9 - 2012

Комплексное применение трехмерного лазерного сканирования и технологий AVEVA для контроля строящихся объектов

Александр Вальдовский
Исполнительный директор, компания ООО «Навгеоком­инжиниринг»
Илья Зверев
Инженер 1-й категории, компания ООО «Навгеоком­инжиниринг»
Николай Максименко
Начальник отдела внедрения САПР, компания ЗАО ГК«РусГазИнжиниринг»

Строительство сложных технологических объектов является длительным и трудоемким процессом, от качества которого зависит как экономическая эффективность, так и безопасность производства.

Неотъемлемой частью любого строительства являются геодезический контроль в ходе строительно­монтажных работ и исполнительная съемка результатов монтажа конструкций и оборудования. Они призваны определить отклонение геометрических размеров объекта, его элементов, а также монтируемого внутри объекта оборудования от проектных значений.

Работы по геодезическому контролю и исполнительной съемке традиционно выполняются с помощью нивелиров, тахеометров и GPS­приемников. Скорость измерений координат отдельных точек объектов не превышает одного­двух измерений в минуту.

В последнее время проектировщики сложных промышленных объектов всё чаще прибегают к использованию технологии 3D­проектирования, реализованной на базе программных продуктов AVEVA. Высокая степень детальности 3D­модели позволяет сохранять большое количество информации о форме и параметрах технологического оборудования. Как следствие, проектировщики, являющиеся заказчиками обмерных работ, хотят получать сегодня в качестве результата съемки не исполнительные геодезические схемы с нанесенными проектными значениями и фактическими размерами отдельных конструктивных элементов, а данные в трехмерном представлении, содержащем большой объем информации, сопоставимый по детальности с проектной цифровой моделью.

В связи с этим в последнее время на смену тахеометру, нивелиру и GPS­приходит лазерный сканер. Такой сканер выполняет десятки тысяч измерений в секунду, а количество измерений с одной станции достигает нескольких миллионов. При шаге измерений порядка 0,15 угловой секунды расстояние между точками измерения на поверхности объекта составляет доли сантиметра. Такая плотность измерений позволяет с высокой точностью и детальностью воспроизвести геометрическую форму построенных или смонтированных объектов, а затем наложить результаты измерения на проектную трехмерную модель этих же объектов.

Технология трехмерного лазерного сканирования была применена специалистами ГК «РусГазИнжиниринг» при съемке производственного корпуса на одном из газовых месторождений с целью контроля качества строительно­монтажных работ. Этот проект заслуживает того, чтобы рассказать о нем более подробно.

Проверяемый производственный корпус (в дальнейшем — корпус) состоял из десяти изолированных технологических помещений различного функционального назначения и конфигурации, общий объем которых составлял 45 000 м3.

В техническом задании на исполнительную съемку была поставлена непростая задача: погрешность определения координат элементов конструкции корпуса и смонтированного внутри него оборудования не должна превышать 1 см. Для достижения требуемого результата на всей территории объекта необходимо добиться предельной точности измерений на каждом этапе работ по наземному лазерному сканированию, таких как:

  • создание сети съемочного планово­высотного обоснования;
  • создание рабочего съемочного обоснования (создание сети привязочных станций);
  • лазерное сканирование объекта;
  • сшивка результатов измерений (сканов), полученных с одной сканерной станции, в единое облако точек измерений всего объекта.

Соответственно итоговая среднеквадратичная ошибка (СКО) определения координат точек сканирования складывается из СКО, полученных на каждом этапе работ:

  • СКО создания основного планово­высотного обоснования;
  • СКО создания рабочего съемочного обоснования;
  • СКО внешнего ориентирования сканов;
  • СКО лазерного сканирования, вызванная влиянием инструментальных ошибок сканера и воздействием внешней среды;
  • СКО сшивки сканов в единое облако точек.

Основное планово­высотное обоснование в настоящее время может быть создано различными способами. Обычно сеть планово­высотного обоснования создается путем сгущения действующей сети предприятия с помощью проложения тахеометрических и нивелирных ходов. СКО сети основного планово­высотного обоснования вычисляется традиционными геодезическими методами и зависит от точности и степени развитости действующей сети предприятия.

