Пиу-пиу лазером — и видно косяки строителей: сверхточная модель здания на основе лазерного сканирования

в 7:03, , рубрики: архитектура, Блог компании КРОК, Геоинформационные сервисы, здание, инженерные объекты, лазер, обработка изображений, сканирование, фото, фотометрия

Берём лазерный сканер (это что-то вроде лидара) — штуку, которую надо установить на треногу и нажать кнопку. Штука обводит лазерным лучом всё, что видит, и сохраняет облако полученных точек. Это похоже на работу лазерного дальномера, только за один проход вычисляется несколько миллионов расстояний. По миллиону в секунду.

Пиу-пиу лазером — и видно косяки строителей: сверхточная модель здания на основе лазерного сканирования - 1

Получается нечто подобное (на самом деле это уже результат постобработки, потому что сначала получается просто матрица чисел). Вы берёте эту штуку и несёте на все этажи здания, во все объёмы, а потом выставляете снаружи. Получается модель:

Пиу-пиу лазером — и видно косяки строителей: сверхточная модель здания на основе лазерного сканирования - 2

Допуск точности этой модели — пять миллиметров. То есть видно отклонение толщин, скосы и разные кривые, которые никак не заметить визуально. На данном здании было зафиксировано однонаправленное накапливание допусков по мере подъёма по этажам, что сделало своего рода «обратную пирамиду», то есть последний этаж получился на пять сантиметров больше первого. А подобные изменения означают пересогласования площадей и пересчёт нагрузок на несущие конструкции. Ну и можно спросить с подрядчика, почему остекление надо перезаказывать.

Теперь, собственно, как работает это пиу-пиу.

Как работает это пиу-пиу

Чтобы создать модель строительного объекта (реального) и проверить её соответствие плану, можно выбрать несколько подходов. Свой офис, например, мы облетели дроном с RTK (наземной станцией, вещающей поправки GPS) и потом сшили фотографии. Это метод фотограмметрии. С помощью него можно заходить в помещения, но это довольно долго. Хотя технология за годы сделала большой рывок, именно для этого объекта мы выбрали лазерное сканирование.

Мы взяли Leica ScanStation P40. Эта штука почти идеальна для помещений, и там ещё есть встроенная камера, что позволяет снимать текстуры и цвет (правда, тогда сканирование замедляется в несколько раз).

Пиу-пиу лазером — и видно косяки строителей: сверхточная модель здания на основе лазерного сканирования - 3

Вот его характеристики:

  • Пространственная 3D-точность — 3 мм на 50 м, 6 мм на 100 м.
  • Ошибка линеаризации ≤ 1 мм.
  • Длина волны — 808 нм (невидимый луч)/658 (видимый луч).
  • Класс лазера — 1 (IEC 60825:2014).
  • Диаметр исходящего луча ≤ 3,5 мм.
  • Скорость сканирования — до 1 000 000 точек/сек, условия: от полной темноты до яркого солнца.
  • Шум — 0,4 мм СКО на 10 м, 0,5 мм СКО на 50 м.
  • Вертикально вращающееся зеркало на горизонтальной вращающейся базе: частота вращения — до 50 Гц при работе от внутренних батарей, до 100 Гц — при работе от внешнего источника питания.
  • Связь — Ethernet, WLAN или USB 2.0.
  • Потребление — 40 Вт.
  • Рабочая температура: -20 °C… +50 °C, защита — IP54 (IEC 60529).
  • Размер — 238 мм x 358 мм x 395 мм, масса — 11,9 кг.

Эта штука заносится в помещение, включается, некоторое время думает (точнее, калибруется). Потом вы надеваете очки, и все в помещении тоже надевают очки. На самом деле это не требуется, потому что лазер несильный, импульсы очень короткие. Но так нужно по ТБ, потому что в теории могут найтись индивидуумы, которые умудрятся всё сканирование смотреть в излучатель. В случае с нашим строительным объектом мы почти всегда убирали людей из помещения на время работ, чтобы они не начали топать около установки. Кстати, вибрации послабее она переносит отлично, и проезжающий мимо грузовик несильно скажется на точности измерения.

Дальше получается вот такая «фотография». Это опять же данные после склейки облака точек:

Пиу-пиу лазером — и видно косяки строителей: сверхточная модель здания на основе лазерного сканирования - 4
Здесь на данных лидара мы только что закончили привязывать устройство к геодезическому нулю объекта с ноутбука.

Пиу-пиу лазером — и видно косяки строителей: сверхточная модель здания на основе лазерного сканирования - 5
Один проход на 360 градусов в помещении в чёрно-белом режиме занимает около 50 секунд, в цветном — около трёх минут.

Пиу-пиу лазером — и видно косяки строителей: сверхточная модель здания на основе лазерного сканирования - 6
Данные сохраняются, сканер перемещается. Обычно за первый этап мы обходим весь объект. Следующим этапом — сшивка. После этого — исполнительная документация.

