Новочеркасск, Россия
Южно-Российский государственный политехнический университет (Новочеркасский Политехнический Институт) имени М.И. Платова (кафедра «Промышленное, гражданское строительство, геотехника и фундаментостроение»,, аспирант)
с 01.01.2023 по настоящее время
с 01.01.2019 по настоящее время
Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова (Общеинженерные дисциплины, профессор)
с 01.01.1980 по 01.01.2019
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Россия
В статье приведены некоторые основные преимущества и недостатки применения технологии 3D сканирования в сфере обследования зданий и сооружений. Приведены результаты сканирования сооружений производственного и непроизводственного назначения. Показаны особенности лазерного сканирования производственных зданий (на примере гальванического цеха в г. Ростове-на-Дону), жилых домов (в г. Новочеркасске, Новороссийске, Ростове-на-Дону), зданий, пострадавших от пожара (в. Таганроге), объектов культурного наследия (в г. Таганроге и в г. Сочи).
обследование зданий, технология 3D сканирования, BIM модель, облако точек
«3D-сканер» - это прибор, с помощью которого возможно оцифровать любой объект (как живой – человек, животное, так и неодушевленный предмет) из окружающего нас мира и получить его трехмерную модель.
Франсуа Вилльем (годы жизни - 27 мая 1830 - 31 января 1905) – французский художник, скульптор и фотограф стал первым, кто разработал и запатентовал процесс создания портретной скульптуры с использованием нескольких фотопроекций. Свое изобретение скульптор назвал «фотоскульптурой». Суть данной технологии заключалась в выполнении серии фотографий, выполняемых последовательно, перемещаясь вокруг изучаемого объекта. Затем серия снимков использовалась в качестве синхронизированных фотопроекций для создания скульптуры.
С тех пор технологии сканирования шагнули далеко вперед. На сегодняшний день существует огромное количество производителей сканеров, а самих технологий оцифровки поверхностей более десятка.
Наиболее популярным методом 3D-сканирования стало лазерное сканирование. Для создания лазерного сканера потребовалось объединить знания тригонометрии, открытые древними вавилонянами и египтянами, с современными системами обработки изображений и компьютерным зрением. Это было достигнуто только после десятилетий перебора различных теоретических подходов к поставленной задаче.
Первый пик развития технологии 3D-сканирования датируется второй половиной 20 века. Первые сканеры имели весьма ограниченные возможности, поэтому для получения результата и «определенной» точности данных приходилось тратить много времени и усилий, как на стадии проведения работ, так в процессе обработки.
В 1970‑х годах создание цифровых моделей из реальных объектов было трудоемким. Метод основывался на контактных системах измерений (маячки, реперы, метки – было очень большое число), которые регистрировали точки в пространстве.
А в 1980‑х годах лазерное сканирование начало набирать популярность. Данный метод во многом изменило природу 3D-оцифровки предметов. Лазерное сканирование на практике оказалось быстрее и позволило открыло целый новый мир объектов, которые можно было сканировать. Раньше, предметы с мягкой или хрупкой поверхностью были неподходящими для оцифровки. Сегодня большинство лазерных сканеров используют линии лазерного света для захвата геометрии.
Но данная технология не стоит на месте и развивается по сей день.
В настоящее время BIM-проектирование все глубже проникает в строительную отрасль. Согласно постановлению Правительства России № 331 от 5 марта 2021 года: «С 1 января 2022 года формирование и ведение информационной модели объекта капстроительства станет обязательным для заказчика, застройщика, техзаказчика и эксплуатирующей организации, если на этот объект выделены средства бюджетной системы РФ». Проектировщикам проще ориентироваться в цифровой 3D модели здания для нахождения требуемой недостающей информации, нежели по 2D чертежам. Зачастую уже в ТЗ прописана BIM-модель здания на том или ином уровне детализации.
Технология 3D сканирования имеет большое количество преимуществ, приведем некоторые из них:
- Универсальность применения. Данная технология может быть применена практически в любой области: строительство (мониторинг на стадии строительства и эксплуатации); реконструкция, ремонт, реставрация - особенно это касается памятников культурного наследия (определение существующих архитектурных форм, скульптур для дальнейшего их ремонта и восстановления); медицина (протезирование, ортопедия); производство (автомобилестроение, производство пресс-форм, авиастроение).
