Scanning 3D w inwentaryzacji architektonicznej

Udział projektów przebudów i modernizacji w gęsto zainwestowanych terenach miejskich sukcesywnie rośnie. Według różnych źródeł, osiąga on w miastach Unii Europejskiej średnią wartość nawet 60%. Jednym z najważniejszych aspektów pozwalających na podjęcie trafnych decyzji inwestycyjnych jest precyzyjne określenie warunków wyjściowych. Sprawą kluczową jest przygotowanie dokumentacji stanu istniejącego w standardzie pozwalającym projektantom na sprawne przystąpienie do pracy. Projekty przebudów stawiają przed architektami wykonującymi dokumentację oraz wykonawcami duże wyzwanie.

Tak też jest w przypadku tworzenia modeli BIM istniejących budynków i dalszej ich obróbki projektowej. Pomimo wymaganego nakładu pracy i zaangażowania zaawansowanej technologii, wspomaga ono lepsze projektowanie i efektywne wykorzystanie środków finansowych na etapie realizacji. Zobaczmy, jak zazwyczaj wygląda proces inwentaryzacji i porównajmy go z możliwościami jakie daje technologia skanowania 3D.

Praktyka inwentaryzacji architektonicznej dziś

Mimo, że skaning laserowy jest stosowany w budownictwie już od przeszło 20 lat, obecnie nadal w większości przypadków inwentaryzacje są opracowywane w postaci dwuwymiarowych odwzorowań. Oparte są one o pomiary dokonywane za pomocą dalmierzy laserowych, uzupełniane czasem o osnowę geodezyjną. Dobrej jakości, rzetelnie wykonana dokumentacja stanu istniejącego, niezależnie od stosowanych metod pomiarowych, powinna cechować się dokładnością (dla skali 1:50 przynajmniej w granicach +/- 2,5 cm) oraz wewnętrzną spójnością, a także zawartością informacji, pozwalającą na odtworzenie istniejącego obiektu.

Nasze doświadczenie, wynikające z wielu lat działalności zwiazanej z inwentaryzacjami 3D wskazuje, że cech tych nie posiada prawie żadna z inwentaryzacji opracowywanych „tradycyjnymi” metodami. Źródła tego stanu rzeczy są następujące:

• stosowane metody pomiarowe są niedoskonałe;
• tradycyjna dokumentacja 2D z istoty pozwala na wprowadzanie niespójnych informacji;
• dokumentacja jest najczęściej wykonywana pod presją czasową;
• koszt opracowania inwentaryzacji jest najczęściej niedoszacowany;
• inwestorzy nie mają możliwości skutecznego sprawdzenia jakości dostarczanej dokumentacji.

Tę ostatnią przyczynę można streścić stwierdzeniem, że jedynym sposobem sprawdzenia jakości inwentaryzacji jest jej ponowne wykonanie, co z oczywistych względów jest rzadko praktykowane. Większość zaprezentowanych powyżej problemów można rozwiązać poprzez zastosowanie metody inwentaryzacji opartej o chmurę punktów powstałą w procesie skanowania oraz wykonanie na jej podstawie modeli 3D BIM.

Inwentaryzacja 3D budynku z wykorzystaniem skanowania laserowego

Zapytania ofertowe dotyczące skanowania 3D i inwentaryzacji BIM posiadają coraz częściej wymaganie dostarczenia, oprócz dokumentacji rysunkowej, modelu informacyjnego. Często precyzyjnie określone są dopuszczalne metody pomiarowe oraz parametry oczekiwanego modelu BIM. Bardzo konkretnie określone też bywają kryteria jakim powinien odpowiadać plik modelu w tym jego format, którym zazwyczaj jest IFC – otwarty format opracowany przez buildingSMART.