При выполнении данного проекта съемочной бригаде была предоставлена информация только о трех пунктах сети предприятия вне здания (рис. 1 и 2), а о реперах, заложенных внутри здания, ничего не сообщалось. Это существенно увеличило объем работ и усложнило деятельность бригады — как по построению основного планово­высотного обоснования, так и по созданию съемочного обоснования. Всего в ходе работ было создано 25 пунктов съемочного обоснования. Координирование пунктов съемочного обоснования осуществлялось с помощью тахеометра Nikon NPL362.

Рис. 1. Репер под трубой

Рис. 1. Репер под трубой

Рис. 2. Репер с лебедкой

Рис. 2. Репер с лебедкой

СКО создания рабочего съемочного обоснования зависит от точности определения координат специальных марок (рис. 3), по которым выполняется внешнее ориентирование привязочных станций сканирования. Количество и расположение привязочных марок определяется специалистом в каждом конкретном случае индивидуально, и этот процесс полностью зависит от его знаний и опыта.

Рис. 3. Привязочная марка

Рис. 3. Привязочная марка

Для точной привязки сканов на территории промышленного корпуса было установлено и закоординировано 109 плоских марок.

Съемка производилась сканером Z+F Imager 5006, при этом общее число сканов составило 507. Необходимость в большом количестве сканов была обусловлена загруженностью объекта оборудованием и стройматериалами, закрывающими обзор (рис. 4). Во избежание потери информации сканер устанавливался практически во всех доступных местах, в отдельных случаях плотность сканирования достигала нескольких сканов на 10 м2.

Рис. 4. Сканируемый объект был перегружен оборудованием, закрывающим обзор

Рис. 4. Сканируемый объект был перегружен оборудованием, закрывающим обзор

Рис. 4. Сканируемый объект был перегружен оборудованием, закрывающим обзор

Рис. 5. Контроль точности сканирования и сшивки облаков точек

Рис. 5. Контроль точности сканирования и сшивки облаков точек

Контроль качества сшивки сканов может быть выполнен путем визуального анализа сечений сшитого облака точек. В нашем случае это осуществлялось в программной среде Trimble RealWorks Survey. Для оценки точности полученных точечных моделей были построены горизонтальные и вертикальные сечения сшитых точечных моделей на различных участках корпуса. На этих сечениях точки были окрашены в разные цвета, соответствующие различным станциям сканирования (рис. 5). Результаты контроля оказались положительными: максимальное расхождение между точками сканов от разных станций не превышало 5 мм.

Конечным результатом лазерного сканирования явилось сшитое и уравненное облако точек в формате IMP (рис. 6). Итоговая точность взаимоположения точек съемки в условной системе координат помещений корпуса составила 10 мм.

Рис. 6. Облако точек в разном увеличении

Рис. 6. Облако точек в разном увеличении

Рис. 6. Облако точек в разном увеличении

Как уже было сказано, возможность загрузить облако точек в программную среду AVEVA PDMS была для нас критически важной. Для загрузки облаков точек и их последующей обработки использовалось следующее программное обеспечение:

  • Leica Cyclone;
  • Leica CloudWorx for PDMS;
  • AVEVA Laser Model Interface.

Файл, содержащий 1,4 млрд точек, был загружен в тот же рабочий проект, на основании которого строился объект, что позволило совместить проектную модель и фактические данные (as build).

Далее объект был разбит на участки согласно разбивочным строительным осям, после чего мы провели анализ этих участков на соответствие — с выявлением и протоколированием расхождений.

Таким образом, в результате проделанной работы мы получили перечень фактических расхождений, подкрепленных наглядными материалами. Это позволило оперативно устранить обнаруженные несоответствия еще на этапе строительства и существенно повысить качество конечного объекта, в конечном счете добившись его полного соответствия рабочей документации (рис. 7).

Рис. 7. Пример обнаруженных несоответствий

Рис. 7. Пример обнаруженных несоответствий

Рис. 7. Пример обнаруженных несоответствий

Рис. 7. Пример обнаруженных несоответствий

САПР и графика 9`2012