- Возможность выполнения работ как в помещении, так и на улице, помехой также не являются погодные условия и недостаток света.
- Технология работает без физического контакта с объектом, что дает возможность работы с объектами различных размеров и обследование труднодоступных элементов: от отдельного строительного элемента, такого как кирпич - до целых зданий.
- 3D-сканеры позволяют упростить и минимизировать сроки выполнения обмерных работ. А, следовательно, при полной загрузке 3D-сканера, он быстро себя окупает.
- Мобильность 3D-сканеров. Применение 3D сканирования объектов, находясь в дальних командировках, позволяет получить полную и исчерпывающую картину, и позволяет исключить дополнительные выезды для уточнения данных.
- Минимизация ошибок при модернизации производственных зданий, зрелищных и культурно-просветительных учреждений – вписывание нового оборудования в имеющееся пространство.
- Результат съемки удобно импортировать в двух и трехмерные системы проектирования – AutoCad, Revit и ReCap от производителя Autodesk или в другие программные комплексы, имеющие подобный набор инструментов.
- Картографирование и трехмерное моделирование поверхности земельного участка – на этапе проведения предпроектных работ для точного определения рельефа и дальнейшего подсчета объемов работ при планировке территории и многие другие преимущества.
Но следует выделить и ряд недостатков:
- Одним из недостатков 3D-сканирования является сложность, а порой и невозможность сканирования объектов, чьи поверхности имеют высокое светопоглощение, например, черные структурные поверхности.
- Большой вес (размер) файла. При обработке полученных данных на ПК заметно сильное замедление работы. Для выполнения обработки данных необходима техника высокой мощности.
- Затруднена съемка прозрачных и бликующих объектов (стеклянных, зеркальных). Необходима предварительная обработка поверхности специальным составом.
- При выполнении работ могут возникнуть некоторые трудности при сканировании форм с глубоким рельефом на поверхности (барельефа и горельефа).
Принцип работы 3D сканера заключается в использовании определённого вида излучения и сканирования объекта через отражение света или прохождение излучения через объект или среду. Сканирование производится по станциям, а камеральная обработка полученных данных производится в программе ReCap в единую BIM модель. В результате получают облако точек, представляющее собой массив, где каждая точка имеет индивидуальные координаты. В облаке точек отражены данные о геометрии сложных архитектурных форм, элементов лепного декора экстерьера и интерьера объекта, расположение объектов в пространстве (внутреннее пространство помещений – расположение оборудования или его отдельных частей, попадающих в область съемки, систем инженерного обеспечения и др.).
Полученную информацию 3D сканированием обрабатывают в программе ReCap, затем импортируют в программу Revit и собирают трехмерную модель объекта, затем, с помощью нескольких кликов мыши, импортируют двухмерное изображение в программу AutoCad для дальнейшей работы с чертежом или продолжают работу с файлом в программе Revit и выводят готовые двухмерные чертежи требуемого масштаба на листы, готовые к печати.
Услуги по лазерному 3D сканированию и моделированию промышленных и гражданских проектов позволяют решить специалистам актуальные задачи:
- сканирование промышленных и гражданских обьектов для решения задач BIM-проектирования;
- сканирование фасадов и интерьеров зданий;
- обмеры помещений для получения точной геометрии;
- обмерные работы с целью реставрации;
- сканирование для детальной разработки отдельных узлов.
Специалисты ООО «Строительно-производственное управление» на протяжении более двух с половиной лет применяют технологию 3D сканирования на практике. За данный период было выполнено сканирование более ста пятидесяти объектов таких как: производственные корпуса и здания АБК (административно-бытовые корпуса) на территории промышленных предприятий, гражданские жилые и общественные здания, объекты культурного наследия (как здания, так и отдельно стоящие памятники), гидротехнические (шлюзы) и инженерные сооружения (очистные сооружения).
