Punktwolke. Wie wir digitale Technologie im Bauwesen entwickeln

Vielleicht wissen Sie es oder vielleicht auch nicht, aber wir sind eng mit der Entwicklung von Technologien der Industrie 4.0 befasst. IoT, maschinelles Lernen in der realen Produktion, digitales Unternehmen verdoppelt sich - wir wissen all diese Dinge aus erster Hand. Mit anderen Worten, wir wissen, wie man sich mit einer „Figur“ mit brutaler Schwertechnik oder Ölförderung anfreundet.



Aber heute wollen wir über etwas weniger heldenhafte Entwicklungen für die ebenso harte Bauindustrie sprechen. Wir haben uns entschlossen, unsere Geschichte „Point Cloud“ zu überschreiben, und sehr bald werden Sie verstehen, warum dies so ist.

Stellen wir uns die gewöhnlichste Baustelle vor. Kein Wohngebäude, sondern etwas Industrielles. Irgendwann muss die Einrichtung eine Qualitätskontrolle der durchgeführten Arbeiten durchführen. Bauunternehmer haben etwas gebaut, aber was? Und wie? Sie müssen verstehen, inwieweit die fertige Struktur oder ein Teil davon dem Projekt entspricht.

Sie können nach der traditionellen Methode handeln: Senden Sie gute Leute mit Theodoliten, damit sie alles messen. Wenn das Objekt groß ist, kann dies viel Zeit in Anspruch nehmen. Gute Jungs werden nicht in alle Ecken klettern können und es besteht immer die Gefahr von Fehlern.

Aber was ist, wenn Sie den Prozess automatisieren? Um eine schnelle Qualitätskontrolle mit hochpräzisen Geräten durchzuführen und am Ausgang sofort Berichte vorzulegen, in denen die festgestellten Mängel aufgeführt sind?

Wie funktioniert es?

Da sich die Entwicklung ursprünglich auf ernsthafte Industrieanlagen konzentrierte, gehen wir davon aus, dass solche Anlagen immer ein Projekt im Format eines 3D-Modells haben. Als nächstes nehmen wir dieses 3D-Modell und scannen das Objekt mithilfe der Laserscanning-Technologie.

Der Laserscanner ermöglicht es, die im Bau befindliche Struktur relativ kostengünstig und mit hoher Genauigkeit zu verarbeiten. Ein moderner hochpräziser Entfernungsmesser kann bis zu mehreren Millionen Punkte pro Sekunde scannen. Im wahrsten Sinne des Wortes können Sie an einem Arbeitstag ein digitales Modell des Objekts erhalten.

Wir kennen die genaue Position des Scanners, wir kennen die Richtung und Entfernung zu jedem Punkt, was bedeutet, dass wir 3D-Koordinaten der Punkte haben. Wir erhalten eine Koordinatenwolke, die den Oberflächen des konstruierten Objekts entspricht. Dies ist die Koordinatenwolke, die wir als „Punktwolke“ bezeichnen.

Natürlich wird mehr als eine Messung durchgeführt. Ein Objekt kann ein komplexes Layout haben, Spalten und andere interessante Strukturelemente können in einem Projekt vorgesehen sein. Der Scanner wird bewegt, der Scanvorgang wird mehrmals wiederholt. Ferner müssen die resultierenden "Punktwolken" zu einer "zusammengenäht" werden.

Wir haben eine Lösung entwickelt, mit der Sie die „Punktwolke“ automatisch mit dem Bauprojekt in 3D vergleichen können. Jetzt wird dieses Problem von Menschen gelöst, die einem 3D-Modell eine „Wolke“ auferlegen und mit dem Auge nach Abweichungen suchen. Es gibt nur sehr wenige automatisierte Lösungen dieser Art und ihre Funktionalität ist eingeschränkt. Wir haben den Prozess vollständig automatisiert und unseren Prototyp Jet Construction Monitor benannt.

