геодезии. Далеко не все предприятия могут похвастаться наличием таких экспертов, ведь инновационные BIM-технологии пока находятся на стадии развития.

При необходимости эксперты «Скиф»:

• помогут составить ТЗ на разработку BIM-модели — от первичной аналитики до глубокой проработки деталей проекта;
• произведут оценку текущих мощностей заказчика и готовность к внедрению технологии.

Стоимость данного этапа зависит от уровня погружения и объема работ. Экономия на подготовке может привести к ошибкам в ТЗ и всем вытекающим последствиям. В свою очередь инвестиции в подготовку исключают недопонимание, возможные риски и потраченные впустую средства на разработку BIM-модели.

6 причин обратиться в «Скиф»

1. Помощь в подготовке ТЗ на BIM-модель (оценка мощностей заказчика, готовности к внедрению технологии);
2. Штат инженеров с профильным образованием и опытом работы от 8 лет;
3. Современные лазерные сканеры FARO Focus 3D с точностью измерений до 0,5 мм;
4. Тахеометры с точностью измерений до 1 мм от Leica, Sokkia для создания планово-высотной геодезической основы;
5. Автоматизированная обработка данных с помощью международного ПО: Autodesk Revit, Autocad, ReCap, Laser Control;
6. Предоставление данных в требуемом заказчику формате.

Технология мобильного лазерного сканирования (МЛС) позволяет получить высокоточные трехмерные пространственные данные объектов. Измерения осуществляются лазерными сканерами с использованием движущихся транспортных средств.

Для проведения съемки используется система мобильного картографирования, устанавливаемая на движущийся объект. Преимущественно используются автомобили, но также могут применяться ж/д транспорт, суда или другая подходящая платформа.
Преимущества метода

Эта технология сочетает:

• детальность и точность от НЛС (наземного метода съемки);
• скорость и объемы получения данных от ВЛС (воздушного лазерного сканирования).

Работы могут осуществляться в любое время суток, не мешая общему потоку транспорта. Средняя скорость перемещения съемочной платформы составляет примерно 70 км/час.

Метод МЛС подразумевает проведение съемки всех объектов, которые встречаются по курсу движения комплекса.

Исследованию подлежат:

• сооружения, здания;
• дорожное полотно;
• ЛЭП;
• туннели, мосты, пр.

Так, автомобилю достаточно всего 2-3 раза проехать по улице для сбора информации о дорожной инфраструктуре, прилегающей к ней территории.

Преимущества метода:

1. высокая точность, скорость сбора данных;
2. минимизация человеческого фактора (бесконтактное измерение труднодоступных объектов);
3. экономия времени, трудозатрат при съемке уличных кварталов, протяженных объектов;
4. высокий уровень детализации данных («облако точек», являющееся полной копией объектов);
5. четкая визуализация результата, в том числе 3D модель для целей BIM-проектирования.

Выполнение полевых измерений методом МЛС осуществляется со скоростью до 2 млн точек в секунду и детальностью полученных данных около 4 см (измерение дороги длиной в 100 км займет 1 полевой день).

Мобильное лазерное сканирование автодорог

Сканирование автомобильных дорог — метод, который может использоваться на каждом этапе жизненного цикла трассы. МЛС применяется при проектировании, территориальном планировании, а также ремонте, реконструкции дороги, пр.

Исследования преимущественно проводятся для:

• топосъемки линейных объектов (автодорог, тоннелей, мостов);
• создания цифровых моделей рельефа, дорожного покрытия;
• анализа уклонов проезжей части (поперечных, продольных);
• создания поперечных, продольных профилей автодороги;
• создания паспорта автодороги;
• оценки зон видимости;
• создания ведомостей дорожных знаков, ограждений, рекламных щитов, пр.

Технология также используется для проведения мониторинга состояния мостов, дорожных развязок. Применение МЛС позволяет выявить: наиболее опасные участки, деформации, состояние опор, грунта.

Плюсы МЛС автодорог:

• за 1 рабочий день мобильная установка может отснять до 200–300 км дороги;
• стоимость съемки в разы ниже, чем при традиционных методах;
• МЛС дает возможность с высокой точностью оценивать состояние трассы;
• предоставляет возможность сравнивать участок дороги «до» и «после» при ремонте и прочих видах работ.