Ниже приведены примеры полученных обработанных результатов в виде облака точек (рис. 1-8) [5-13].
Рис. 1. Нежилое торгово-выставочное здание по адресу: Ростовская обл., Аксайский район, ст. Грушевская, Новочеркасское шоссе, 1 [5]
Рис. 2. Жилой дом по спуску Герцена, 11 в г. Новочеркасск Ростовской области [6]
Рис. 3. Здание по пр. Буденновский, 83 в г. Ростове-на-Дону [7]
Рис. 4. Здание музея, по адресу: г. Таганрог, ул. Александровская, 56 [8]
Рис. 5. Нежилое здание, подвергшееся воздействию пожара, расположенное по ул. Большая Бульварная, 12 в г. Таганроге Ростовской области [9]
Рис. 6. Нежилое здание, подвергшееся воздействию пожара, расположенное по ул. Большая Бульварная, 12 в г. Таганроге Ростовской области [10]
Рис. 7. Здание цеха гальванопокрытий, по адресу: г. Ростов-на-Дону, ул. Менжинского, 2 [11]
Рис. 8. Здание, расположенное по адресу Краснодарский край, г. Сочи, Центральный район, ул. Виноградная, 14 [12]
Рис. 9. Жилое здание, расположенное по адресу: г. Новороссийск, ул. Новая, 3а [13]
1. ГОСТ 31937-2011 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния».
2. СП 331.1325800.2017 «Информационное моделирование в строительстве. Правила обмена между информационными моделями объектов и моделями, используемыми в программных комплексах».
3. Постановление от 15 сентября 2020 года №1431 Об утверждении Правил формирования и ведения информационной модели объекта капитального строительства, состава сведений, документов и материалов, включаемых в информационную модель объекта капитального строительства и представляемых в форме электронных документов, и требований к форматам указанных электронных документов, а также о внесении изменения в пункт 6 Положения о выполнении инженерных изысканий для подготовки проектной документации, строительства, реконструкции объектов капитального строительства.
4. Применение метода 3d сканирования при обмерных работах в рамках инженерно-технических исследований объектов производственного и непроизводственного назначения Субботин А.И., Шутова М.Н., Вареница А.П., Подскребалин А.С.: Обследование зданий и сооружений: проблемы и пути их решения. Материалы XI научно-практической конференции. Под редакцией А.В. Улыбина. Санкт-Петербург, 2021. С. 102-111.
5. Отчет «Заключение о техническом состоянии строительных конструкций нежилого торгово-выставочного здания по адресу: Ростовская обл., Аксайский район, ст. Грушевская, Новочеркасское шоссе, 1».
6. Отчет «Заключение о техническом состоянии строительных конструкций части жилого дома по спуску Герцена, 11 в г. Новочеркасск Ростовской области».
7. Отчет «Заключение о техническом состоянии строительных конструкций здания по пр. Буденновский, 83 в г. Ростове-на-Дону».
8. Отчет «Заключение о техническом состоянии строительных конструкций здания музея, по адресу: г. Таганрог, ул. Александровская, 56».
9. Отчет «Заключение о техническом состоянии подвергшихся воздействию пожара строительных конструкций нежилого здания, расположенного по ул. Большая Бульварная, 12 в г. Таганроге Ростовской области».
10. Отчет «Заключение о техническом состоянии подвергшихся воздействию пожара строительных конструкций многоквартирного жилого дома, расположенного по ул. Большая Бульварная, 9-3 в г. Таганроге Ростовской области».
11. Отчет «Заключение о техническом состоянии строительных конструкций перекрытий здания цеха гальванопокрытий инв. №396, литер БХ, по адресу: г. Ростов-на -Дону, ул. Менжинского, 2 реализации проекта производства зубчатых колес и валов».
12. Отчет «Заключение о техническом состоянии строительных конструкций здания, расположенного по адресу: Краснодарский край, г. Сочи, Центральный район, ул. Виноградная, 14».
13. «Заключение о техническом состоянии строительных конструкций жилого дома, расположенного по адресу: Краснодарский край, городской округ Новороссийск, село Абрау-Дюрсо, ул. Новая 23А».
