Тема: Создание информационной модели здания по данным лазерного сканирования

Представление разнообразных данных в цифровом виде, интенсивное развитие информационных технологий и непрерывное увеличение вычислительных мощностей современных компьютеров стало причиной качественных переходов в различных областях инженерной деятельности. Не стала исключением и проектно-строительная отрасль.
В конце двадцатого - начале двадцать первого века в мире началось активное внедрение нового подхода в проектировании: технологии информационного моделирования зданий, сооружений и других искусственных объектов. Особенностью такого подхода является создание взаимосвязанной детальной (в зависимости от решаемых задач) виртуальной модели объекта, в которой можно наблюдать последствия любых изменений до того, как они будут сделаны на реальном объекте. Таким образом, появляется дешевая и безопасная альтернатива апробации различных проектных решений. Кроме того, использование информационной модели для уже действующего (построенного) объекта позволяет управлять его жизненным циклом, оптимизировать эксплуатационные характеристики, повысить энергоэффективность, максимально учесть экологические требования, повысить качество обслуживания объекта и так далее.
Важным аспектом построения информационной модели уже созданных объектов является сбор данных об их пространственных (геометрических) характеристиках.
В настоящее время выделяют несколько методов получения пространственной информации, как геометрической основы модели:
1. Лазерное сканирование;
2. Фотограмметрическая съемка;
3. Обмерные чертежи, исполнительные схемы, проектная документация в цифровом и бумажном виде.
Представленное далее исследование посвящено попытке построить информационную модель здания кафедры астрономии и космической геодезии Института физики Казанского федерального университета, которое до второй половины прошлого века служило действующей Казанской городской астрономической обсерваторией. А сегодня являет собой памятник архитектуры и истории астрономии в Казанском университете и в тоже время активно эксплуатируется как учебный корпус университета.
Таким образом, выбранный объект хорошо подходит для демонстрации возможностей технологии информационного моделирования зданий (ИМЗ) применительно к существующим зданиям и сооружениям. Здесь присутствует и необходимость сохранения исторического, архитектурного облика обсерватории во время ее активного использования в качестве учебного здания, и возможность использования модели для оптимизации эксплуатации объекта или будущей реставрации.
В качестве метода сбора пространственных данных о кафедре астрономии в работе выбран метод лазерного сканирования, как один из наиболее точных, информативных и производительных способов.
Исходный материал был получен благодаря усилиям одного из сотрудников кафедры - доцента, кандидата физико-математических наук Рената Вагизовича Загретдинова и специалистов компании - производителя геодезического оборудования - Trimble, которая активно сотрудничает с учебными заведениями.
Информационное моделирование неразрывно связано с программным обеспечением, в котором создается модель. Практически, в узком смысле, освоение технологии ИМЗ - это освоение программного продукта для моделирования. В настоящей работе в качестве основной выбрана программа
Revit Architecture известного производителя ПО для автоматизации проектных работ - компании Autodesk, предоставляющей студентам и преподавателям бесплатные лицензии на ряд своих программ.
Актуальность исследования вопроса создания информационной модели по данным лазерного сканирования для современной геодезии не вызывает сомнений. Поскольку геодезия как наука о высокоточных измерениях с целью получения пространственных характеристик объектов всегда была неразрывно связана с процессом возведения новых, реконструкции построенных ранее зданий, сооружений и сбором топографической информации для целей проектирования этих объектов. Поэтому изучение основ информационного моделирования для геодезиста сегодня является важной задачей, решение которой даст специалистам в этой области ответ на вопрос: как им работать с ИМЗ при сопровождении строительства зданий и сооружений?
Другой немало важной задачей данной работы является исследование метода лазерного сканирования, как источника высокоточных геодезических данных. Так как данный метод к настоящему моменту уже широко используется при решении различных инженерно-геодезических задач: крупномасштабные топографические съемки, мониторинг деформаций, получение исходных данных для проектирования и др.
В первой главе приводятся основные теоретические сведения о информационном моделировании зданий и сооружений и технологии лазерного сканировании. Рассмотрены примеры использования лазерного сканирования (ЛС) как источника пространственных данных при построении ИМЗ различных объектов. Также дан обзор оборудования для выполнения ЛС и программного обеспечения для обработки результатов таких измерений. Описаны основные программы для создания ИМЗ. Отдельно рассмотрены оборудование и ПО компании Trimble для целей ЛС и программа компании Autodesk - Revit Architecture для создания информационной модели.