Таким образом, мобильное лазерное сканирование автомобильных дорог позволяет существенно ускорить процесс съемки, а также снизить трудозатраты и стоимость проекта без ущерба качеству.

Мобильное лазерное сканирование в геодезии

Методика МЛС используется для решения многих геодезических задач, в том числе:

• при добыче ископаемых (с целью определения объема выработки, мониторинга просадки грунта);
• мониторинга состояния склонов в опасных местах (где наблюдается сход горных пород);
• при проектировании, модернизации трубопроводов;
• для кадастрового учета, определения охранных зон;
• при проектировании объектов гидроэнергетики (с целью съемки гидроузлов, ГЭС, шлюзов, пр.);
• съемки распределительных узлов, подстанций ЛЭП;
• уточнения зоны залесенности в местах, закрытых для полетов, или там, где это невозможно (съемка ЛЭП).

Принцип работы

Данные собираются автоматически в течение всего сеанса измерений (передвижения мобильной установки). В зависимости от скорости вращения зеркала в сканере и общей скорости перемещения меняется плотность данных.

В среднем детализация составляет около 4 см. Это значит, что на каждые 4 см в пространстве имеется информация в координатах.

Высокая детализация возможна благодаря использованию:

• Технологии построения траектории движения. Здесь в комплексе используются инерциальные датчики, спутниковые технологии, датчики пройденного пути.
• Методики лазерного сканирования (применяются один или больше вращающихся сканеров);
• Технологии формирования панорамных снимков, включая их пространственную и временную синхронизацию;
• Специального ПО для систематизации, обработки информации и формирования единого набора связанных данных — «облако точек», панорамы.

Для компенсации изменения положения сканирующей системы и прерывания спутникового сигнала используется инерционная система. Также для дополнительной коррекции к колесу автомобиля крепится одометр (DMI).

Архитектурные обмеры — геодезические работы, направленные на получение данных о размерах, геометрии зданий, помещений, а также их архитектурных формах, элементах. Они характеризуются определенной толщиной, длиной, высотой, шириной, расположением, пр.

Для принятия грамотных проектных решений (по реставрации, капремонту, перепланировке), а также при восстановлении технической документации, решении прочих задач инженерам необходимо оперировать этими данными.

Что такое архитектурные обмеры?

В соответствии с ГОСТ Р 56905-2016, это исследования, проводимые для сбора достоверных данных о конструкциях, элементах, архитектурных формах объекта, а также его представления в графическом виде.

Исследованию подлежат:

• стены;
• выступы, проемы;
• углубления, колонны;
• лепнина, фрески;
• другие детали планировки.

Проведение испытаний регламентируется:

• ГОСТ Р 56905-2016;
• ГОСТ Р 21.1101-2013;
• СП 13-102-2003.

Под разные виды зданий, чертежей могут применяться другие нормативные акты.

Для чего проводятся?

С течением времени здания разрушаются. Нарушается целостность их архитектурных элементов, осыпается штукатурка, выцветает, бледнеет краска. Восстановлением занимаются реставраторы, археологи и архитекторы.

Как и любые строительные мероприятия, данный процесс не может протекать без геодезистов. Для принятия грамотных проектировочных решений проводятся архитектурные обмеры.

Данные исследования требуются при:

• 3D-моделировании зданий и BIM;
• определении объемов строительных работ;
• подготовке проектной, рабочей документации для проведения капремонта;
• проектировании реконструкции здания с изменением исходных характеристик;
• проектировании перепланировки с изменением конфигурации помещений;
• восстановлении поврежденной, отсутствующей, недостоверной технической документации;
• внутренней паспортизации, инвентаризации основных фондов.

Методы исследований
Методы и приемы проведения обмеров архитектурных объектов зависят от поставленной задачи. Рассмотрим основные из них.

Упрощенный
Актуален для простых объектов с отсутствием изобилия архитектурных форм. Для проведения исследований в данном случае используются лазерные дальномеры, тахеометры. Редко — лазерные сканеры (при ограниченных сроках, большом объеме обмеров).

