СЪЗДАВАНЕ НА BUILDING INFORMATION MODEL (BIM) ЧРЕЗ ОБЛАЦИ ОТ ТОЧКИ*

Сряда, 09 Юли 2014

Десислава Георгиева Танушева, УАСГ, Този имейл адрес е защитен от спам ботове. Трябва да имате пусната JavaScript поддръжка, за да го видите.

Ключови думи: лазерно сканиране, облаци от точки, 3D обектно ориентирано моделиране

Научна област: геодезия, строителство, управление на инженерни проекти

РЕЗЮМЕ

В доклада се разглежда технологията за лазерно сканиране на обекти с геодезически сканиращи системи, точността на получените пространствени данни и тяхното практическо приложение в процеса на създаване на Building Information Model (BIM). Цел на разработката е представяне на технология за най-ефективно създаване на 3D обектно-ориентирани цифрови модели от сканираните данни. Получените резултати могат да се използват при измерване, моделиране и паспортизация на обекти в строителството, паметници на културата, инженерни съоръжения - мостове, тунели, линейни обекти, изкопи, насипи и други.

  1. Въведение. Същност на BIM
  2. 1.1. Концепцията BIM

BIM е съкращение от Building Information Modeling и на български се превежда Строително Информационен Модел.

Чрез BIM се създава и управлява в цифров вид документацията за един проект през целия му живот - от най-ранните концепции и дизайн на архитекта, през проектантските решения на инженерните специалности, през работата на строителите и след това поддръжката и стопанисването на сградата през експлоатационния й живот и евентуалното й разрушаване.

Концепцията за BIM съществува от 70-те години на миналия век. За пръв път терминът се използва през 1992г. в статия от Ван Недервен и Толман [2]. Въпреки това, терминът Building Information Modeling (включително акронима "BIM") става популярен, когато Autodesk пуска статия, озаглавена "Building Information Modeling" през 2003г.

В статия за списание CIO, 2013г. [3] доц. д-р арх. Боян Георгиев обяснява, че BIM е съкращение, което обединява три различни, но взаимосвързани понятия (фиг.1.):

  • Building Information Modelling е процес на създаване и обменяне на данни за сграда (съоръжение) по време на нейното проектиране, строителство, ползване, поддръжка и разрушаване, тоест през пълният й жизнен цикъл. BIM позволява на участниците в тези процеси достъп до една и съща информация чрез взаимодействие на различни технологични платформи.
  • Building Information Model е цифрово описание на физически и функционални характеристики на сграда (съоръжение), което служи като споделен източник на данни и информация за него. То формира и поддърржа надеждна база данни за взимане на решения по време на нейното съществуване.
    • Building Information Management осигурява организация и контрол на бизнес процеси, използващи информация от цифровия модел за осъществяване на обмен на информация през целия жизнен цикъл на съоръжението. Ползата от това е наличие на централизирана и визуализирана информация, предварително изследване на възможности, устойчивост на решенията, ефективно проектиране, интеграция на специалности и инсталации, пълна строително-техническа документация и др.

         fig1

Фиг.1. Концепцията BIM

  1. 1.2. Предимства на BIM

      Тук BIM представлява се разглежда като обектно ориентиран цифров модел (OOCAD) с пълна база данни. За създаването на модела в графична среда вече не се работи с линии, а с типове обекти, към които се свързва атрибутна информация [4]. Всеки създаден BIM модел на сграда или съоръжение може да се разглежда като ГИС приложение за управление на проектантския, строителния и експлоатационния му период. Неговите възможности са:

  • Проектантите ползват BIM за сложни анализи за ефективността на сградата, конструкцията и системите на сградата, като в крайна сметка създават строителната документация и значително намалят времето за изчисления и чертане. Творческата дейност се съсредоточава върху проектирането;
  • Строителите използват BIM за по-ефективно управление на ресурсите, необходими за проекта (вид и количества материали, персонал и техника);
  • Инвеститорите правят бързи финансови анализи за своята инвестиция, пестят разходи от липсата на конфликти, ускореното строителство и ефективната поддръжка на сградата;
  • Въвеждане на 5D BIM – понятие, широко използвано в CAD индустрията, което се отнася за връзката между 3D графичните компоненти на модела и дефинирани времеви графици и информация, свързана с цената на различни мероприятия и материали.