Пиу-пиу лазером — и видно косяки строителей: сверхточная модель здания на основе лазерного сканирования - 7

Это уже трёхмерная модель, её можно крутить. Таким образом обрабатывается каждая комната здания и ещё здание снаружи. Дальше всё это соединяется в одну модель:

Пиу-пиу лазером — и видно косяки строителей: сверхточная модель здания на основе лазерного сканирования - 8

Пиу-пиу лазером — и видно косяки строителей: сверхточная модель здания на основе лазерного сканирования - 9

Пиу-пиу лазером — и видно косяки строителей: сверхточная модель здания на основе лазерного сканирования - 10

Пиу-пиу лазером — и видно косяки строителей: сверхточная модель здания на основе лазерного сканирования - 11

Пиу-пиу лазером — и видно косяки строителей: сверхточная модель здания на основе лазерного сканирования - 12

Пиу-пиу лазером — и видно косяки строителей: сверхточная модель здания на основе лазерного сканирования - 13

Пиу-пиу лазером — и видно косяки строителей: сверхточная модель здания на основе лазерного сканирования - 14

Затем на основе этого сырого облака точек строится уже архитектурная модель:

Пиу-пиу лазером — и видно косяки строителей: сверхточная модель здания на основе лазерного сканирования - 15

Пиу-пиу лазером — и видно косяки строителей: сверхточная модель здания на основе лазерного сканирования - 16

И в конце получается модель для Архикада:

Пиу-пиу лазером — и видно косяки строителей: сверхточная модель здания на основе лазерного сканирования - 17

Пиу-пиу лазером — и видно косяки строителей: сверхточная модель здания на основе лазерного сканирования - 18
Тут заказчику были важны фасады и несущие конструкции, поэтому в чертёж очень художественно попал мусор. Тоже с точностью до миллиметра.

Но между сшивкой и моделью есть ещё один шаг. Дело в том, что помещения выглядят в реальном мире несколько иначе, чем в архитектуре. Лазер не умеет отличать мусор от частей конструкции. Смотрите, здесь лежат стройматериалы:

Пиу-пиу лазером — и видно косяки строителей: сверхточная модель здания на основе лазерного сканирования - 19

Здесь — доски:

Пиу-пиу лазером — и видно косяки строителей: сверхточная модель здания на основе лазерного сканирования - 20

Здесь — кабель:

Пиу-пиу лазером — и видно косяки строителей: сверхточная модель здания на основе лазерного сканирования - 21

Вот этот полиэтилен на окнах доставил нам массу неудобств, поскольку с точки зрения сканера это чуть ли не бетонный монолит, пришлось переснимать без него:

Пиу-пиу лазером — и видно косяки строителей: сверхточная модель здания на основе лазерного сканирования - 22

Это всё зачищается на схеме (и вы не узнаете про какой-то дефект, если он был накрыт паллетой стройматериалов), но цель не в этом. Цель — обычно убедиться в правильности планировки, правильной толщине перекрытий, правильности расположения и размера колонн и так далее.

В итоге получается полная нарезка, в которой можно тыкать пальцем на «было-стало» и по которой можно доказать что-то подрядчику.

Почему нужно доказывать что-то подрядчику?

На реальном строящемся объекте застройщик всегда сомневается в правильности работ. В данном случае вопросы были по монолитным работам. Не всегда точно понятно, сколько залито бетона по факту. План главный архитектор знает, а вот что в итоге — неясно.

Мы довольно быстро отсканировали здание (ушло около полутора недель с учётом времени сшивки и нарезки чертежей) и сделали набор исполнительной документации. Дальше они уже сами сравнили её с такой же рабочей. И точно установили, где, сколько и каких площадей.

Это большие деньги при производстве работ (по стройматериалам) и отдельный вопрос получения разрешений на ввод. Если застройщик обманул инвестора (даже случайно, что регулярно происходит), то это потери. Если здание построено больше заявленного, то надо после определённого порога заново проходить экспертизу или разбирать и переделывать. В Москве с этим строго, не рыпнешься.

Налоги платятся с площадей. Если 150 тысяч квадратных метров, то налог выплачивается с них. Можно сделать этаж на 100 квадратных метров больше и сдавать их, тогда владелец здания будет обманут эксплуатационщиком (частая ситуация при иностранном владельце). Можно сделать меньше (случайно) — и тогда будет переплата по налогам.

Изменение размеров зданий также может перераспределить нагрузки. В нашем случае так и произошло, но архитектором были взяты большие допуски, и в них всё уложилось.

Отдельные этажи можно сканировать в реальном времени по мере строительства (утром — съёмка, вечером — сшивка и кусок исполнительной документации). Это важно при контроле строительства.

Что ещё надо знать

Лазер не умеет бить «за угол», поэтому нужно не просто ставить треногу в каждом помещении, а делать план затенения. То есть учитывать, что у каждой колонны будет снята обратная сторона. В случае сложных помещений нужна либо хорошая модель заранее, либо несколько избыточных точек съёмки.

Удобно сшивать поэтажно, но тогда лестницы будут входить в «свой» и соседние этажи.

Можно дополнить это устройство подземным георадаром, если нужна модель того, что под зданием. Но такой радар уже гораздо опаснее по классу.

Для проведения работ не нужны разрешения: излучение слабее лазерного дальномера. Не нужно ждать погоды или каких-то особых условий. Но желательно почистить от легкоубираемого мусора помещения.

Нельзя использовать этот метод в нефтегазовой промышленности и по пожароопасным помещениям (складам пожароопасных материалов). Там нужно использовать фотограмметрию с дрона.

Метод не даёт возможности соединить наружную поверхность с внутренней иначе как с помощью построения двух моделей: внешней оболочки здания и внутренней. Это значит, что если у вас уже установлен вентфасад или здание оклеено плёнкой, то наружный контур будет именно по этим объектам.

Стекло видно как непрозрачный объект.

Надо будет согласовать высотные работы, потому что последняя точка нужна с верхней точки конструкции. Это необязательно, но несколько повышает точность.

Ссылки

Автор: Иван Царев

Источник


* - обязательные к заполнению поля