С точностью до миллиметра. Лазерное сканирование становится неотъемлемой частью BIM-проектов
Цифровизацию строительной отрасли почти невозможно представить без использования точных и быстрых данных инженерно-геодезических изысканий, максимальной детализации окружающего пространства и объектов. Получить подобные сведения помогает трехмерное лазерное сканирование.
В рамках данной технологии можно проводить измерения с миллиметровой точностью и скоростью до 1 млн точек в секунду, и сразу же обрабатывать их специализированными программами. Выделяют три вида лазерного сканирования. Первый и наиболее распространенный – наземный. Съемка проводится статичным прибором. Мобильное лазерное сканирование производится в движении. Оно зарекомендовало себя при работе на линейных сооружениях: автодорогах, железнодорожных путях и т.д. Третий вид лазерного сканирования - воздушное. Осуществляется оно с борта летательного аппарата и применяется в случае необходимости съемки больших площадей, вне зависимости от сложности рельефа и природных условий местности.
BIM ускоряет
Коммерческий директор компании КубартаТМ Роман Старостенко отмечает, что в подавляющем большинстве случаев заказчики применяют лазерное сканирование в строительстве. В особенности оно целесообразно, когда объект сканирования уже существует в какой-то стадии и с ним нужно произвести определенные манипуляции. Кроме того, сканирование используется и в однокомнатных квартирах при создании дизайн - проекта, и на промышленных предприятиях при реконструкции или техническом перевооружении, и при реставрации объектов культурного наследия. «С помощью данной технологии мы оперативно выполняем обмерные работы и фиксируем текущее положение сетей и конструкций. Трехмерное сканирование дает огромное количество информации, ранее недоступной при обычном обмере, а общая стоимость остается такой же, как и была раньше, при традиционных обмерах», - рассказывает он.
По словам генерального директора ООО «СЭС» Максима Филиповича, основные заказчики — это проектные и строительные организации, которые решают задачи по актуализации исполнительной документации для последующей реконструкции объектов и контроля качества строительства зданий и сооружений. Важнейшим фактором, влияющим на стоимость и сроки производства работ методом лазерного сканирования, является подробное техническое задание. Расширение спроса на данную технологию, отмечает эксперт, напрямую связано с техническим обеспечением и подготовкой персонала заказчика для работы с облаками точек и 3d моделями. В области строительства, архитектуры и промышленности приоритет у наземного лазерного сканирования, благодаря точности и плотности данных. Преимущества воздушного и мобильного сканирования состоят в их скорости, например, при съёмке рельефов местности.
«Лазерное сканирование используется уже не первое десятилетие, однако в последнее время, с внедрением BIM, оно стало использоваться намного чаще, т.к. получаемые результаты наилучшим образом «вписываются» в эту идеологию. Поэтому и применение лазерного сканирования становится оправданным везде, где начинает внедряться информационное моделирование. Сама технология позволяет значительно сократить время производства работ и повысить качество конечных результатов», - отмечает ведущий специалист ООО «Геодезические приборы» Григорий Жуков.
Между тем, по мнению генерального директора ЗАО «ЛенТИСИЗ» Николая Олейника, основным критерием целесообразности по-прежнему является готовность потребителя к работе с лазерными технологиями. Далеко не все проектные организации имеют необходимые навыки и инфраструктуру для работы с данными сканирования. В настоящее время основным потребителем 3D-продукта являются компании, уверенно работающие в современных BIM, ГИС-системах, а также комплексах 3D – моделирования.
«Также важным фактором является экономическая составляющая. Несмотря на очевидные преимущества воздушного и мобильного лазерного сканирования, высокая стоимость оборудования и жесткие требования к квалификации специалистов сужают выбор метода 3D-сканирования чаще всего до самого доступного – наземного. Перечень задач, которые способно решить 3D-сканирование растет, одновременно растет и число специалистов, использующих трехмерные модели, формируя спрос на выполнение работ с применением лазерных технологий»,- добавляет он.
Сделать выбор
Специалисты отмечают, что очень важно правильно подобрать оборудование для лазерного сканирования. При этом, каким бы суперсовременным оно ни было, основной составляющей успеха остается квалификация инженеров, проводящих полевые работы и камеральную обработку данных. Есть и другие важные нюансы, которые влияют на качество съемки, и в целом на профессиональную репутацию производящей ее организации.