1.3. Развитие на BIM по света

През последните години [3] във Великобритания понятието BIM е в основата на държавната политика. В началото на 2008 г. е публикуван стандартът BS 1192, който е приложим за всички страни, участващи в подготовката и използването на информация по време на проектирането, изграждането, експлоатацията и разрушаването на сградата.

 Водещата роля на Обединеното кралство се отчита позитивно от Европейската комисия. В края на октомври 2013 г. се проведе конференция за обсъждане на Директива на ЕС за прилагането на BIM в евросъюза. Първата стъпка в това направление вече е направена. От края на март 2013г. е в сила ISO 16739:2013 - Industry Foundation Classes (IFC) for data sharing in the construction and facility management industries. 

В Холандия през 2012г. е публикувана втора версия на стандарт определящ параметрите на документацията и форматите за прилагане на BIM в строителството.

В САЩ без да има специална институция или структура за използването на BIM, големите проектантски фирми активно прилагат този тип технология. Сред тях са и водещите фирми за програмни продукти, които използват концепцията за BIM и активно съдействат на частни фирми и държавни институции за прилагането й.

В Азиатските държави също се отбелязва развитие на отношението към BIM. В Сингапур са приети нормативи за задължително въвеждане на тези технологии. Южна Корея върви по същия път. Индия развива голям потенциал от фирми за износ на производство на тези технологии в помощ на развитите индустриални държави.

2. BIM & 3D LASER SCANNING

Приложението на технологията на лазерно сканиране (фиг. 2, 3 и 4) е популярно в геодезическите и ГИС среди от много години насам. Въпреки това, последните постижения в хардуерна технология и развитието на BIM помагат да се даде начало на ново ниво на използване на данните от лазерното сканиране в строителната индустрия.

Сканирането за целите на строителство се прилага най-често за съществуващи обекти (eBIM или existing BIM), но се появяват и приложения, свързани с нови строителни работи и проектиране. Технологията на сканиране се превръща в съществена стъпка а за попълване на интегрирания BIM цикъл, като играе важна роля в работния процес.

fig2 1 fig2 2

 Фиг.2. От сканиран „облак от точки“ към BIM документация за бъдещи приложения

 fig3

Фиг.3. Външно сканиране /exterior/

fig4

Фиг.4. Вътрешно сканиране /interior/

Много от фирмите, произвеждащи лазерни сканиращи инструменти (лазерни скенери) вече издават указания как сканиращата технология може да се прилага в BIM и работния процес в строителството [1]. Технология на сканиране може да се използва за оптимизиране на строителния процес, като в същото време се намали риска на проекта, разходите, както и времето за неговото довършване, съответно реализиране. Целта е практическото разбиране на приложението на лазерното сканиране, що се отнася до обектно ориентирано моделиране и интегриране в BIM.

Същността на процеса на лазерно сканиране се състои в следното. Скенери изпращат лазерни лъчи с голяма гъстота към обекта на сканиране и извършват измервания за определяне на положение на точки от него. Хардуерът на скенера измерва времето на изминаване на разстоянието от скенера до отразяващата повърхност и обратно до приемането му от скенера (при импулсни скенери) или фазовите разлики (при фазови скенери), с което се измерва разстоянието и пространствените ъгли между скенера и сканирания обект за всяка негова точка. Съвременната сканираща технология има способността да изпрати хиляди лъчи в секунда, в резултат на което се събира огромно количество пространствени данни, наречени "облак от точки". Много скенери могат да идентифицират и регистрират RGB (Red, Green, Blue) стойност или интензитет на всяка отразена от обекта точка. В резултат на това облаците от точки включват милиони, дори милиарди данни, които описват максимално реалистично сканираната физически среда.