Warum denken wir, dass eine lebende Person schlecht ist? Formal ist alles in Ordnung: Das Problem wird gelöst. Wenn eine Person jedoch mit einem großen Objekt arbeitet, bemerkt sie möglicherweise einfach keine relativ kleine Abweichung, die jedoch über die Toleranz hinausgeht. Der zweite Punkt ist die Zeit. Der dritte Punkt ist der menschliche Faktor: Es gibt immer Abweichungen, der Mitarbeiter entscheidet unabhängig, ob er die Standards einhält oder nicht, was er damit tun soll. Es besteht immer die Möglichkeit eines Fehlers. Der vierte Punkt ist, dass eine solche Analyse nicht vor Ort durchgeführt werden kann. Sie erfordert ausreichend produktive Ausrüstung, die niemand dort aufbewahren kann.

Jet Construction Monitor erkennt Abweichungen vom 3D-Entwurfsmodell in gescannten „Wolken“. In diesem Fall werden Toleranzen für jede Klasse von Strukturelementen berücksichtigt. Wenn ein Element die Toleranz überschreitet, wird eine Abweichung aufgezeichnet.

In Worten scheint alles sehr einfach zu sein. In der Praxis stießen wir beim Ausführen im System auf bestimmte Schwierigkeiten. Wenn es eine fertige „Punktwolke“ gibt, ist es schwierig zu verstehen, wo sich die tatsächlichen Grenzen des Objekts befinden. Daher legen wir einen bestimmten Wertebereich fest und suchen innerhalb dieses Bereichs nach Punkten, die sich auf ein bestimmtes Element des Modells beziehen. Wenn Punkte gefunden werden, wird davon ausgegangen, dass sie auf dieses Element fallen.

Wenn solche Punkte nicht gefunden werden oder nicht in den angegebenen Bereich fallen, wird davon ausgegangen, dass das Element nicht durch Scannen abgedeckt wurde. Abweichungen werden nur für Modellelemente berechnet, bei denen der Prozentsatz der Abdeckung über einem Schwellenwert liegt. In der Regel liegt der Schwellenwert bei 75%. Jet Construction Monitor berücksichtigt die folgenden Arten von Abweichungen: Seitenverschiebung, Skalierung, Drehung.


Punktwolke überlagert das Modell

Wir speisen also das System ein: eine „Punktwolke“, ein 3D-Entwurfsmodell und Referenzinformationen zu Abweichungen für verschiedene Klassen von Strukturelementen. Das System erzeugt das Ergebnis in zwei Versionen. Die erste ist die interaktive 3D-Visualisierung, die von allen Seiten betrachtet werden kann. Der zweite ist ein Bericht in Form einer Tabelle mit aufgezeichneten Abweichungen.


Interaktive 3D-Visualisierung mit angezeigten Abweichungen

In der interaktiven Visualisierung sehen Sie, dass verschiedene Strukturelemente in verschiedenen Farben gemalt sind. Die grüne Farbe in der Visualisierung zeigt Elemente an, bei denen die Abweichungen die zulässigen Werte nicht überschreiten. Violett zeigt Abweichungen in eine Richtung an, rot in die andere Richtung.

In der Visualisierung werden möglicherweise graue Bereiche angezeigt, die nicht von einer „Punktwolke“ bedeckt sind. In der Regel handelt es sich dabei um Elemente eines 3D-Entwurfsmodells, die nicht gescannt werden können, z. B. Teile des Fundaments. Es können auch Elemente sein, bei denen die Beschichtung weniger als 75% beträgt.

Wie bereits erwähnt, werden Elemente des Modells in Form einer tabellarischen Liste mit Informationen zu Abweichungen angezeigt. Wenn die Abweichungen höher als die festgelegten Schwellenwerte sind, wird die Zelle in der Tabelle rot hervorgehoben. Die Tabelle kann nach Excel exportiert, nach dem Abweichungsindikator sortiert und dem Ausführenden als Abweichungsregister präsentiert werden.


Tabelle der Modellelemente mit Abweichungen

Jet Construction Monitor basiert auf der CloudCompare- Plattform. Ein wesentlicher Vorteil unserer Lösung ist die Möglichkeit, Daten zu einzelnen Strukturelementen auszugeben. Mit ihnen arbeiten Designer und Bauherren. Autodesk hat eine ähnliche Lösung: Auch dort kann eine „Cloud“ auf das Entwurfsmodell angewendet werden. Abweichungen sind jedoch nicht an die Liste der Strukturelemente gebunden.

