V003 Scanning workflow for BIM.

Příloha k průběžné zprávě za rok 2015
Číslo projektu: TE02000077
Název projektu: Smart Regions – Buildings and Settlements Information
Modelling, Technology and Infrastructure for Sustainable Development
Číslo výsledku: TE02000077V0003
Název výsledku: Scanning workflow for building information modelling (BIM)
Typ výsledku: 1*Z- pilot operation, proven technology
Datum dosažení: 30. 6. 2015
Datum implementace: 31. 12. 2015
Předkládá:
Název organizace: VUT v Brně, Fakulta Stavební, Centrum AdMaS
Jméno řešitele: Ing. Tomáš Volařík
1. Laserové skenování
Laserové skenování je technologie rychlého sběru prostorových dat neselektivní metodou, tedy
celého prostoru ve vysokém rozlišení. Součástí sběru dat je měření podrobných bodů v souřadnicích
X, Y, Z a pomocí kamery i snímání barvy jednotlivých bodů pomocí souřadnic R, G, B. Technologie
laserového skenování má široké uplatnění v oblasti zachycení reality (nejen pomocí snímků, ale na
základě 3D geometrie).
Své uplatnění tyto technologie nalezly i při tvorbě stavební dokumentace existujících budov.
V současnosti je běžné, že výsledkem tvorby stavební dokumentace (pasportizace) jsou výkresy
půdorysů a řezů jednotlivých podlaží budov. S rozvojem informačního modelování budov (BIM) a
rozšířením programového vybavení pro tuto koncepci je snaha využít možnosti získat informační
model budovy bez ztráty informací za použití neselektivní metody sběru prostorových dat s vysokou
mírou automatizace procesu sběru i následného zpracování do podoby výsledného informačního
modelu.
Pro účely sběru dat lze použít i standardní geodetické metody a technologie, např. zaměření
vybraných podrobných bodů totální stanicí nebo rozměrů ručním dálkoměrem. Tato ověřená
technologie se zabývá použitím laserového skenování pro účely vytvoření geometrického základu
informačního modelu budovy.
2. Zaměření exteriéru budovy
Rozmístění sférických koulí a terčů – je nutné mít na dvou vedlejších stanoviskách alespoň 3 sféry
nebo terče pro správné propojení skenů. U sfér je třeba dodržet jejich maximální vzdálenost od
přístroje, jinak software sféru nerozezná. Proto je nutné mít alespoň 25 identifikovaných bodů na
sféře. Důležitou podmínkou je výběr alespoň 4 vlícovacích bodů, jejichž poloha bude určena také
v národním systému S-JTSK, popřípadě v jiném závazném souřadnicovém systému.
Následně musí dojít ke geometricky konzistentnímu propojení exteriéru a interiéru budovy na
základě vhodně rozmístěných referenčních sfér (minimálně 2 uvnitř budovy a 2 vně budovy).
3. Zaměření interiéru budovy
Interiér budovy lze zaměřit buď statickým pozemním skenerem z jednotlivých postavení skeneru a
propojení jednotlivých skenů pomocí referenčních sfér a terčů. Druhou možností je kinematický sběr
dat pomocí 2D skeneru na pohybujícím se nosiči – např. vozíku, kdy rovina skenování svírá určitý úhel
(60 nebo 90 °) s trajektorií nosiče. Trajektorie nosiče je určována na základě externích senzorů
(GNSS/IMU a odometr) nebo na základě vyhodnocení skenované geometrie, např. pomocí metody
SLAM. Kinematický sběr dat je výrazně ovlivněn právě přesností určení trajektorie, avšak výhodou je
několikanásobná úspora času při mapování interiérů během provozu.
Obr. 1 mračno bodů skenovaného interiéru
4. Modelování
V první fázi zpracování dojde ke spojení jednotlivých skenů z exteriéru a interiéru do souvislého
mračna bodů. Následné modelování je odlišné od tradičního modelování v CAD systémech a je
založeno na konkrétních typech objektů, které se v dané budově nacházejí. Např. stěna 45 cm
široká je instancí rodiny stěny z plných cihel. Pokud modelujeme stěny z mračna bodů, vybereme
odpovídající kategorii modelované stěny a modelujeme přímo tento objekt tak, že se
přichytáváme mračna bodů. Rozdíl oproti tradičním metodám CAD je ten, že se nemodelují
grafické komponenty typu čára, rovina, bod, kolmice apod., ale přímo 3D objekt konkrétního
typu. Postup modelování lze rozdělit do následujících kroků:
a.
b.
c.
d.
e.
Nastavení jednotlivých podlaží a jejich výšek.
Modelování půdorysů jednotlivých podlaží (nosné stěny a příčky).
Modelování otvorů a objektů v nich (dveře, okna).
Modelování prvků technického zařízení budov (osvětlení, topení, vzduchotechnika, apod.).
Kontrola kvality
Výsledkem modelování je kompletní 3D informační model zájmové budovy, který dále slouží pro
potřeby informačního modelování budov (projektu rekonstrukce, facility managementu, apod.).
5. Kontrola kvality
Laserové skenování je jedna z metod sběru prostorových dat a výsledný model závisí na její
vnitřní a vnější přesnosti. Z toho důvodu je třeba výsledný model ověřit z hlediska přesnosti.
Jednou z možností je využití stávající projektové dokumentace (viz. Obr. 2)
Obr. 2 porovnání geometrie se stávající projektovou dokumentací
Závěr
Rozvíjející se segment informačního modelování budov vyžaduje metodu tvorby informačního
modelu stávající budovy z hlediska dokumentace skutečného provedení stavby (anglicky as-built).
Metoda pozemního laserového skenování je vhodná pro rychlý a neselektivní sběr 3D prostorových
dat.