Dokumentacja projektu skanowania laserowego w 3D

Pomiary Cyfrowe przy zastosow - aniu skanera focus3d. Do tej pory obmiar robót w trójwymiarze - 3D, był bardzo czasochłonny i drogi, a ryzyko popełnienia błędów było wysokie. Obecnie dane można rejestrować szybko, łatwo i dokładnie przy użyciu najnowszej generacji skanerów laserowych 3D.

Technologia ta umożliwia sporządzanie kompletnych modeli cyfrowych całych budynków i dobudowanych części z zachowaniem rzeczywistych wymiarów. Dzisiejsze skanery rejestrują do miliona punktów pomiarowych na sekundę, przy czym powierzchnie są odwzorowywane z wysokim poziomem szczegółowości i w wysokiej rozdzielczości z odległości około 50 metrów. Nieznaczne odchylenia wymiarowe wynoszące ok. 0,1 procenta mieszczą się w tolerancjach DIN, których przestrzeganie w budownictwie jest obowiązkowe.

Dane skanów mogą być teraz także wygodnie przetwarzane przez użytkownika końcowego dzięki lepszej wydajności komputerów i możliwości bezpośredniego importowania danych do programu CAD przy użyciu Engine firmy Autodesk, przetwarzającego chmurę punktów dla programów Autocad i Revit Architecture. W ten sposób odpada kosztowne zewnętrzne przetwarzanie danych i ogólne koszty są podobne jak w przypadku standardowych metod obmiaru. Kończą się zatem czasy, w których dokumentacje 3D były dostępne tylko dla niewielu spośród zainteresowanych ich różnorodnymi możliwościami zastosowania: teraz technologia skanowania laserowego zrewolucjonizuje dotychczasowe metody pomiarów i opracowywania danych inwentaryzacyjnych! Przestrzenne modele budynków mają bardzo wiele zalet w porównaniu z klasycznymi inwentaryzacjami 2D. Ponieważ wszystkie informacje modelu przestrzennego są dostępne w postaci trójwymiarowej, to możliwe są wielofunkcyjne zastosowania –od standardowego obliczania wymiarów i powierzchni po stereoskopową nawigację w wirtualnych budynkach. Skaner rejestruje wszystkie widoczne struktury budynków i elementów konstrukcyjnych, dzięki czemu powstają kompletne zestawy danych nadające się do interdyscyplinarnego przetwarzania. Informacje niepotrzebne w konkretnym wypadku mogą zostać usunięte, odsłaniając w  ten sposób istotne szczegóły i ograniczając rozmiary plików. Dziedziny zastosowania są bardzo różnorodne, bo optyczne pomiary 3D z zastosowaniem najnowszej technologii skanowania laserowego są bezkonkurencyjne wszędzie tam, gdzie są potrzebne dokładne pomiary geometryczne otoczenia i ich szybka wizualizacja.

Projekt
W ramach optymalizacji energetycznej przezroczystego dachu rozpiętego nad zabytkowym dziedzińcem wewnętrznym Zamku Welfów powstał projekt wykonania nowego przeszklenia z profilowanej konstrukcji aluminiowej z elementami o wysokiej izolacji cieplnej firmy Schüco. Przeszklenie spoczywa na rozpiętej nad dziedzińcem wewnętrznym stalowej konstrukcji, tworzącej dach nad powierzchnią około 1.200 metrów kwadratowych. Dokumentacja inwentaryzacyjna przestrzennej konstrukcji nośnej z okrągłych rur stalowych i podwójnych profili L była zbyt stara i za mało dokładna, aby można było zaczerpnąć z niej wystarczające informacje o wszystkich niezbędnych wymiarach. Po przeanalizowaniu sytuacji wykonawca – firma Masche Metallbau z Langenhagen – zdecydowała się na inwentaryzację z zastosowaniem technologii skanowania laserowego 3D. Usługa została wykonana przez architekta J. Rechenbacha i pracowników jego biura Laser Scanning Architecture. Spodnia konstrukcja stalowa została wymierzona przez wykonanie 12 pojedynczych skanów trójwymiarowych, a dane skanów zostały przekazane do własnego działu CAD firmy w celu zaplanowania robót wykonawczych. Dzięki tej metodzie w ciągu tylko dwóch dni roboczych opracowano, a następnie przekazano trójwymiarowe odwzorowanie całej geometrii w formacie cyfrowym. Czas użycia skanera laserowego na miejscu wyniósł zaledwie 3 godziny. Ręczny obmiar zająłby około 40 - 60 godzin pracy, nie gwarantując przy tym dokładnej rejestracji wszystkich wymiarów. Liczby te potwierdzają, że skanowanie laserowe 3D jest nie tylko dokładne i szybkie, lecz także wysoce opłacalne!