Przekazany w IFC model, z uwagi na jego otwartość, może zostać wykorzystany w dalszym procesie projektowym niezależnie od tego jakiego oprogramowania BIM używa zespół. Może zostać użyty jako model referencyjny np. w przypadku gdy inwentaryzacja 3D dotyczy otoczenia obiektu lub kiedy pracujemy nad projektem konserwatorskim, przebudową lub rozbudową obiektu. Spróbujmy prześledzić jak przebiega typowy proces: od skanowania, przez modelowanie, aż po przekazanie materiałów końcowych.

Jak przebiega proces inwentaryzacji i tworzenia modeli 3D?

Inwentaryzacja BIM jest procesem złożonym, jednak można przyjąć, że przeważnie składa się z minimum trzech etapów:

Etap I – skanowanie (gromadzenie informacji)

Pierwszym krokiem jest pomiar obiektu za pomocą skanera laserowego – urządzenia pozwalającego na mierzenie odległości i kątów z prędkością setek tysięcy impulsów na sekundę. Proces skanowania 3D, daje w efekcie cyfrową „chmurę” – trójwymiarową reprezentację budynku składająca się z setek milionów punktów pomiarowych rozmieszczonych w odstępach od około 1 – 10 mm. Skanowanie dokonuje się z wielu pozycji, czasem przeszło kilkuset. Poszczególne skany (tzw. stanowiska) są następnie łączone w jedną całość.

Etap II – modelowanie (interpretacja)

Dane uzyskane w trakcie skanowania służą do przygotowania modelu BIM budynku. Chmura punktów stanowi idealne odwzorowanie jego geometrii, jednak nie stanowi źródła kompletu informacji wymaganych do inwentaryzacji. Obejmuje ona wyłącznie informacje związane z geometrią, ewentualnie kolorem elementów budynku. Wszystkie dodatkowe dane dotyczące np. funkcji elementów, ich podziału przestrzennego, materiałów budowlanych, cech, takich jak choćby kierunek otwierania drzwi, numerów i przeznaczenia poszczególnych pomieszczeń itp. wymagają interpretacji projektanta i wprowadzenia do modelu BIM.

Etap III – eksport modelu i dokumentacji (publikacja)

Opracowany na specjalistycznym oprogramowaniu model inwentaryzacji architektoniczno-budowalnej stanowi kompletną bazę informacji o obiekcie istniejącym. Obejmuje zarówno dane geometryczne, jak i komplet informacji o elementach, czyli przykładowo:

• istotne cechy – np. jaką funkcje ma dana ściana, czy jest nośna czy nie;
• atrybuty – np. z czego jest wykonana ściana, jaki ma kolor;
• dane o położeniu – np. na którym piętrze znajduje się ściana;
• zależności – np. jakie dwa pomieszczenia rozdziela ściana.

Oprócz tego model jest podstawą dokumentacji technicznej: dokumentów, rzutów, przekrojów, elewacji, dokumentacji CAD. Wszystkie one mają źródło w tym samym modelu, dzięki czemu ich zawartość jest zawsze spójna (w przeciwieństwie do dokumentacji rysunkowej wykonywanej tradycyjną metodą). Dokumentacja to jednak nie tylko informacje o charakterze wizualnym. Rysunki zawierają szereg elementów takich jak opisy, odnośniki itp. Informacje pojawiające się w tego typu elementach również pochodzą z modelu. Dzięki temu są pewne i wiarygodne.

Inne dokumenty takie jak choćby pomiary powierzchni i zestawienia pomieszczeń, stolarki czy wyposażenia są tworzone automatycznie na podstawie informacji zawartych w modelu. Takie materiały, uzupełnione o model referencyjny w formacie IFC stanowią idealny materiał wyjściowy dla projektantów prowadzących kolejne etapy realizacji inwestycji.

Jak przygotować się do modelowania z chmur punktów?

Z punktu widzenia architektów i innych projektantów zajmujących się wykonywaniem modeli inwentaryzacyjnych BIM, kluczowe są dwie kwestie: jakość danych otrzymanych w formie chmur punktów oraz odpowiednie narzędzia pozwalające na efektywne modelowanie.

