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
Железобетонный вариант
Производители железобетонных изделий, чтобы остаться на рынке, модернизируют технологию их выпуска.
По данным Росстата, в I квартале 2019 года производство железобетонных изделий в стране составило 4,7 млн куб. м. В сравнении с аналогичным периодом прошлого года их выпуск вырос на 3,5%.
Ожидается, что положительная тенденция в производстве ЖБИ должна сохраниться и во II квартале года. Это связано с тем, что в преддверии перехода на проектное финансирование жилищного строительства многие девелоперы ускорили темпы работ.
Сохранить конкурентоспособность
По мнению экспертов, в ближайшей перспективе панельное домостроение останется востребованным в России, его объемы даже будут расти. Соответственно, не должны остаться без работы и домостроительные комбинаты. Однако девелоперам будет интересна более технологичная продукция.
В настоящее время, рассказывает ведущий аналитик компании «Техконсалтинг» Игорь Никитин, в России действуют около 300 предприятий – производителей ЖБИ. Финансовое положение у них очень разное. «В целом технологическое обновление не слишком затратно для производства ЖБИ. Но у многих небольших игроков рынка на это нет средств. Они продолжают работать по старинке и занимаются преимущественно изготовлением конструкций, применяемых в дорожном строительстве. Что касается крупных компаний, то большинство из них уже модернизировало свои производства или планирует это сделать в ближайшее время, чтобы продукция осталась конкурентоспособной», – обрисовывает ситуацию эксперт.
По его словам, многие предприятия работают над улучшением технологической основы железобетонных конструкций. Это поможет повысить их долговечность и прочность. Также производители начинают выпускать более разнообразную по размерам продукцию. Для этих целей они модернизируют узлы формовки и резки.
Положительная оптимизация
О проведенной модернизации производств рассказывают и сами игроки рынка. Заместитель генерального директора АО «ПИК-Индустрия» по производству и техническому развитию Михаил Рогозин отмечает, что производство ЖБИ – максимально технологичный процесс, в котором задействованы механизмы и оборудование, информационные, человеческие и материальные ресурсы. Принципиально технология производства ЖБИ осталась той же, однако кардинально изменился подход к проектированию, планированию, оснащению производственного процесса, а также к материалам, применяемым при производстве изделий.
Михаил Рогозин сообщил, что за относительно небольшой срок на предприятиях АО «ПИК-Индустрия» по производству ЖБИ были модернизированы абсолютно все процессы: от проектирования до формирования отчетности. Все цеха оборудованы инженерными разработками европейских производителей. Все это, по словам г-на Рогозина, принесло несомненную пользу: «Каждому ЖБИ сегодня присваивается электронный паспорт с указанием номенклатуры изделия, даты изготовления, класса бетона, сертификатов соответствия, процедур технического контроля ЖБИ. На всех заводах АО «ПИК-Индустрия» по производству ЖБИ большое внимание уделено внедрению современных методов цифровизации и обработки данных. Это позволяет не только ускорить производственный процесс, но и разработать как можно больше модификаций продукции для нужд компании, улучшить характеристики и качество выпускаемого конечного продукта. Если говорить о масштабах, то внедрение инновационных технологий в производственные процессы позволило нашим предприятиям сегодня производить около 350 тыс. куб. м ЖБИ в год, а также увеличить производительность труда на производствах на 29%».
Заместитель главного инженера АО «ПО «Баррикада» Александр Киселёв сообщил «Строительному Еженедельнику», что в связи с возросшей в последние годы стоимостью сырьевых материалов и энергоресурсов для производства железобетонных изделий предприятие полностью ушло от применения агрегатно-поточной технологии в сторону более экономичных и совершенных – конвейерных и стендовых, позволяющих максимально повысить эффективность производства. Результатом проведенной к настоящему времени модернизации стало увеличение выпуска готовых изделий с единицы площади в два раза, сопровождающееся сокращением общезаводских расходов и снижением численности производственного персонала.
«Применение таких материалов, как современные химические добавки в бетон, новые классы арматурных сталей, в сочетании с новым оборудованием обеспечивает положительный экономический эффект, а также повышает технологичность производственного процесса. Это в конечном итоге положительно сказывается на качестве готового продукта и позволяет предприятию не только уверенно чувствовать себя на высококонкурентном рынке строительных материалов, но и соответствовать высокому статусу предприятия, допущенного к поставке своей продукции в Вооруженные силы России», – добавил он.
Мнение
Александр Киселёв, заместитель главного инженера АО «ПО «Баррикада»:
– Желание идти в ногу с мировыми лидерами в области производства ЖБИ, а также необходимость соответствовать все более жестким требованиям к конструкциям возводимых объектов строительства – подталкивают предприятие к постоянному обновлению и усовершенствованию производственной и технологической базы, несмотря на необходимость существенных финансовых вложений.