Wo kann man es anwenden?

Jet Construction Monitor richtet sich in erster Linie an Baukunden - diejenigen, die Bauunternehmer beaufsichtigen. Gleichzeitig ist es nicht erforderlich, einen eigenen Laserscanner und einen geeigneten Spezialisten zu haben. Es gibt Unternehmen, die einen solchen Service zu einem angemessenen Preis anbieten.

Selbst für eine relativ große Industrieanlage kann das Scannen und Erstellen einer vorgefertigten „Punktwolke“ an einem Tag durchgeführt werden. In der Praxis bedeutet dies, dass es durchaus realistisch ist, wöchentlich einen Bericht über den Stand des Baus zu erhalten und somit die Auftragnehmer zu kontrollieren. Gleichzeitig ist es möglich, Unterbrechungen der Bauzeit zu vermeiden, die Einhaltung der Projektanforderungen und technologischen Anforderungen zu überwachen und mögliche Unfälle zu vermeiden. Und vor allem: Wenn Sie rechtzeitig Fehler feststellen, sind diese viel einfacher und kostengünstiger zu beheben.

Bis zu dem einen oder anderen Grad unterstützt Jet Construction Monitor nun die folgenden Funktionen:

• Suche und interaktive 3D-Visualisierung von Abweichungen;
  
• Erstellung eines Tabellenberichts mit einer Liste von Elementen, die über Toleranzen hinausgehen;
  
• Integration in Branchenverzeichnisse;
  
• Modelle in Entwurfssysteme importieren;
  
• "Punktwolken" importieren;
  
• Erkennung von Strukturelementen.
  

Die Hauptverbraucher dieser Lösung sind große Unternehmen, beispielsweise aus der Rohstoff- und Fertigungsindustrie. Sie bauen großflächige Einrichtungen: Werkstätten, Fabriken, verschiedene Arten von Terminals, in denen es um ein hohes Maß an Verantwortung geht.

Zukunftspläne

Natürlich möchten wir Jet Construction Monitor um einige Funktionen erweitern, die die Lösung noch effizienter und bequemer machen.

Wir arbeiten an einer Mustererkennungsfunktion unter Verwendung von Algorithmen für maschinelles Lernen. Jetzt kann die Lösung nur wenige solcher Bilder in der „Punktwolke“ wie „Strahl“, „Säule“, „gebogenes Rohr“ suchen und erkennen. Die automatische Erkennung verbessert die Qualität beim Erstellen von "Wolken" und erkennt Abweichungen, selbst bei Objekten, die aus irgendeinem Grund nicht im 3D-Entwurfsmodell enthalten waren. Gleichzeitig wollen wir nach der Verbesserung der Erkennungsfunktion diese optimieren und die Verarbeitungszeit der „Punktwolke“ verkürzen.

Der zweite Punkt, den ich verbessern möchte, bezieht sich auf das Problem des Exports von Strukturelementen. Jet Construction Monitor wurde unter einer der beliebtesten computergestützten Konstruktionssoftware Autodesk Revit hergestellt . Dies ist ein BIM-Entwurfswerkzeug , das eine praktische und bequeme Hierarchie von Struktureinheiten und Elementen implementiert. Beim Exportieren wird die Hierarchie jedoch nicht gespeichert und die Ausgabe ist eine „flache“ Liste von Elementen. Bei Großprojekten ist eine solche Liste umständlich und es ist schwierig, damit zu arbeiten. Dies ist ein weiterer Bereich der Verfeinerung.

Schließlich möchten wir eine Funktion zum Erstellen von 2D-Schnitten hinzufügen - Zeichnungen, auf denen Elemente hervorgehoben werden, die Aufmerksamkeit erfordern. Der Grundriss des Gebäudes, in dem Elemente mit Abweichungen außerhalb der Toleranzen hervorgehoben werden, ist eine Art Zwischenversion der Präsentation - zwischen 3D-Visualisierung und Tabelle.

Als Ergebnis haben wir ein vollwertiges Produkt zur automatisierten Kontrolle der Phasen und der Qualität der Konstruktion komplexer Objekte. Und es wird in der Lage sein, ein wichtiger Bestandteil des BIM-Förderers im Baumanagement für große Baukunden zu werden.