Zakup skanera 3D to spory koszt, jednak na rynku istnieje wiele firm zajmujących się inwentaryzacją laserową i z powodzeniem możliwe jest znalezienie rzetelnych partnerów wykonujących usługi skanowania laserowego. Wygenerowane w procesie scanningu dane są obszerne, przez co ważnym aspektem staje się ich przetwarzanie, przechowywanie i zarządzanie nimi. Przed wczytaniem danych do programu do modelowania istotne jest połączenie wszystkich stanowisk skanowania z uwzględnieniem ich wzajemnych relacji przestrzennych. Dopiero tak przygotowany materiał wczytuje się do programu takiego jak np. Archicad.

Archicad umożliwia współpracę z chmurami punktów dostarczonymi w formacie XYZ oraz E57. Wczytane, wygenerowane w trakcie skanowania budynków pliki, automatycznie zamieniane są na obiekty biblioteczne, które posiadają możliwość przyciągania do każdego zeskanowanego punktu oraz wyświetlania w każdym typie ujęć (3D, rzucie, przekroju, elewacji etc.). Program nie posiada jednak rozbudowanych narzędzi do zarządzania danymi – np. ich porządkowania, zarządzania rozdzielczością.

Warto też zwrócić uwagę, że praca z digitalizacją obiektów budowlanych wymaga zupełnie innego podejścia do modelowania, niż w przypadku nowych budynków – dużo częściej wykorzystuje się pracę w oknie 3D. Również odzworowanie niektórych elementów może być czasochłonne z powodu skomplikowania geometrii (np. przy rekonstrukcji elewacji, modelowaniu instalacji przemysłowych) i nieregularności elementów (np. przy inwentaryzacjach kamienic, inwentaryzacjach zabytków).

BIMmTool

Nieocenioną pomocą w tym procesie, może być dodatek do Archicada: BIMmTool. Usprawnia on między innymi proces zarządzania wczytywanymi danymi dzięki usprawnionemu importowi wielu plików, a także tzw. BIMm Nawigatorowi – narzędziu ułatwiającemu wyświetlanie skanów i zarządzanie nimi. Pozwala on strukturyzować wczytywane skany, regulować ich rozdzielczość, a także wyświetlać podląd chmury w dodatkowym oknie panoramy.

BIMmTool dostosowuje również proces modelowania do potrzeb pracy ze skanami. System oparty jest o narzędzia Archicada, jednak usprawnia metody wstawiania poszczególnych elementów. Przykładowo, aby wstawić okno nie musimy żmudnie dopasowywać go w 3D metodą prób i błędów. Wystarczy kliknąć odpowiednie punkty skanu w oknie panoramy BIMm Nawigatora (np. narożniki okna i punkt na jego powierzchni aby odczytać głębokość osadzenia), aby program samodzielnie dopasował okno Archicada i wstawił je w modelu 3D. Ta metoda pracy optymalizuje wykorzystanie Archicada, skracając czas opracowania modeli.

Podsumowanie

Wykonywanie inwentaryzacji architektonicznych z wykorzystaniem technologii skanowania, dzięki precyzyjnym pomiarom laserowym oraz zaawansowanemu oprogramowaniu daje dużo lepsze, szybsze i pewniejsze efekty, niż tradycyjne podejście. Umiejętność pracy z modelami 3D w inwentaryzacjach BIM, może być dla wielu architektów dodatkową działalnością, ale też atutem przy pozyskiwaniu projektów, np. przebudów, projektów w gęstej tkance śródmiejskiej oraz związanych z zabytkami. To właśnie dlatego warto zapoznać się z technologią 3D i możliwościami, jakie oferuje Archicad w połączeniu z BIMmTool. Więcej o tym dowiecie się z bezpłatnego szkolenia od Multibim na temat chmur punktów. Zapraszamy!

Piotr Bieroński
p.bieronski@multibim.pl