Wizualizacja chmury punktów 3D przy użyciu oprogra mowania SCENE fir my FARO oraz Autodesk Navisworks
Obrazowa wizualizacja została wykonana z użyciem różnych aplikacji. Na przykład wykorzystana została możliwość wyświetlania zarejestrowanych danych w trybie fotorealistycznym w oprogramowaniu SCENE firmy FARO, ponadto skan został także wczytany do programu Autodesk Navisworks. Oprogramowanie umożliwiło połączenie danych ze skanera laserowego z danymi 3D z innych źródeł w jedną całość. W ten sposób można było porównać stan oczekiwany z rzeczywistym. Podczas porównywania dane skanów zostały nałożone na nowy plan opracowany w programie CAD, a to z kolei umożliwiło natychmiastowe wykrycie odchyleń. Dzięki tej metodzie można bowiem już na początkowych etapach projektu w systematyczny sposób wyeliminować błędy w planowaniu, optymalizując w ten sposób przebieg prac budowlanych. W omawianym przypadku wyprodukowanie tylko jednego wielkoformatowego elementu z aluminium i szkła z nieprawidłowymi parametrami pociągnęłoby za sobą koszt większy od kosztów całego obmiaru 3D obiektu!

AutoCAD Architecture ja ko optymalne nar zędzie do dalszej obróbki danych
Szczegółowe rysunki powstały w dziale CAD firmy Masche Metallbau w trybie 2D przy użyciu programu Autocad Architecture. Model chmury punktów 3D został pocięty w dowolnych miejscach na „plasterki” w celu zobrazowania rzeczywistej  geometrii spodniej konstrukcji stalowej w wybranym miejscu i odpowiedniego zaplanowania szklanych elementów zadaszenia. Bezpośrednio w programie Autocad zastosowano przy tym bezpłatną dodatkową wtyczkę Point Cloud Extraction firmy Autodesk. W ten sposób skomplikowany model 3D można w mgnieniu oka zredukować do dowolnych danych 2D. Procedura jest niezwykle intuicyjna i prosta, pozwala określić wszystkie niezbędne wymiary i szybko opracować dwuwymiarowe szczegóły 2D.

Przekazanie danych do SchücoCAD z użyciem Auto AD Architecture
Po określeniu podstawowej geometrii i ustaleniu rozstawienia osi w punktach podporowych można było skorzystać z biblioteki elementów konstrukcyjnych programu Schücad w celu wiernego odwzorowania detali profili w planowaniu CAD.

Podsumowanie 
Sukces renowacji potwierdza wysoką dokładność danych rejestrowanych podczas pomiarów cyfrowych i wysoką użyteczność technologii skanowania 3D w pracach budowlanych i inwentaryzacyjnych w dziedzinie ochrony zabytków. Także w przypadku bardziej złożonych geometrii i starszych budowli, które mogły ulec odkształceniom, skanery laserowe 3D dokładnie odwzorowują stan as-built budowli, gwarantując w ten sposób bezpieczeństwo planowania i optymalizację prac konstrukcyjnych.