Zastosowanie naziemnego skaningu laserowego na różnych etapach budowlanego procesu inwestycyjnego.

Wstęp.

W tym roku, po krótkiej przerwie spowodowanej pandemią Covid-19, powróciła konferencja Projektowanie Przyszłości w wydaniu jaki jest nam najbliższy czyli „na żywo”. Podczas tegorocznej edycji mieliśmy okazję przybliżyć uczestnikom wydarzenia projekt jaki nasza firma AMIGEO Migut Garstecki Sp. J. realizowała na przełomie lat 2020-2021. Niniejszy tekst nawiązuje do wspomnianej wyżej prezentacji  i stanowi podsumowanie omówionego przez nas CASE STUDY.

Tak jak było to wspomniane podczas konferencji był to jeden z pierwszych przypadków w którym wykorzystaliśmy kompleksowo dane z naziemnego skaningu laserowego. Kompleksowo oznacza, że wszystkie wykonane usługi i produkty bazowały tylko i wyłącznie na obserwacjach z chmury punktów.

Oczywiście dane z chmur punktów musiały być właściwie zorientowane i do tego celu zastosowaliśmy odbiorniki satelitarny GNSS a do pomiarów wysokościowych niwelator. W ten sposób precyzyjna chmura punktów uzyskała dokładność wewnętrzną na poziomie kilku mm.

Po co skaning?

Ostatnie lata to czas pandemii. Ten stan rzeczy jeszcze bardziej pokazał, że nowoczesne technologie pomagają realizować dotychczasowe zadania: szybciej, dokładniej i bezpieczniej. Całość projektu była realizowana na terenie Huty Arcelor Mittal w oddziale firmy AirLiquide w Dąbrowie Górniczej. Na terenie zakładu znajduje się mnóstwo urządzeń, instalacji i sieci niezbędnych do produkcji gazów przemysłowych. Krótko pisząc jest to bardzo mocno zurbanizowany teren. W październiku 2020 poproszono nas o przygotowanie mapy do celów projektowych pod nową inwestycję firmy. Ponadto Zamawiający potrzebował dokładne dane dotyczące instalacji znajdujących się w terenie. Chodziło tutaj o elementy istniejących estakad i urządzeń. Właśnie dlatego na początku projektu podjęliśmy decyzję, że całość projektu wykonamy za pomocą skaningu laserowego.

Wybór właściwego  narzędzia.

Do pracy wykorzystaliśmy precyzyjny skaner laserowy marki Leica model P40.

Pomimo, że jest to kilkuletnie narzędzie to ze względu na swoje właściwości jest nadal produkowany. To urządzenie o najwyższej na rynku precyzji. Posiada imponujący zakres pracy. Skanuje obiekty w zakresie odległości od 0.4 do 250 metrów z prędkością około 1 miliona pkt/sec. Obszar terenu inwestycji wynosił około 5 hektarów. Klasyczne pomiary w zakresie samej mapy zajęłyby około tydzień pracy. Skaning i pomiary orientujące w terenie trwały zaledwie dwa dni!

Inny sposób pomiaru, inne dane z terenu.

Podstawowa korzyść wynikająca z wyboru tej techniki pomiarowej (skaningu), to fakt, pozyskania kompleksowej informacji o terenie. Po pracach terenowych dysponujemy wszystkimi informacjami o otaczającej nas przestrzeni. To kluczowa różnica! Najlepiej obrazuje to przykład po lewej stronie. Na zdjęciu widzimy tą samą krawędź drogi. Na chmurze widzimy całość jej przebiegu. Pomiary klasyczny to pomiar dyskretny, który w zgeneralizowany sposób przedstawia krawędzie jezdni.

Obróbka danych i dokładność.

Aby przygotować wszelkie opracowania projektowe z zakresu geodezji, geoinformatyki musimy je dokładnie obliczyć i wyrównać.

Jak już wcześniej wspomniano, bardzo istotne jest aby w trakcie pomiarów wykonać poprawną ich orientację. Daje to gwarancje, że wszelkie dane będą jednoznaczne i precyzyjne.

Sytuacyjne nawiązanie GNSS i wysokościowe powiązanie chmury punktów metodą niwelacji, umożliwia uzyskanie dokładności bezwzględnej na poziomie kilku mm.

To natomiast daje gwarancje, że  wykonane mapa, modele 3D stanu istniejącego i materiały archiwalne będą ze sobą spójne. Oprogramowanie do wyrównania danych. Na wysokie dokładności danych z terenu wpływa odpowiedni sprzęt, właściwa technika pomiarowa i oprogramowanie do wyrównania wszelkich obserwacji.

Wszystkie obliczenia orientacji wykonywaliśmy w oprogramowaniu GEONET z wykorzystaniem metody najmniejszych kwadratów oraz wyrównania chmur punktów w precyzyjnym oprogramowaniu Leica Cyclone Register. Ostatecznie obrobione dane zostały wyeksportowane do właściwych formatów e57 i rcp. Produkty przygotowane na podstawie skaningu laserowego.

Na bazie chmury punktów przygotowaliśmy w pierwszej fazie trzy produkty.