fig5

Фиг.5. 3D модел на метро тунел

fig6

Фиг.6. 3D модел на мостова конструкция

fig7

Фиг.7. 3D модел от сканиран терен

fig8

Фиг.8.Повърхнина в Revit

Процесът на 3D обектно-ориентирано проектиране върху 3D представен терен може да се нарече 3D вертикално планиране. Съчетаването на проекта на сградата или съоръжението с реалния терен служи и за създаването на реалистични макети на проектирания обект, онагледяващи инвестиционните намерения.

fig9

Фиг.9. Проектиране върху заснет терен

3. Обработка на информацията от лазерното сканиране в средата на Revit

3.1.  Въвеждане на облака от точки и неговото привеждане към локална координатна система

Конвертирането на данните от сканирането в BIM модела е класически процес на трансформиране на данни. Извършва се сканиране от необходим брой станции. Данните от множеството сканиращи станции се обединяват в един модел, което е по-известно като последваща обработка или етап на  регистрация. На фиг.10 е показан обединен и обработен облак от точки на църква Света троица [7], гр. София в т.нар. 3D view режим на визуализация.

fig10

Фиг.10 Сканиран облак от точки   

Сканирането може да бъде времеемко начинание, което води до много големи и/или сложни набори от данни, така че е препоръчително всеки екип, който прилага технология на сканиране да планира своите усилия много внимателно (фиг.11). Желаният резултат от прилагането на процеса на сканиране трябва да бъде ясно дефиниран. В много случаи желаният резултат е да се определи точно местоположението (X, Y, Z координатни) за физическа повърхност на обекта. В други случаи изискваната  информация може да е 4D информация (3D графика + времето) и информация за разходите 5D. Последно, но не на

последно място, създаваните модели могат да бъдат допълнени с информация за управление на съоръжението.

 fig11

Фиг.11. Схема с разположениена станциите за сканиране

3.2.       Дефиниране на нива (разрези)

С инструмент Level се определят  основните разрези във височина. Създава се ниво за всяка желана от проектанта височина от сградата (напр. първия етаж, горната част на конкретна стена и др.). Добавянето на нива се осъществява в т. нар. elevation view режим на визуализация (фиг.12).

fig12 1 fig12 2        

Фиг.12. Дефиниране на разрези

3.3.   Работа в съответните нива  - изгледи в план

С дефинирането на съществуващите нива на сградата или съоръжението се създават и съответните им изгледи в план (фиг.13). Основната част от чертожната работа на проектанта се осъществява в т.нар. plan view режим на визуализация.

fig13 1 fig13 2

Фиг.13. Планови изгледи на различни нива (2D)

 

3.4     Конструктивни елементи (walls, floors, roofs, rooms)

 fig14

Фиг.14. Основни построения /покрив/

fig15 1 fig15 2

Фиг.15. Основни построения /стена/

Софтуерът поддържа високо ниво на топология и извършва постоянен контрол на извършените построения (фиг.14). Интересен е въпросът за точността на привързване на дефиниран конструктивен елемент към конкретно множество от точки от облака. Изследването на точността на избора на изглаждащи прави и равнини е предмет на бъдеща разработка.