По словам Романа Старостенко, многим компаниям сложно запастись оборудованием на все случаи жизни, поэтому при выборе исполнителя на лазерное сканирование есть смысл больше ориентироваться на отзывы и рекомендации клиентов и коллег, на портфолио потенциального исполнителя, чем на заявленный или представленный приборный парк. «Парк оборудования для лазерного сканирования требует стандартного технического обслуживания, как и любые измерительные приборы. Все сканеры должны проходить ежегодные поверки и иметь соответствующие сертификаты. Сложность заключается в другом. При достаточно высокой стоимости оборудования, пока его практически невозможно застраховать, а риск повредить его очень высок. Поэтому бережное и ответственное отношение сотрудников к приборам сканирования – это приоритет сканирующей организации», - подчеркивает эксперт.
К выбору оборудования действительно стоит подходить с особой тщательностью, констатирует Григорий Жуков, т.к. технические характеристики представленных на рынке приборов часто указываются кратко. Как и при выборе электронного тахеометра, стоит обращать внимание не только на линейную точность дальномера, но и на погрешность угломерного блока, что не редко явно не указывается производителями сканирующих систем. Время и скорость сканирования также стоит подробно рассмотреть в различных режимах, а не руководствоваться цифрами, взятыми из спецификации к прибору.
«Если говорить про стационарное сканирование, то в своей работе, несмотря на присутствие в нашем парке приборов нескольких производителей, мы продолжаем наиболее активно использовать уже хорошо зарекомендовавший себя сканер Topcon GLS-2000. Он до сих пор по совокупности своих параметров превосходит аналоги, технические характеристики которых «на бумаге» могут казаться предпочтительнее. Также в этом году у нас появился уникальный прибор – робосканер GTL-1000. Это роботизированный тахеометр с интегрированным компактным высокоскоростным сканером, благодаря которому мы смогли в разы сократить время производства работ по сканированию, например, на строительной площадке», - сообщил Григорий Жуков.
Внимательно стоит подходить и к процессу передачи данных лазерного сканирования, отмечает Максим Филипович. «В нашей организации для этих целей используются популярные программные комплексы: Leica Cyclone, Autodesk ReCap, Autodesk Revit. По требованию заказчика выполняется конвертация 3D данных в необходимый цифровой формат. На данный момент критических и неразрешимых проблем искажения данных нет. Важным критерием для заказчика является скорость и точность пространственных данных, поэтому предпочтение стоит отдавать ведущим производителям оборудования для 3d сканирования, таким как Leica Geosystems, Trimble, Riegl. Оборудование подлежит обязательной ежегодной поверке и калибровке с получением соответствующего сертификата», - добавляет он.
По словам Николая Олейника, на данный момент нет единого мнения о приоритетных программных продуктах для внедрения цифровых технологий. Каждая организация выстраивает алгоритм обработки пространственных данных с учетом своих дополнительных нужд и требований. Несмотря на то, что лазерные технологии стали активно использоваться более десяти лет назад, проблема передачи данных специалистам смежных областей все еще актуальна. Эффективные варианты обмена и обработки данных предлагают и сами производители оборудования. «В ЗАО «ЛенТИСИЗ» комплекс обработки и обмена информацией реализован на базе ПО Leica Geosystems. Данная система позволяет эффективно и без потерь работать с большими объемами (до нескольких сотен Гб) информации. Неоспоримыми преимуществами этого продукта являются функциональность, оптимизированные форматы Leica и серверное ПО, позволяющие оперативно подключать к работе над проектом не только своих специалистов, но представителей заказчика», - подчеркнул гендиректор компании «ЛенТИСИЗ».
МАТЕРИАЛЫ ПО ТЕМЕ:
Перспективы применения лазерного сканирования
В особых условиях. Проблемы геодезические изыскания на застроенных территориях
Купол как уникальная конструкция
Лаборатория деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство» совместно с ООО «ЦНИПС ЛДК» разрабатывает проекты большепролетных каркасов покрытия из клееных деревянных конструкций (КДК). По их проектам построено более 10 аквапарков по всей России. Крупнейший из них – аквапарк «Питерлэнд» в парке 300-летия Санкт-Петербурга. Об особенностях проекта «Строительному Еженедельнику» рассказал заведующий лабораторией деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко Александр Погорельцев:
– В бассейнах и аквапарках КДК имеют преимущества перед конструкциями из металла или железобетона. Для них хлорирование или озонирование воды создает агрессивную среду, нейтральную для древесины.
