Novocherkassk, Russian Federation
South Russian State Polytechnic University (Novocherkassk Polytechnic Institute) named after M.I. Platov (Department of Industrial, Civil Engineering, Geotechnics and Foundation Engineering, postgraduate student)
from 01.01.2023 until now
from 01.01.2019 until now
Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI) (Obscheinzhenernye discipliny, professor)
from 01.01.1980 to 01.01.2019
Moskva, Moscow, Russian Federation
Russian Federation
The article presents some of the main advantages and disadvantages of using 3D scanning technology in the field of inspection of buildings and structures. The results of scanning of industrial and non-industrial facilities are presented. The Rostov-on-Don Rostov-on-Don electroplating workshop, residential buildings (in Novocherkassk, Novorossiysk, Rostov-on-Don), buildings affected by fire (V. Taganrog), cultural heritage sites (V. Taganrog and Sochi) are shown.
building survey, 3D scanning technology, BIM model, point cloud
«3D-сканер» - это прибор, с помощью которого возможно оцифровать любой объект (как живой – человек, животное, так и неодушевленный предмет) из окружающего нас мира и получить его трехмерную модель.
Франсуа Вилльем (годы жизни - 27 мая 1830 - 31 января 1905) – французский художник, скульптор и фотограф стал первым, кто разработал и запатентовал процесс создания портретной скульптуры с использованием нескольких фотопроекций. Свое изобретение скульптор назвал «фотоскульптурой». Суть данной технологии заключалась в выполнении серии фотографий, выполняемых последовательно, перемещаясь вокруг изучаемого объекта. Затем серия снимков использовалась в качестве синхронизированных фотопроекций для создания скульптуры.
С тех пор технологии сканирования шагнули далеко вперед. На сегодняшний день существует огромное количество производителей сканеров, а самих технологий оцифровки поверхностей более десятка.
Наиболее популярным методом 3D-сканирования стало лазерное сканирование. Для создания лазерного сканера потребовалось объединить знания тригонометрии, открытые древними вавилонянами и египтянами, с современными системами обработки изображений и компьютерным зрением. Это было достигнуто только после десятилетий перебора различных теоретических подходов к поставленной задаче.
Первый пик развития технологии 3D-сканирования датируется второй половиной 20 века. Первые сканеры имели весьма ограниченные возможности, поэтому для получения результата и «определенной» точности данных приходилось тратить много времени и усилий, как на стадии проведения работ, так в процессе обработки.
В 1970‑х годах создание цифровых моделей из реальных объектов было трудоемким. Метод основывался на контактных системах измерений (маячки, реперы, метки – было очень большое число), которые регистрировали точки в пространстве.
А в 1980‑х годах лазерное сканирование начало набирать популярность. Данный метод во многом изменило природу 3D-оцифровки предметов. Лазерное сканирование на практике оказалось быстрее и позволило открыло целый новый мир объектов, которые можно было сканировать. Раньше, предметы с мягкой или хрупкой поверхностью были неподходящими для оцифровки. Сегодня большинство лазерных сканеров используют линии лазерного света для захвата геометрии.
Но данная технология не стоит на месте и развивается по сей день.
В настоящее время BIM-проектирование все глубже проникает в строительную отрасль. Согласно постановлению Правительства России № 331 от 5 марта 2021 года: «С 1 января 2022 года формирование и ведение информационной модели объекта капстроительства станет обязательным для заказчика, застройщика, техзаказчика и эксплуатирующей организации, если на этот объект выделены средства бюджетной системы РФ». Проектировщикам проще ориентироваться в цифровой 3D модели здания для нахождения требуемой недостающей информации, нежели по 2D чертежам. Зачастую уже в ТЗ прописана BIM-модель здания на том или ином уровне детализации.
Технология 3D сканирования имеет большое количество преимуществ, приведем некоторые из них:
- Универсальность применения. Данная технология может быть применена практически в любой области: строительство (мониторинг на стадии строительства и эксплуатации); реконструкция, ремонт, реставрация - особенно это касается памятников культурного наследия (определение существующих архитектурных форм, скульптур для дальнейшего их ремонта и восстановления); медицина (протезирование, ортопедия); производство (автомобилестроение, производство пресс-форм, авиастроение).
- Возможность выполнения работ как в помещении, так и на улице, помехой также не являются погодные условия и недостаток света.
- Технология работает без физического контакта с объектом, что дает возможность работы с объектами различных размеров и обследование труднодоступных элементов: от отдельного строительного элемента, такого как кирпич - до целых зданий.