Строить, не разрушая
Одной из причин частичного или полного разрушения конструкций возводимых объектов и окружающих строений являются деструктивные изменения грунтовых оснований. Контроль за их состоянием осуществляется при помощи геотехнического мониторинга (ГТМ).
Опыт последних десятилетий доказал, что слабые грунты и наличие окружающей застройки, пусть даже старой, не являются блокирующими ограничителями для строительства самых современных объектов. Высотные здания и подземные этажи перестают быть экзотикой, и их возведение вполне может производиться без ущерба для соседних строений. Это принципиально отличает сегодняшнюю ситуацию в России от начала 1990-х.
Начало пути
«В конце 1900-х и начале 2000-х годов в центре Санкт-Петербурга были зафиксированы случаи негативного воздействия нового строительства и реконструкции на здания окружающей застройки», – отмечает старший инспектор КГИОП Ростислав Петров. Причинами, по его словам, следует считать несовершенство методов геотехнических расчетов (в отдельных случаях пренебрежение ими) и отсутствие эффективных технологий, точнее – самое начало их освоения на российском строительном рынке.
У многих отложился в памяти первый этап строительства ТЦ «Галерея» у Московского вокзала, повлекший ущерб окружающей застройке. По словам профессора СПбГАСУ, д. т. н. Рашида Мангушева, французский подрядчик тогда применил неподходящую технологию устройства свайных оснований. «Производилось выбуривание из трубы большого диаметра без учета того, что грунты в Петербурге – тиксотропные, имеющие свойство обретать плывунное состояние», – отмечает он. Стало происходить затекание грунта из-под соседних оснований, которые в итоге разуплотнились, и когда в этом грунте начали отрывать котлован и производить вибрационное погружение шпунта, по соседним домам пошли трещины.
Развитие технологий
С тех пор определенный опыт приобрели и строители, и контролирующие органы. В практику вошли технологии, позволяющие предотвращать подобные негативные явления; в частности, стали заниматься ГТМ. Проведение этих работ позволяет в динамике отследить состояние грунтового основания возводимого объекта и соседствующих с ним строений. Данные геотехнического прогноза дают возможность выработать рекомендации по устранению порой неожиданно возникающих проблем.
Технологии геомониторинга развиваются достаточно активно, позволяя решать все более сложные задачи. Заместитель генерального директора ООО «Гильдия Геодезистов» Сергей Лазарев обращает внимание на недавнее появление интерферометрических радаров и оптоволоконных датчиков. «Первые могут обнаруживать щели с точностью до долей миллиметра, а вторые нужны больше в качестве «сигнализации», они реагируют на растяжение и оповещают о необходимости обратить внимание на определенный узел», – отмечает он.
Начальник отдела мониторинга и геодезического контроля ООО «Строй-Эксперт» Дмитрий Егоров отмечает появившуюся в последнее время тенденцию к использованию в целях получения информации о напряженно-деформированном состоянии объекта оборудования, ранее не имевшего отношения к задачам геотехнического мониторинга. «Примером является применение эффекта вынужденного рассеяния Мандельштама – Бриллюэна в волоконно-оптических линиях, измерения деформаций, показателей температуры и давления на протяженных объектах», – говорит он, замечая, что положительный опыт применения данной технологии в России уже есть.
«В последнее время набирают обороты специальные спутниковые ГНСС-приемники, тензометры, электронные тахеометры с автоматическим наведением и дистанционным управлением, датчики температуры и давления, которые стационарно монтируются на объекте мониторинга и через сеть обмена данными подключаются к серверу управления, а также гидростатические нивелиры и инклинометры», – рассказывает генеральный директор ООО «Строй-Проверка» Вячеслав Гиндин. Эксперт отмечает возможность применения этого оборудования как отдельно, так и в качестве составных элементов полной автоматизированной системы геоинформационного мониторинга на площадке нового строительства.
«Автоматизированные системы, выводящие данные с большого количества датчиков на единый монитор, пока применяются редко по причине их высокой стоимости», – констатирует Рашид Мангушев. По его словам, несмотря на наличие возможности ведения наблюдений за объектом строительства даже со спутников, в большинстве случаев они сегодня ведутся с помощью более простых и экономичных методов. С ним соглашается генеральный директор ООО «БЭСКИТ», к. т. н. Сергей Пичугин, отметивший, что в практике возглавляемой им компании требование о применении таких инновационных технологий геомониторинга встретилось за 25 лет работы только дважды.
Трудности выбора
Рынок услуг геотехнического мониторинга в Петербурге нельзя назвать перенасыщенным, но при этом участников достаточно много.
Сергей Лазарев рекомендует основывать выбор подрядчика в первую очередь на сфере компетенций организаций: «Существует несколько направлений, и какие-то компании могут специализироваться на создании пьезометрических скважин и вибрационном контроле, а кто-то занимается геодезическими вопросами (контролем за раскрытием щелей, за осадками, кренами зданий)».
