Quizás lo sepa, o tal vez no, pero estamos estrechamente involucrados en el desarrollo de tecnologías de la Industria 4.0. IoT, el aprendizaje automático en la producción real, las empresas digitales se duplican: sabemos todas estas cosas de primera mano. En otras palabras, sabemos cómo hacer amigos con una "figura" con la brutal ingeniería pesada o la producción de petróleo.
Pero hoy queremos hablar sobre desarrollos un poco menos heroicos para la industria de la construcción igualmente dura. Decidimos encabezar nuestra historia "Nube de puntos", y muy pronto comprenderá por qué es así.
Imaginemos el sitio de construcción más común. No es un edificio residencial, sino algo industrial. En algún momento, la instalación deberá realizar un control de calidad del trabajo realizado. Los contratistas construyeron algo, pero ¿qué? Y como? Debe comprender cuánto corresponde la estructura completa o parte de ella al proyecto.
Puedes actuar de acuerdo con el método tradicional: envía buenos tipos con teodolitos para que midan todo. Si el objeto es grande, puede llevar mucho tiempo. Los buenos no podrán subir a todas las esquinas y siempre habrá un riesgo de error.
Pero, ¿y si automatizas el proceso? ¿Para llevar a cabo el control de calidad rápidamente, utilizando equipos de alta precisión, y en la salida proporcionar de inmediato informes que enumeren las deficiencias encontradas?
Como funciona
Dado que el desarrollo se centró originalmente en instalaciones industriales serias, asumiremos que dichas instalaciones siempre tienen un proyecto en el formato de un modelo 3D. A continuación, tomamos este modelo 3D y escaneamos el objeto utilizando la tecnología de escaneo láser.
El escáner láser permite procesar relativamente barato y con alta precisión la estructura en construcción. Un telémetro moderno de alta precisión puede escanear hasta varios millones de puntos por segundo. Entonces, literalmente, en un día de trabajo, puede obtener un modelo digital del objeto.
Conocemos la ubicación exacta del escáner, sabemos la dirección y la distancia a cada punto, lo que significa que tenemos coordenadas 3D de los puntos. Obtenemos una nube de coordenadas que corresponde a las superficies del objeto construido. Esta es la nube de coordenadas que llamamos la "nube de puntos".
Naturalmente, se lleva a cabo más de una medición. Un objeto puede tener un diseño complejo; se pueden proporcionar columnas y otros elementos estructurales interesantes en un proyecto. Se mueve el escáner, el procedimiento de escaneo se repite varias veces. Además, las "nubes de puntos" resultantes se deben "unir" en una.
Hemos desarrollado una solución que le permite comparar automáticamente la "nube de puntos" con el proyecto de construcción en 3D. Ahora este problema está siendo resuelto por personas, imponiendo una "nube" en un modelo 3D y buscando desviaciones a simple vista. Existen muy pocas soluciones automatizadas de este tipo y su funcionalidad es limitada. Automatizamos completamente el proceso y nombramos nuestro prototipo Jet Construction Monitor.
¿Por qué pensamos que una persona viva es mala? Formalmente, todo está bien: el problema se está resolviendo. Sin embargo, cuando se trabaja con un objeto grande, una persona puede simplemente no notar una desviación relativamente pequeña, que, sin embargo, irá más allá de la tolerancia. El segundo punto es el tiempo. El tercer punto es el factor humano: siempre hay desviaciones, el empleado determinará independientemente si cumplen con los estándares o no, qué hacer con ellos. Siempre hay una posibilidad de error. El cuarto punto es que dicho análisis no puede llevarse a cabo en el sitio, requerirá un equipo suficientemente productivo que nadie mantendrá allí.
Jet Construction Monitor detecta desviaciones del modelo 3D de diseño en "nubes" escaneadas. En este caso, se tienen en cuenta las tolerancias para cada clase de elementos estructurales. Cuando un elemento va más allá de la tolerancia, se registra una desviación.
En palabras, todo parece extremadamente simple. En la práctica, cuando se ejecuta en el sistema, encontramos ciertas dificultades. Cuando hay una "nube de puntos" lista para usar, es difícil entender dónde están los límites reales del objeto. Por lo tanto, establecemos un cierto rango de valores y dentro de esta región buscamos puntos relacionados con un determinado elemento del modelo. Si se encuentran puntos, se considera que caen en este elemento.
Si no se encuentran dichos puntos o no caen en el área especificada, se considera que el elemento no fue cubierto por el escaneo. Las desviaciones se calculan solo para elementos del modelo para los cuales el porcentaje de cobertura está por encima de un valor umbral. Por lo general, el umbral se establece en 75%. Jet Construction Monitor tiene en cuenta los siguientes tipos de desviaciones: desplazamiento lateral, escala, rotación.
Nube de puntos superpuesta en el modeloEntonces, alimentamos el sistema: una “nube de puntos”, un modelo de diseño 3D e información de referencia sobre desviaciones para varias clases de elementos estructurales. El sistema produce el resultado en dos versiones. El primero es la visualización interactiva en 3D, que se puede ver desde todos los lados. El segundo es un informe en forma de una tabla de desviaciones registradas.