Упрощенный обмер позволяет получить общее представление об объекте, а именно:

- расположение;
- размеры;
- планировка помещений.

Стандартный
Оптимален для строений с несложной архитектурой. Может использоваться при подготовке дизайн-проекта, проекта на текущий ремонт, решения задач архитектурного проектирования. Также может пригодиться для паспортизации здания, реконструкции.

В отличие от предыдущего, этот метод более детальный. Кроме основных замеров и планировки, здесь анализируются линии, углы, сложные элементы. Это позволяет проектировщикам, архитекторам наглядно изучить характеристики экстерьера, интерьера объекта, функциональных элементов, декораций.

Однако для восстановительных мероприятий этот метод не подходит, поскольку:

не учитывается излишняя подробность (линии, кажущиеся прямыми, принимаются прямыми, а визуально плоские поверхности — плоскими);
не учитываются дефекты, погрешности, деформации, появившиеся со временем, а также по вине строителей.

При проведении исследований используются идентичные инструменты. Однако более значительную роль здесь играет лазерный сканер, позволяющий ускорить процесс без потери точности.

Архитектурно-археологические обмеры
Наиболее сложный, трудоемкий вид исследований. Актуален для сложных объектов, пестрящих мелкими деталями. Позволяет оперативно, детально зафиксировать отклонения, дефекты, деформации. Предоставляет детальную информацию об объекте, требуемую для решения проектных задач.

Подходит для:

- составления проекта по реконструкции;
- фиксации состояния сооружения;
- паспортизации объекта;
- учета памятников культурного наследия (создания виртуальных баз данных), пр.

Данные исследования проводятся исключительно с помощью применения тахеометров и лазерных сканеров. Последние обеспечивают точность измерений до 0,5 мм при скорости съемки около 1 миллиона точек в секунду.

Этапы исследований
1. Подготовительный этап:

1. общение с заказчиком;
2. анализ проектных чертежей;
3. рекогносцировка местности.

2. Полевой этап:

1. уравнивание большого кол-ва стоянок лазерного сканирования (при необходимости);
2. создание планово-высотного обоснования (ПВО) с помощью высокоточного тахеометра;
3. непосредственно наземное лазерное сканирование.

3. Камеральный:

1. уравнивание «сырых» данных лазерного сканирования в программе Z+F LaserControl;
2. индексация облаков точек в Autodesk Recap;
3. создание комплекта плоских чертежей или 3D модели в Autodesk Revit (в зависимости от требований ТЗ);
4. итоговое оформление чертежей в Autodesk Autocad.

Результаты испытаний

Результат напрямую зависит от требований заказчика, конкретного метода и типа работ.

При схематических и стандартных обмерах, как правило, производится составление комплекта плоских чертежей.

В комплект входят:

• поэтажные планы;
• фасады;
• разрезы;
• планы кровли, стропильных систем;
• развертки;
• узлы, пр.

При более сложном архитектурно-археологическом обмере производится подготовка 3D-модели объекта. Детализация в данном случае уточняется отдельно.

Можно изготовить модель с изображением наружных стен и элементов, всей внутренней планировки или показать все вместе. При необходимости дополнительно сделать подробную развертку отдельных участков.
Стоимость и сроки обмеров

Стоимость обмерных работ зависит от:

• параметров, типа объекта;
• сложности района испытаний;
• метода обмеров, состава исследовательских работ;
• сроков реализации;
• времени года, пр.

Три причины выбрать "Скиф" для проведения архитектурных обмеров:
Чтобы избежать возможных рисков, доверьте проведение испытаний экспертам "Скиф"!

1. Эксперты. Штат инженеров с опытом работы от 8 лет
2. Современные сканеры. FARO Focus 3D с точностью измерений до 1 мм
3. Тахеометры с точностью измерений до 1 мм от Leica, Sokkia
4. Международное ПО. Autodesk Revit, Autocad, ReCap, Laser Control
5. BIM-модели. Данные в требуемом формате, в том числе для целей BIM-моделирования