Сергей Пичугин сетует, что сегодня ни кадровый состав, ни наличие современных приборов не являются критерием отбора подрядчика. «Главный фактор – это наименьшая стоимость. Застройщики мечтают, чтобы эти работы вообще выполнялись за еду», – иронизирует он. Хотя для работы в этой сфере в Петербурге требуется высочайшая квалификация. «Наш город находится в дельте реки Невы, и грунты характеризуются инженерно-геологическим напластованием», – отмечает Рашид Мангушев. К факторам, осложняющим ведение геотехнических работ в Петербурге в целом, он также относит необходимость устройства свай большой длины, обусловленную геологическими особенностями территории: «Мы применяем сваи длиной 20–30 м, а при строительстве «Лахта Центра» их длина доходила до 65 м».
Востребованность
Говоря об уровне спроса на услуги по проведению геотехнического мониторинга, участники рынка высказывают разные позиции. Вячеслав Гиндин отмечает его безусловный рост. «Пришло понимание того, что пренебрежение элементарными нормами строительной безопасности при возведении новых и реконструкции имеющихся сооружений может привести к невозможности нормальной эксплуатации объектов и техногенным катастрофам», – считает он. Эксперт отмечает, что прогрессирующие осадочные и силовые трещины в конструкциях, а также деформации оснований зданий и сооружений, попадающих в зону строительства нового объекта, встречаются в Петербурге довольно часто.
С ним соглашается Сергей Лазарев: «Особенно большой всплеск мы почувствовали два года назад, когда усилился контроль за исполнением требования о необходимости геомониторинга при ведении работ в 30-метровой зоне вокруг существующей застройки».
Менее оптимистично высказывается Дмитрий Егоров: «Спрос на услуги ГТМ растет и количественно, и качественно, но в основном на технически сложных и уникальных объектах строительства или эксплуатации». При этом по более простым, гражданским зданиям спрос, по его мнению, падает, и это связано с общей неопределенностью на рынке жилищного строительства. «За последние годы спрос на мониторинг не изменился. Город строится, и вести его необходимо», – считает Сергей Пичугин.
И все же – не панацея
Ведущие организации при проведении ГТМ в качестве основной задачи видят не измерения как таковые, а формирование на их основе рекомендаций для решения возникающих проблем. «Геомониторинг обязательно должен быть связан с геотехническим сопровождением, ведь значение имеет не столько фиксация осадки, сколько расчет ее неравномерности, своевременное выявление превышений предельно допустимого уровня», – уверен Рашид Мангушев.
По его словам, выводы после проведения такого анализа могут последовать самые разные. В некоторых случаях достаточно вовремя остановить отрывку котлована, тем самым дав возможность осадке стабилизироваться. Но порой возникает необходимость в более существенных мерах – усилении фундаментов окружающих стройку зданий, замене используемой техники, замене технологий и плана производства работ.
Мнение
Сергей Пичугин, генеральный директор ООО «БЭСКИТ»:
– Наша визитная карточка в области геомониторинга – это строительство второй сцены Мариинского театра. Мы вели наблюдения в течение пяти лет и в ходе работы получали удивительные результаты. Бригаду возглавлял замечательный наш главный геодезист, к. т. н. И. М. Репалов, бывший заведующий кафедрой геодезии СПбГАСУ.
Вячеслав Гиндин, генеральный директор ООО «Строй-Проверка»:
– Измерения деформаций оснований фундаментов и несущих конструкций должны проводиться не только в период строительства, но и в период эксплуатации, до достижения условной стабилизации 3 мм в год, что соответствует требованиям ТСН 50-302-2004 «Проектирование фундаментов зданий и сооружений в Петербурге». Мы осуществляли комплекс работ по ГТМ во время эксплуатации как жилых многоквартирных домов (к примеру, по адресу ул. Беринга, 1), так и общественных зданий (например, на Выборгском шоссе, 22). Сейчас мы ведем мониторинг эксплуатации ЖК Master на Серебристом бульваре, а также окружающей застройки.
Дмитрий Егоров, начальник отдела мониторинга и геодезического контроля ООО «Строй-Эксперт»:
– Вовремя зафиксированное изменение состояния объекта всегда является отправной точкой для принятия оперативных решений об изменении технологии строительства или эксплуатации, для осуществления мероприятий, направленных на компенсацию таких явлений и остановку их развития в будущем. Нам приходилось принимать самые разные меры – от усиления конструкций фундаментов до глобальных пересмотров проектов.
Сергей Лазарев, заместитель генерального директора ООО «Гильдия Геодезистов»:
– Был у нас один серьезный гидротехнический объект, где мы проводили ГТМ. Там своевременное обнаружение деформаций причальной стенки в сторону акватории остановило необратимые последствия для стройки в целом. Проектировщики оперативно пересмотрели проектные решения, и ситуация стабилизировалась. Считаю, что заказчик не понес больших убытков только благодаря геомониторингу.