- 3D-сканеры позволяют упростить и минимизировать сроки выполнения обмерных работ. А, следовательно, при полной загрузке 3D-сканера, он быстро себя окупает.
- Мобильность 3D-сканеров. Применение 3D сканирования объектов, находясь в дальних командировках, позволяет получить полную и исчерпывающую картину, и позволяет исключить дополнительные выезды для уточнения данных.
- Минимизация ошибок при модернизации производственных зданий, зрелищных и культурно-просветительных учреждений – вписывание нового оборудования в имеющееся пространство.
- Результат съемки удобно импортировать в двух и трехмерные системы проектирования – AutoCad, Revit и ReCap от производителя Autodesk или в другие программные комплексы, имеющие подобный набор инструментов.
- Картографирование и трехмерное моделирование поверхности земельного участка – на этапе проведения предпроектных работ для точного определения рельефа и дальнейшего подсчета объемов работ при планировке территории и многие другие преимущества.
Но следует выделить и ряд недостатков:
- Одним из недостатков 3D-сканирования является сложность, а порой и невозможность сканирования объектов, чьи поверхности имеют высокое светопоглощение, например, черные структурные поверхности.
- Большой вес (размер) файла. При обработке полученных данных на ПК заметно сильное замедление работы. Для выполнения обработки данных необходима техника высокой мощности.
- Затруднена съемка прозрачных и бликующих объектов (стеклянных, зеркальных). Необходима предварительная обработка поверхности специальным составом.
- При выполнении работ могут возникнуть некоторые трудности при сканировании форм с глубоким рельефом на поверхности (барельефа и горельефа).
Принцип работы 3D сканера заключается в использовании определённого вида излучения и сканирования объекта через отражение света или прохождение излучения через объект или среду. Сканирование производится по станциям, а камеральная обработка полученных данных производится в программе ReCap в единую BIM модель. В результате получают облако точек, представляющее собой массив, где каждая точка имеет индивидуальные координаты. В облаке точек отражены данные о геометрии сложных архитектурных форм, элементов лепного декора экстерьера и интерьера объекта, расположение объектов в пространстве (внутреннее пространство помещений – расположение оборудования или его отдельных частей, попадающих в область съемки, систем инженерного обеспечения и др.).
Полученную информацию 3D сканированием обрабатывают в программе ReCap, затем импортируют в программу Revit и собирают трехмерную модель объекта, затем, с помощью нескольких кликов мыши, импортируют двухмерное изображение в программу AutoCad для дальнейшей работы с чертежом или продолжают работу с файлом в программе Revit и выводят готовые двухмерные чертежи требуемого масштаба на листы, готовые к печати.
Услуги по лазерному 3D сканированию и моделированию промышленных и гражданских проектов позволяют решить специалистам актуальные задачи:
- сканирование промышленных и гражданских обьектов для решения задач BIM-проектирования;
- сканирование фасадов и интерьеров зданий;
- обмеры помещений для получения точной геометрии;
- обмерные работы с целью реставрации;
- сканирование для детальной разработки отдельных узлов.
Специалисты ООО «Строительно-производственное управление» на протяжении более двух с половиной лет применяют технологию 3D сканирования на практике. За данный период было выполнено сканирование более ста пятидесяти объектов таких как: производственные корпуса и здания АБК (административно-бытовые корпуса) на территории промышленных предприятий, гражданские жилые и общественные здания, объекты культурного наследия (как здания, так и отдельно стоящие памятники), гидротехнические (шлюзы) и инженерные сооружения (очистные сооружения).
Ниже приведены примеры полученных обработанных результатов в виде облака точек (рис. 1-8) [5-13].
Рис. 1. Нежилое торгово-выставочное здание по адресу: Ростовская обл., Аксайский район, ст. Грушевская, Новочеркасское шоссе, 1 [5]
Рис. 2. Жилой дом по спуску Герцена, 11 в г. Новочеркасск Ростовской области [6]
Рис. 3. Здание по пр. Буденновский, 83 в г. Ростове-на-Дону [7]
Рис. 4. Здание музея, по адресу: г. Таганрог, ул. Александровская, 56 [8]
Рис. 5. Нежилое здание, подвергшееся воздействию пожара, расположенное по ул. Большая Бульварная, 12 в г. Таганроге Ростовской области [9]
Рис. 6. Нежилое здание, подвергшееся воздействию пожара, расположенное по ул. Большая Бульварная, 12 в г. Таганроге Ростовской области [10]
Рис. 7. Здание цеха гальванопокрытий, по адресу: г. Ростов-на-Дону, ул. Менжинского, 2 [11]
Рис. 8. Здание, расположенное по адресу Краснодарский край, г. Сочи, Центральный район, ул. Виноградная, 14 [12]
Рис. 9. Жилое здание, расположенное по адресу: г. Новороссийск, ул. Новая, 3а [13]