В ТРК «Питерлэнд» смонтирован ребристый купол диаметром 90 м и высотой 45 м. Особенности конструкций связаны в основном с его габаритами. В плане меридиональные ребра купола опираются с шагом 14,5 м на нижнее железобетонное кольцо и на стальное верхнее кольцо диаметром 5 м. Основные ребра длиной около 60 м выполнены в виде серповидных сборных ферм и сами по себе являются уникальными в части принятых конструктивных решений, изготовления, сборки и монтажа. На эти ребра с шагом 6 м опираются девять криволинейных кольцевых элементов, из которых два – верхний и нижний – являются опорами для 60 промежуточных меридиональных ребер. Нижний кольцевой элемент выполнен в виде горизонтальной фермы, воспринимающей реакции опор от промежуточных ребер и нагрузки от кольцевой технологической площадки. Остальные кольца являются распорками между меридиональными ребрами для обеспечения их устойчивости.
В конструкции купола реализованы основные принципы «системы ЦНИИСК», все основные узлы и стыки поясов серповидных ребер выполнены на наклонно вклеенных стержнях и V-образных анкерах. Это уникальная система узловых соединений, основанная на вклеивании в древесину арматурных стержней периодического профиля. Россия обладает приоритетом в области подобных узловых соединений деревянных конструкций.
Все жесткие стыки ребер и соединения закладных деталей со стержнями, вклеенными на заводе и на монтаже, выполнены ручной сваркой. Экспериментальные исследования, проведенные в ЦНИИСК с целью оценки влияния сварки на соединения, показали, что существующий «психологический» барьер при сварке деревянных конструкций успешно преодолевается. При соблюдении нескольких рекомендаций сварка практически не сказывается на несущей способности соединений.
Меридиональные ребра состоят из четырех отправочных блоков полной заводской готовности, соединяемых на монтаже жесткими стыками на сварке. Все блоки по торцам снабжены выпусками V-образных анкеров и закладными деталями.
Проблемы допусков по длине для меридиональных ребер решены с помощью зазоров около 40 мм между торцами поясов, заполняемых полимербетоном после сварки V-образных анкеров и стальных полос. Этим достигается плотный контакт по площадкам сжатия.
Треугольная решетка меридиональных ребер включает горизонтальные и вертикальные элементы. Горизонтальные соединены с поясами на цилиндрических нагелях и шпильках, а вертикальные – с усилием растяжения до 40 т – путем сварки выпусков вклеенных стержней и закладных деталей на раскосах.
Сборка и монтаж меридиональных ребер производились в три этапа: сначала на жестком горизонтальном стенде производилась предварительная сборка блоков в проектных габаритах, затем окончательная сборка в вертикальном стальном стенде с последующей установкой блоков в проектное положение.
Из-за кризиса 2008 года после монтажа каркаса купола строительство было приостановлено – и возобновлено только в 2011 году. В результате влажность древесины, не защищенной от атмосферных осадков, значительно превысила величину равновесной влажности, соответствующей условиям эксплуатации. Быстрое завершение строительства и ввод в эксплуатацию могли привести к неравномерной усушке древесины и, как следствие, к появлению значительных трещин и расслоений. Разработанные в ЦНИИСК рекомендации по обеспечению температурно-влажностного режима при завершении строительства позволили избежать этих проблем.
Цифровые технологии – спорту
Олимпиада в Сочи и Чемпионат мира по футболу – 2018 задали новые требования к проектированию и строительству спортивных сооружений в России. О том, как создать современный спортивный объект мирового класса и уложиться в жесткий дедлайн, рассказывает руководитель отдела ОВиКВ компании «Метрополис» Сергей Брюзгин.
Проектирование спортивных сооружений – задача сложная и ответственная. Объекты такого рода сочетают в себе яркую, запоминающуюся архитектуру и комплекс сложнейших инженерных систем. Именно поэтому проектировщики постоянно находятся в поиске новых эффективных решений для работы с такими проектами.
В основе – технологии
Одними из наиболее успешных разработок, активно используемых проектировщиками, являются BIM-технологии. Их применение при проектировании современных сложных объектов, к числу которых относятся и спортивные сооружения, является одним из ключевых условий успешных инвестиций заказчика, ведь технология BIM-проектирования позволяет существенно сэкономить время и средства, необходимые для реализации проекта.