Вторая глава посвящена собственно созданию ИМЗ на основе данных лазерного сканирования в ПО Autodesk Revit Architecture. Описан порядок выполнения работы. Подчеркнута актуальность выбора объекта исследования - Казанской городской астрономической обсерватории. Рассмотрены основные шаги подготовки данных ЛС для моделирования. Достаточно подробно изложены основные этапы создания ИМЗ выбранного объекта в ПО Revit Architecture. Выполнен анализ достоверности построенной модели. Рассмотрена возможность визуализации проекта. В заключительном параграфе говорится о возможном использовании созданной ИМЗ и перспективах ее дальнейшего развития.
Купить

Все больше архитекторов и инженеров по всему миру делают шаги в
сторону ИМЗ. Все больше строительных организаций настаивает на
применении ИМЗ. Это связано с тем, что каждый из специалистов
строительной сферы не раз сталкивался с рядом проблем: задержки сроков
строительства, удорожание объекта строительства или реконструкций, поиск
планов, разрезов и информации о здании для его реставрации. Все эти
проблемы несут финансовые потери для заказчика.
Поэтому, в данной выпускной квалификационной работе был
использован новый подход в строительстве – ИМЗ.
Несмотря на уже достигнутые успехи в мире, и в нашей стране, ИМЗ
находится лишь на начальной стадии своего развития. И от того насколько
быстро и эффективно оно будет внедряться в реальную практику, существенно
зависит будущее в строительной сфере.
ИМЗ обычно рассматривают в контексте нового проектирования.
Однако, во многих странах на первое место выходит технология
информационного моделирования для реконструкции и реставрации
имеющихся зданий, в частности памятников архитектуры. Поэтому, в данной
работе было решено взять за объект моделирования здание культурного
наследия.
Целью выпускной квалификационной работы является создание
информационной модели здания кафедры астрономии и космической геодезии
Казанского университета. В ходе выполнения работы был изучен метод
наземного лазерного сканирования как инструмент создания геометрической
основы информационной модели здания. Была построена информационная
модель здания Казанской городской астрономической обсерватории по
данным лазерного сканирования.88
В процессе создания модели были решены следующие задачи:
 Были собраны данные лазерного сканирования здания КАиКГ за
прошлые годы. Исходный материал в виде облаков точек был
предоставлен доцентом КАиКГ Загретдиновым Ренатом
Вагизовичем. Сканирование выполнялось в течении трех недель
наземным лазерным сканером Trimble TX8. В результате
предварительной камеральной обработки в программном
обеспечении Trimble RealWorks было получено единое облако точек
для всего объекта. Общее число точек сканирования составило более
2 млрд. с 87 станций. Такое большое количество станций обусловлено
архитектурными особенностями здания.
 Было освоено программное обеспечение для моделирования. В
настоящей работе в качестве основной выбрана программа Revit
известного производителя ПО для автоматизации проектных работ –
компании Autodesk. Она успешно зарекомендовала себя во всем
мире. Большинство ее программ адаптировано к требованиям и
стандартам России.
 На основе полученного облака точек в программном обеспечении
Autodesk Revit была построена информационная модель объекта в
указанном ПО.
 Достоверность модели была проверена путем сравнения
геометрических размеров отдельных элементов здания, полученных
в программе Revit и определенных в результате обмеров.
Максимальная разность составила 1 см, из чего можно сделать вывод
о высоком качестве созданной модели.
 На примере здания КАиКГ была отработана технология построения
BIM для здания, являющегося памятником архитектуры.
Можно сделать вывод, что программное обеспечение Revit обладает
всеми необходимыми инструментами для создания информационной модели89
существующего здания, пространственные характеристики которого были
получены по данным лазерного сканирования. А сам метод ЛС позволяет
собрать наиболее полную информацию о форме и размерах различных
элементов зданий и сооружений. К недостаткам следует отнести высокую
стоимость сканирующего оборудования.
Также следует отметить, что современная геодезия скорее не как наука,
а больше как область инженерно-технической деятельности не может
развиваться изолированно от других смежных областей, в том числе и
технологии информационного моделирования зданий. Уже сегодня геодезия
может существовать только как необходимая для получения точных
пространственных характеристик и управления инфраструктурой часть
других близких сфер производства: геоинформационных систем,
информационного моделирования и т.д.
Купить