1. GOST 31937-2011 «Zdaniya i sooruzheniya. Pravila obsledovaniya i monitoringa tehnicheskogo sostoyaniya».
2. SP 331.1325800.2017 «Informacionnoe modelirovanie v stroitel'stve. Pravila obmena mezhdu informacionnymi modelyami ob'ektov i modelyami, ispol'zuemymi v programmnyh kompleksah».
3. Postanovlenie ot 15 sentyabrya 2020 goda №1431 Ob utverzhdenii Pravil formirovaniya i vedeniya informacionnoy modeli ob'ekta kapital'nogo stroitel'stva, sostava svedeniy, dokumentov i materialov, vklyuchaemyh v informacionnuyu model' ob'ekta kapital'nogo stroitel'stva i predstavlyaemyh v forme elektronnyh dokumentov, i trebovaniy k formatam ukazannyh elektronnyh dokumentov, a takzhe o vnesenii izmeneniya v punkt 6 Polozheniya o vypolnenii inzhenernyh izyskaniy dlya podgotovki proektnoy dokumentacii, stroitel'stva, rekonstrukcii ob'ektov kapital'nogo stroitel'stva.
4. Primenenie metoda 3d skanirovaniya pri obmernyh rabotah v ramkah inzhenerno-tehnicheskih issledovaniy ob'ektov proizvodstvennogo i neproizvodstvennogo naznacheniya Subbotin A.I., Shutova M.N., Varenica A.P., Podskrebalin A.S.: Obsledovanie zdaniy i sooruzheniy: problemy i puti ih resheniya. Materialy XI nauchno-prakticheskoy konferencii. Pod redakciey A.V. Ulybina. Sankt-Peterburg, 2021. S. 102-111.
5. Otchet «Zaklyuchenie o tehnicheskom sostoyanii stroitel'nyh konstrukciy nezhilogo torgovo-vystavochnogo zdaniya po adresu: Rostovskaya obl., Aksayskiy rayon, st. Grushevskaya, Novocherkasskoe shosse, 1».
6. Otchet «Zaklyuchenie o tehnicheskom sostoyanii stroitel'nyh konstrukciy chasti zhilogo doma po spusku Gercena, 11 v g. Novocherkassk Rostovskoy oblasti».
7. Otchet «Zaklyuchenie o tehnicheskom sostoyanii stroitel'nyh konstrukciy zdaniya po pr. Budennovskiy, 83 v g. Rostove-na-Donu».
8. Otchet «Zaklyuchenie o tehnicheskom sostoyanii stroitel'nyh konstrukciy zdaniya muzeya, po adresu: g. Taganrog, ul. Aleksandrovskaya, 56».
9. Otchet «Zaklyuchenie o tehnicheskom sostoyanii podvergshihsya vozdeystviyu pozhara stroitel'nyh konstrukciy nezhilogo zdaniya, raspolozhennogo po ul. Bol'shaya Bul'varnaya, 12 v g. Taganroge Rostovskoy oblasti».
10. Otchet «Zaklyuchenie o tehnicheskom sostoyanii podvergshihsya vozdeystviyu pozhara stroitel'nyh konstrukciy mnogokvartirnogo zhilogo doma, raspolozhennogo po ul. Bol'shaya Bul'varnaya, 9-3 v g. Taganroge Rostovskoy oblasti».
11. Otchet «Zaklyuchenie o tehnicheskom sostoyanii stroitel'nyh konstrukciy perekrytiy zdaniya ceha gal'vanopokrytiy inv. №396, liter BH, po adresu: g. Rostov-na -Donu, ul. Menzhinskogo, 2 realizacii proekta proizvodstva zubchatyh koles i valov».
12. Otchet «Zaklyuchenie o tehnicheskom sostoyanii stroitel'nyh konstrukciy zdaniya, raspolozhennogo po adresu: Krasnodarskiy kray, g. Sochi, Central'nyy rayon, ul. Vinogradnaya, 14».
13. «Zaklyuchenie o tehnicheskom sostoyanii stroitel'nyh konstrukciy zhilogo doma, raspolozhennogo po adresu: Krasnodarskiy kray, gorodskoy okrug Novorossiysk, selo Abrau-Dyurso, ul. Novaya 23A».
