17 октября 2022 г.
В настоящее время в строительстве и реконструкции зданий, сооружений и других объектов все чаще применяется лазерное сканирование. Руководитель лаборатории развития бизнеса компании PERI Андрей Яров рассказывает, что это за технология, каковы ее преимущества и какие задачи она помогает решать.
Что такое лазерное сканирование
Лазерное сканирование — это технология, которая позволяет при помощи специального устройства, сканера, получить трехмерное изображение какого-либо предмета. Это изображение называют сканом, оно представляет собой облако точек. Проще говоря, это способ перевести в цифру предметы из физического мира, получив их виртуальные представления. В настоящее время у лазерного сканирования обширная сфера применения, при этом оно позволяет быстро и с малыми затратами решать задачи, которые раньше требовали серьезных усилий и времени или вообще были нерешаемы.
Для примера возьмем такую ситуацию: предположим, что необходимо провести реконструкцию здания, а у нас нет даже чертежей. Поэтому на старте следует вооружиться рулеткой, терпением и большим количеством времени. Придется провести замеры и записать результаты (или сразу занести в САПР). Измерить некоторые элементы может быть сложно, если они находятся на большой высоте или доступ к ним затруднен. Как следствие, придется выбирать: либо указать размеры этих элементов на глаз, либо придумывать, как до них добраться, чтобы измерить точно. Если речь идет об единичных элементах, то с замером на глаз еще можно смириться, но если работа ведется на сооружении сложной формы или с богатым внутренним и внешним декором, то подобные допущения будут неуместны. Все эти проблемы помогает решить наземное лазерное сканирование (НЛС).
Разумеется, применение лазерного сканирования не ограничивается реконструкцией сооружений. Технология получает все большее распространение во всем мире в совершенно различных отраслях — от капитального строительства до технического обслуживания промышленных предприятий, авиационной и корабельной техники. Любой объект гораздо проще отсканировать с помощью НЛС, чем пытаться измерить классическими инструментами вроде лазерной рулетки. Все данные также могут использоваться для решения самых разных задач: от получения подложки для последующего планирования работ по строительству, реконструкции и демонтажу, до построения так называемого цифрового двойника.
Причиной такой востребованности НЛС, с одной стороны, стало неоспоримое преимущество в виде скорости и точности, а с другой — развитие самих сканеров, позволяющее как снизить конечную стоимость устройств, так и повысить их точность. Современные сканеры, доступные для коммерческого использования, позволяют работать с объектами размером 0,5 — 2 см с миллиметровой точностью. И несомненно спрос на подобные решения будет только расти, а доступность для конечных потребителей — повышаться.
Лазер или рулетка?
Конечно, применение технологии лазерного сканирования стоит денег, и если сравнивать стоимость с покупкой блокнота и рулетки, разница будет несопоставимой. Но затраты нужно считать в комплексе. В одних ситуациях применение технологии НЛС избыточно: для ремонта в квартире или расстановки мебели достаточно обычных измерений, то же самое можно сказать и о простых строительных объектах. А вот если сроки критичны и каждый день простоя объекта стоит владельцу больших денег, даже на несложном сооружении может выручить лазерное сканирование, поскольку чем быстрее будут завершены работы, тем меньшими будут убытки.
Сегодня на рынке достаточно много компаний, предлагающих услуги лазерного сканирования, поэтому если оцифровка объектов требуется лишь изредка, можно воспользоваться их услугами и не тратить деньги на покупку собственного сканера и обучение специалистов. Однако если технологический процесс предполагает необходимость постоянного контроля, например, при изготовлении деталей в машиностроении — тогда наличие в штате собственной службы, выполняющей сканирование, становится оправданной с экономической точки зрения.
Стоит упомянуть и о такой альтернативе НЛС, хоть и весьма условной, как фотограмметрия. Принцип действия технологии примерно похож: некий объект реального мира фотографируется с нескольких точек, после чего полученный результат при помощи специального алгоритма объединяется в трехмерную модель. К плюсам данной технологии относятся более низкая стоимость конечных устройств (по сути, подойдет обычная цифровая камера или даже смартфон), к минусам — более низкая точность и проблемы при работе в условиях недостаточной освещенности или с объектами, находящимися удаленно. При этом, оптимальным будет сочетание обеих технологий,когда полученное в результате лазерного сканирования облако точек снабжается фотографическими снимками, помогающими сделать полученный результат гораздо более наглядным.
Сохранить историю
В заключение стоит упомянуть о такой сфере применения лазерного сканирования, как восстановление исторических объектов. Например, реконструкция радиовышки в Берлине. Стальная башня высотой почти 150 м была построена в 1926 году, а в 1966 признана памятником архитектуры. Однако со временем сооружению потребовалась реставрация. Вся краска была счищена, нанесено новое антикоррозионное покрытие, после чего — новый слой краски. Для выполнения работ потребовалось собрать площадки доступа из строительных лесов на 20 уровнях, причем из-за геометрии башни уровни отличались друг от друга. Собственно, для создания решения по строительным лесам, а также для сокращения сроков проведения работ и было применено НЛС — сначала создана трехмерная модель башни, после чего вокруг нее в САПР выстроены леса доступа, максимально отвечающие требованиям реконструкторов — ко всем элементам был обеспечен удобный и безопасный подход.
Еще один, гораздо более масштабный пример — ремонт Ульмского Собора, самой высокой церкви в мире, расположенной в немецком городе Ульм на левом берегу реки Дунай. Его фундамент был заложен в XIV веке, но строительство величественного здания высотой более 160 м завершилось лишь в XIX веке.
Простоявший многие века камень, из которого сложен собор, не потерял своих свойств, однако от времени потемнел, что несколько омрачало торжественный вид всего сооружения. Перед реставраторами стояла грандиозная задача — вернуть собору первозданный вид. Сложность в основном заключалась в объеме работ и трудности доступа.
И решением в данном случае вновь стала технология лазерного сканирования. Благодаря ей была создана модель внутреннего пространства, включающая в себя многочисленные рельефные элементы, статуи и своды. Далее непосредственно под нее было спроектировано идеально адаптированное решение из строительных лесов, которое обеспечивало доступ ко всем элементам здания и было технически продумано таким образом, чтобы не использовать крепления и не передавать нагрузки в точки сооружения, представляющие историческую ценность.
Кроме реставрации внутреннего убранства, требовалось привести в первозданный вид и внушительный внешний фасад. Здесь сложность заключалась в высоте собора. Те, кто пытались сделать фото на фоне церкви, знают, что для того, чтобы она целиком вошла в кадр необходимо отойти практически к самому краю городской площади. Поэтому применение наземных сканеров в данном случае было невозможным. На помощь пришли оснащенные лазерными сканерами дроны, которые выполнили съемку, а затем была создана модель внешней части собора. Остальное было делом техники — точно так же, как и для внутреннего пространства на основе полученных данных разработали оптимальное решение по строительным лесам, позволившее реконструкторам максимально комфортно и эффективно выполнять задачу по возвращению сооружения в первозданный вид.
Это лишь два ярких примера, показывающие преимущества лазерного сканирования. Но и по ним можно судить о возможностях этой технологии, и востребованность в ней в ближайшие годы, несомненно, будет расти.
Источник: Андрей Яров, руководитель лаборатории развития бизнеса компании PERI