Эта технология дает возможность повысить качество проектирования и на раннем этапе представить полную картину того, как будет выглядеть и функционировать объект. При необходимости заказчик может своевременно внести корректировки в проект на той стадии, когда изменения не влекут за собой больших затрат. Это отличная возможность для всех участников проекта получить практически идеальный продукт, обладающий внешней привлекательностью, комфортом и безопасностью среды и, что самое главное, инвестиционной привлекательностью.
Сейчас все проекты нашей компании разрабатываются с применением этой технологии. Например, Центр художественной гимнастики имени Ирины Винер-Усмановой еще в 2016 году получил первое место на конкурсе BIM-технологий, организованном Минстроем РФ.
Другая многообещающая разработка – достаточно молодая в строительной сфере технология математического моделирования (CFD-моделирование). До ее появления то или иное техническое решение можно было обосновать либо опираясь на накопленный опыт (чаще всего используя решения, принятые ранее для подобных объектов), либо при помощи натурных испытаний (создание макета, испытательного стенда и т.п.). Первый вариант – рискованный (аналогичный объект может достаточно сильно отличаться по своим характеристикам от проектируемого, что может дать свою погрешность и привести к неработоспособности решения). Второй – затратный как по деньгам, так и по времени, не говоря о том, что далеко не все макеты можно физически реализовать. Технология CFD дает возможность за пару дней, а иногда и за несколько часов решить нестандартный узел, внести в него требуемые корректировки и добиться эффективности и работоспособности решения.
Мы применяли CFD-моделирование при проектировании таких объектов, как Центр художественной гимнастики в Москве, многофункциональный плавательный центр «Лужники», крытый каток Москомспорта, а также при проектировании жилых зданий.
До того, как мы освоили эту технологию, нам казалось, что ее применение будет востребовано только на уникальных объектах, однако практика показала, что использование CFD-моделей полезно для объектов любого уровня сложности. С его помощью можно решать такие задачи, как распределение температур в сложных трехмерных многослойных конструкциях, расчет параметров микроклимата помещений, воздухораспределение, расчет потерь давления в нестандартных сетевых элементах и т. д.
Данная технология дает специалисту возможность на раннем этапе проектирования отследить вероятные недочеты потенциальных инженерных решений, а иногда и понять, что предлагаемое решение слишком затратно (как энергетически, так и финансово) или вовсе нежизнеспособно. Например, для проверки условий, создаваемых для зрителей и спортсменов, наша компания выполняла оценку проектных решений систем вентиляции и кондиционирования главной арены Центра художественной гимнастики в Москве при помощи CFD-моделирования. Для достижения оптимального результата нам пришлось провести 8 итераций расчетов, в результате чего системы вентиляции и кондиционирования были значительно переработаны. Это еще раз подтверждает: CFD-моделирование и проектирование при помощи BIM-технологий позволяет на раннем этапе выявить проблемы и оптимизировать проектные решения. А заказчик, в свою очередь, получает наглядное, интуитивно понятное обоснование принимаемых решений. Вот несколько примеров выполненных расчетов:
В гармонии со стройкой
Посмотрим, как применение этих технологий реально отражается на строительном процессе. В качестве примера возьмем Центр художественной гимнастики. Для проектируемого объекта выполнялись следующие стадии проекта:
- концептуальные решения (стадия «К»);
- стадия «Проектная документация» (стадия «П»);
- стадия «Рабочая документация» (стадия «Р»);
- авторский надзор.
Проект стадии «К» стартовал в конце мая 2016 года и длился примерно 2 месяца. Последующая стадия «П» длилась примерно 3,5 месяца. Стадия «Р» длилась примерно 2 года, при этом строительные работы на объекте велись с запаздыванием от проекта всего на 2–3 месяца, иногда этот разрыв становился еще меньше, так что можно сказать, что проект стадии «Р», строительство и авторский надзор шли практически параллельно.
Основные сложности при проектировании как раз и связаны с малым разрывом в сроках между разработкой проектного решения и выдачей его для реализации на стройплощадку. У инженеров и архитекторов остается очень немного времени на принятие и согласование решений, и ошибки при таких малых сроках недопустимы. Именно использование BIM-технологий и, в частности, CFD-моделирования позволяет проектировщикам достаточно комфортно чувствовать себя в процессе взаимодействия со всеми заинтересованными сторонами. При этом есть, конечно, одно обязательно условие, с чем нам повезло: в арсенале всех участников проекта были современные технологии и подходы к проектированию, что позволило выполнить поставленную задачу в требуемый срок.