• mapę 2D do celów projektowych ( zgodną z wymogami standardów),
• prawno – geodezyjne opracowanie analizy granic działek ewidencyjnych,
• modele 3D BIM, stanu istniejącego dla wybranych zakresów instalacji przemysłowej.

Mapa do celów projektowych.

Mapa jest oczywiście podkładem, który musimy przygotować zgodnie z obowiązującymi prawnie standardami. Jest to de facto plik z mapą 2D, w formacie CAD. Jednakże przygotowanie go na podstawie chmury jest nowym rodzajem opracowania. Geodeta w zasadzie przenosi „teren” do biura i tutaj na podstawie danych 3D generalizuje obiekty tworząc mapę.

Dzięki temu mapa znacznie wierniej odwzorowuje rzeczywisty stan. Mamy gwarancję, że żaden z elementów nie zostanie przeoczony w terenie (kratka ściekowa, kanał etc.)

Ponadto przy rysowaniu mapy budujemy numeryczne modele terenu NMT, które ułatwiają: opisanie rzędnych, zbudowanie modelu warstwic ( jeżeli są niezbędne) oraz pomagają w projektowaniu układu komunikacyjnego w projekcie.

Z chmury możemy podać projektantom dodatkowe, kluczowe informacje, których nie przedstawia się na mapie.

Dokumentacja prawna dokładność granic a szczegóły terenowe.

Zgodnie z ostatnimi przepisami prawnymi wszystkie mapy do celów projektowych muszą posiadać przebadane granice pod kątem ich dokładności. Jeżeli granice nie spełniają zadanych przepisami dokładności, wówczas projektant nie może zbliżać się do takich granic na odległość 3 metrów i mniej w przypadku obiektów budowlanych oraz na odległość 4 metrów i mniej w przypadku budynków.

Aby można było projektować w odległościach bliższych należy przeprowadzić stosowaną procedurę geodezyjnego ustalenia granic. Całość czynności geodezyjno prawnych opiera się o analizę materiałów archiwalnych a następnie na nałożenia tych danych na rzeczywisty obraz terenu.

Tutaj skaning bywa dla nas bywa dla nas kluczowym rozwiązaniem. Analiza i ustalanie właściwego przebiegu granic ułatwia fakt, że mamy wszelkie szczegóły jakie mogą byś istotne dla całej czynności. Wyszukanie granicznika, narożniki istniejących budynków i inne szczegóły terenowe pozwalają poprawnie i bez wychodzenie w teren przed okazaniem granic przygotować całą niezbędną dokumentację.

Modelowanie 3D BIM.

Etap modelowania instalacji do celów projektowania podzielony był na dwa etapy. W pierwszej części modelowana była część północna estakady wraz z instalacjami i urządzeniami towarzyszącymi.

Przed rozpoczęciem modelowania z Zamawiającym ustaliliśmy wszelkie szczegóły związane z układami odniesienia a przed wszystkim z poziomem szczegółowości modelowania wszystkich elementów.

Opracowanie wykonane zostało w oprogramowaniu Autodesk Revit. Przy opracowaniu wykorzystywaliśmy w zasadniczej części elementy z gotowych bibliotek Revita. W kilku przypadkach zbudowaliśmy rodziny powtarzających się elementów. Całość modeli musieliśmy dodatkowo przygotować jako rysunki 3D będące wsadem do oprogramowania SmartPlant używanego przez Zamawiającego. Ponadto w fazie projektu okazało się, że część archiwalnej dokumentacji cyfrowej była przygotowana w innym układzie odniesienia. W układzie lokalnym huty.

Nasz zespół musiał skoordynować i przetransformować obiekty pomiędzy układami. Obowiązującym układem 2000 i układem huty.

Modelowanie 3D część II.

Drugi etap modelowania części istniejącej był dużo łatwiejszy, ponieważ mieliśmy już wypracowane standardy działania.  Kubaturowo był jednak znacząco większy. Uzupełnienia. Po realizacji II etapu i przekazaniu danych okazało się, że projektant ma dodatkowe wątpliwości w wpasowaniem nowych instalacji w kluczowych miejscach w terenie. Instalatorzy nie byli pewni wszystkich wymiarów na bazie samej mapy. Wówczas poproszono nas o do modelowanie kolejnych elementów na bazie posiadanych już chmur punktów. Ponadto do skanowaliśmy i zamodelowaliśmy newralgiczną komorę wody przemysłowej.

Czy było warto?

Potwierdzeniem, że takie podejście do projektowania ma sens są dwa kluczowe argumenty.

• Projektanci wszystkich branż, bez potrzeby dodatkowych pomiarów i wizji w terenie zaprojektowali całą niezbędną dokumentację.
• I etap projektu został już zrealizowany. Nie posiadał on żadnych błędów, które wpłynęły by na harmonogram prac i jego realizację. Wszystkie elementy wytyczone i wykonane w terenie pasowały lokalizacją i poziomem posadowienia. Podłączenia nowych instalacji w kluczowych miejscach, do rurociągów istniejących również były poprawnie wpasowane.

Prezentacja z Konferencji Projektowanie Przyszłości 2022