Visualización interactiva en 3D con desviaciones mostradasEn la visualización interactiva, verá que diferentes elementos estructurales están pintados en diferentes colores. El color verde en la visualización indica elementos para los cuales las desviaciones no exceden los valores permitidos. Violeta indica desviaciones en una dirección, rojo en la otra dirección.
En la visualización, se pueden mostrar áreas grises que no están cubiertas por una "nube de puntos". Por lo general, estos son elementos de un modelo 3D de diseño que no se pueden escanear, por ejemplo, partes de la base. También pueden ser elementos en los que el recubrimiento sea inferior al 75%.
Los elementos del modelo, como ya se mencionó, se muestran en forma de una lista tabular con información sobre las desviaciones. Si las desviaciones son más altas que los umbrales establecidos, la celda de la tabla se resalta en rojo. La tabla se puede exportar a Excel, ordenar por el indicador de desviación y presentar al ejecutor como un registro de desviaciones.
Tabla de elementos del modelo con desviaciones.Jet Construction Monitor se basa en la plataforma
CloudCompare . Una ventaja importante de nuestra solución es la capacidad de generar datos en elementos estructurales individuales. Con ellos trabajan los diseñadores y constructores. Autodesk tiene una solución similar: allí también se puede aplicar una "nube" al modelo de diseño. Sin embargo, las desviaciones no están vinculadas a la lista de elementos estructurales.
Donde aplicarlo
Jet Construction Monitor está dirigido principalmente a clientes de construcción, aquellos que supervisan a los contratistas de construcción. Al mismo tiempo, no es necesario tener su propio escáner láser y un especialista adecuado. Hay empresas que brindan dicho servicio a un precio razonable.
Incluso para una instalación industrial bastante grande, el escaneo y la creación de una "nube de puntos" ya preparada se pueden hacer en un día. En la práctica, esto significa que es bastante realista recibir un informe semanal sobre el estado de la construcción que se está construyendo y, por lo tanto, controlar a los contratistas. Al mismo tiempo, es posible evitar interrupciones en el período de construcción, controlar el cumplimiento de los requisitos del proyecto y los requisitos tecnológicos, prevenir posibles accidentes. Y lo más importante: si encuentra defectos a tiempo, son mucho más fáciles y baratos de reparar.
Ahora, en un grado u otro, Jet Construction Monitor admite las siguientes funciones:
- Búsqueda y visualización interactiva en 3D de desviaciones;
- Formación de un informe de tabla con una lista de elementos que van más allá de las tolerancias;
- Integración con directorios de la industria;
- Importar modelos en sistemas de diseño;
- Importar "nubes de puntos";
- Reconocimiento de elementos estructurales.
Los principales consumidores de esta solución son las grandes empresas, por ejemplo, de la minería de recursos y las industrias manufactureras. Construyen instalaciones a gran escala: talleres, fábricas, varios tipos de terminales, donde estamos hablando de un alto grado de responsabilidad.
Planes futuros
Por supuesto, nos gustaría agregar algunas características a Jet Construction Monitor que harán que la solución sea aún más eficiente y conveniente.
Estamos trabajando en una función de reconocimiento de patrones utilizando algoritmos de aprendizaje automático. Ahora la solución es capaz de encontrar y reconocer solo unas pocas imágenes de este tipo en la "nube de puntos", como "viga", "columna", "tubo doblado". El reconocimiento automático mejorará la calidad de la construcción de "nubes" y detectará desviaciones, incluso para aquellos objetos que por alguna razón no estaban en el modelo 3D de diseño. Al mismo tiempo, habiendo mejorado la función de reconocimiento, planeamos optimizarla y reducir el tiempo de procesamiento de la "nube de puntos".
El segundo punto que me gustaría mejorar está relacionado con el problema de la exportación de elementos estructurales. Jet Construction Monitor se realizó bajo uno de los
software de diseño asistido por computadora más populares
, Autodesk Revit . Esta es una herramienta de
diseño BIM , implementa una jerarquía práctica y conveniente de unidades y elementos estructurales. Sin embargo, al exportar la jerarquía no se guarda y la salida es una lista de elementos "plana". Para proyectos a gran escala, dicha lista es engorrosa, es difícil trabajar con ella. Esta es otra área de refinamiento.
Finalmente, estamos pensando en agregar una función para crear secciones 2D: dibujos, en los que se resaltarán los elementos que requieren atención. La planta del edificio, donde se resaltan elementos con desviaciones fuera de las tolerancias, es una especie de versión intermedia de la presentación, entre la visualización en 3D y la mesa.
Como resultado, tenemos un producto completo para el control automatizado de las etapas y la calidad de la construcción de objetos complejos. Y podrá convertirse en una parte importante del transportador BIM en la gestión de la construcción para grandes clientes de la construcción.