 

3.5.  Добавяне на групи обекти (families) и тяхното  редактиране за целите на модела. Различните групи (doors, windows, columns) обекти се зареждат като външни библиотеки към проекта.

fig16 1 fig16 2

Фиг.16. Добавяне на групи обекти

3.5  Избор на подходящи материали на конструктивните елементи

Ако в атрибутната част на построените конструктивни елементи се въведе информация за материала, от който са изработени, проектът се онагледява добре в т. нар. realistic view режим на визуализация.

fig17

Фиг.17. Изглед в режим на визуализация Realistic view

 

3.7    Сечения и конструктивни оси                         

       Чрез дефиниране на различни сечения за целите на геодезическата практика лесно се създават т. нар. ортофото изображения. При проектирането сеченията и дефинираната мрежа от конструктивни оси  (grids) са част от изискващатата се документация към проекта. Осите можат да се дефинират като линии, дъги или комбинация от тях.

fig18

Фиг.18. Сечения

3.8    Извлечения от графичната и атрибутна база данни

Едно от основните предимства на този съвременен начин на проектиране е възможността осъществяване на бързи и лесни извлечения от атрибутната информация, привързана към всеки от обектите в модела (фиг. 19). Така например, всички количествено стойностни сметки се извеждат автоматично. Това спестява време, усилия и намалява вероятността за допускане на грешка при изчисленията. 

fig19

Фиг.19. Таблица за стойността на всички стени от даден тип

3.9     Оформяне за печат и експорт към други формати                      

Софтуерът предлага експорт на данните към други cad приложения (фиг20).                                                                                                                                                                                         

 fig20

4.         Изводи и заключения

 

Основните възможности и предимства на BIM са разгледани в доклада. Трябва да се отбележат и съпътстващите внедряването на нов софтуер в проектирането и поддържането на сгради недостатъци [4]. На първо място възникнат проблеми при документирането на крайните продукти от изградения BIM при съществуващите у нас стандарти и практика за това. Необходимо е въвеждане на национални стандарти и библиотеки за графично и документално оформяне на крайните материали, съпътстващи всички проектантски дейности по проекта. Важно е да се отбележи, че софтуерна система като BIM изисква хардуерна платформа с по-големи възможности от масово използваните в момента, както и необходимостта от време и средства за обучение и усвояване на BIM от специалистите в проектирането и строителството.

 

В заключение от моделирането на разгледания обект и превръщането му от сканиран облак от точки в обектно ориентиран 3D цифров модел в средата на Revit може да се обобщи, че този съвременен подход за обработка дава резултат с висока точност, подробност и реалност, спестява време и средства, създава продукт, готов за ползване и последващо надграждане от всички други специалисти, работещи върху неговата реконструкция, реставрация, вътрешни или външни ремонти и други.

 

Литература

 

1.          Gleason D. , Laser Scanning for an Integrated BIM, Constance, October, 2013

 

2.          http://en.wikipedia.org

 

3.          http://cio.bg

 

4.          http://blog.tsukev.com

 

5.          http://www.cadpoints.com

 

6.          http://wikihelp.autodesk.com

 

7.          http://www.geocad93.com

 

 

 

*Заглавието е на редакцията.

 

Прочетена 5309 пъти Последно променена в Четвъртък, 25 Юни 2015 14:00

"Първа отговорност на всеки гражданин е да оспорва властта."

Бенджамин Франклин

Редакцията не носи отговорност за съдържанието на коментарите. Призоваваме ви за толерантност и спазване на добрия тон.


Условия за ползване на коментарите

geomax l

Baner GEOPORTAL

Със съдействието на Камарата на инженерите по геодезия и Асоциацията на геодезическите фирми

 

Връзка с нас

map

Списание ГЕОМЕДИЯ

Всичко за геодезията

София 1303
ул. "Св. Св. Кирил и Методий" 146,
ет. 3, ателие 6; тел: 02/ 831 90 01;
e-mail: geomedia@abv.bg
office@geomedia.bg

Банкова сметка

ЕИК 175378844
Банкова сметка
Уникредит Булбанк, клон Европа
BIC - UNCRBGSF
IBAN - BG74UNCR 7000 1500 6707 03
ISSN - 1313-3365

Абонамент

27 лв. за една година

15 лв. за половин година

Свържете се с нас, ако искате да се абонирате.