Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
UDK 004 Информационные технологии. Компьютерные технологии. Теория вычислительных машин и систем
The article discusses the process of comparing the surface of the same structural element from different stages of the life cycle of the construction objects using an analytical system. Storing information about the geometric characteristics of an object in the point cloud format allows compare the states of the informational model elements from different stages of the life cycle. When comparing, it is possible to identify differences in geometric characteristics at different stages, which indicates a defect in the structural element. Subsequent processing of the comparison results will make it possible to identify patterns and develop decision support algorithms for eliminating defects in building structures.
information modeling technologies, attribute data, geometric data, data science, digital transformation
Введение
В настоящее время большое внимание уделяется вопросам применения технологий информационного моделирования (ТИМ) при реализации объектов капитального строительства (ОКС). При этом принимается, что ТИМ используются в первую очередь для реализации трехмерных моделей объекта и наполнения ее элементов атрибутами [1-6].
В тоже время комплексное применение технологий, относящихся к Индустрии 4.0, позволяют наделять информационную модель новыми свойствами. В статье [7] авторами представлены результаты апробации методики сравнения элементов информационной модели (ИМ), соответствующих различным этапам жизненного цикла (ЖЦ). При этом в работе представлен подход к обработке и хранению данных в облаке точек с использованием базы данных «Аналитической системы поддержки жизненного цикла ОКС» Buildings lifecycle analytical system (BLAS), в то же время было отмечено, что целесообразно уделить внимание вопросу сравнения состоянию поверхности конструкции. Данному аспекту и посвящена представленная работа.
Материалы и методы
В соответствии с СП 333.1325800.2020 «Информационное моделирование в строительстве. Правила формирования информационной модели объектов на различных стадиях жизненного цикла» принято выделять:
- «… атрибутивные данные: Существенные свойства элемента цифровой информационной модели, определяющие его характеристики, представленные в виде алфавитно-цифровых символов»;
- … геометрические данные: Данные, определяющие размеры, форму и пространственное расположение элемента цифровой информационной модели».
Таким образом, любая информационная модель на этапе проектирования представляет собой геометрическую форму с набором атрибутивных данных, Рис.1.
|
геометрически данные |
|
атрибутивные данные |
Рис. 1. Состав данных элемента ИМ
В то же время использование методов фотограмметрии позволяет установить геометрические данные элементов ИМ, а также собрать дополнительную информацию об объекте, например, о цвете: цвет точек в формате RGB.
Данные об объекте, полученные в результате фотограмметрии, могут дать представление о состоянии объекта на этапах строительства и/или эксплуатации, Рис. 2.
|
«облако точек» |
|
цвет «точек» |
Рис. 2. Состав данных, полученный в результате фотограмметрии
При этом для сравнения данных, полученных из разных источников на различных этапах ЖЦ, полученная информация должна быть приведена к единому виду.
В этой связи предлагается геометрические характеристики объекта хранить также в формате облака точек, с подключёнными атрибутивными данными. Данная возможность реализована в БД «Аналитической системы поддержки жизненного цикла ОКС» (BLAS) Структурная схема базы данных представлена на Рис. 3
Рис. 3. Структурная схема БД аналитической системы
поддержки жизненного цикла ОКС
Таким образом данные будут храниться в общем формате и общей системе координат, что позволит сравнивать геометрические данные одного этапа ЖЦ с геометрическими данными другого этапа, атрибутивных данных с атрибутивными.
При этом необходимо обратить внимание на то, что в зависимости от освещенности и времени суток цвет объекта может меняться и для проработки этого направления требуются дополнительные исследования, но цель их должна быть направлена на выявление влияния освещенности поверхности объекта. Поэтому решения по анализу цвета изучаемых конструкций не входит в представленное исследование.
Для анализа поверхностей конструкций используем прикладной пакет Anacondas и БД BLAS.
Результаты
В данном разделе представлены результаты сравнения облаков точек: геометрических данных, отвечающих различному состоянию объекта, т.е данных, характеризующих разные этапы ЖЦ ОКС.
Визуализация результатов фотограмметрии, представлена на Рис. 4, при этом на рисунке представлен элемент на этапе строительства, т.е. является отражением исполнительной документации.
Рис. 4. Визуализация рассматриваемого элемента
на этапе строительства по результатам фотограмметрии
Часть поверхности объекта, рассматриваемого в данном исследовании, обозначена как ABCD. Рассматриваемый элемент после конвертации в формат облака точек представлен на Рис. 5.
Рис. 5. Визуализация элемента ИМ
на этапе проектирования в формате облако точек
На следующем этапе исследования проведено сравнение поверхностей ИМ с этапа проектирования (Рис.5) и этапа строительства (Рис.4).
В рамках представленного исследования для хранения данных используется реляционная БД «Аналитической системы поддержки жизненного цикла ОКС» (BLAS), которая обеспечивает накопление и анализ инженерных данных ОКС. Базой поддерживаются как геометрические характеристики объекта в формате облако точек (x,y,z) , так и атрибутивные характеристики элементов ОКС, включая время и стоимость. Геометрические характеристики в зависимости от этапа жизненного цикла объекта являются или результатом конвертации проектной (рабочей) документации или же обработкой результатов фотограмметрии. Атрибутивные данные могут быть получены из ИМ ОКС.
Пример выгрузки данных из БД BLAS, отвечающих за рассматриваемую поверхность, представлен на Рис. 6. На Рис. 7 представлена визуализация выгруженной поверхности.
Рис.6. Пример обработанных данных в ПО Anacondas
Рис. 7. Визуализация полученного результата: часть поверхности ИМ, соответствующей этапу проектирования
Аналогично может быть произведена выгрузка поверхности, соответствующей этапу строительства: Рис .8.
Рис. 8. Визуализация полученного результата:
часть поверхности ИМ, соответствующей этапу строительства
На Рис. 8 видно, что часть поверхности отходит от рассматриваемой поверхности ABCD. Этот вывод подтвердится в результате последующего анализа. Что, в свою очередь, объясняется тем, что при загрузке данных фотограмметрии в рассматриваемую аналитическую систему было принято решение использовать округление «геометрических данных» до 1 мм. Данный шаг направлен на уменьшение объема данных. Однако очевидно, что это наплыв бетона, не превышающий 1 мм. И хотя точность на строительные площадки для многих ситуаций избыточна, для улучшения точности результата следует или вообще отказаться от округления данных о поверхности, или использовать округление до 0,1 мм.
Осуществив загрузку двух поверхностей в ПО Anacondas, мы фактически имеем два датафрейма, отвечающих за разное состояние одной и той же поверхности: этап проектирования и этап строительства.
Таким образом, сравнение поверхностей сведется к сравнению двух датафреймов, отвечающих за различное состояние объекта. На Рис. 9 представлена визуализация результата сравнения двух поверхностей ИМ, отвечающих разным этапам ЖЦ.
Рис.9. Результат сравнения двух поверхностей одного элемента ИМ с разных этапов ЖЦ
В результате видно, что часть элемента с этапа строительства выходит за границу поверхности (верхний левый угол), а часть уходит во внутрь «проектной» поверхности, что говорит о небольшой неровности углов.
Обработка данных результатов возможна при помощи разработки различных алгоритмов поддержки принятия проектных решений на различных этапах ЖЦ.
Выводы
Проведенное исследование позволило выявить следующее:
- для принятия своевременных проектных решений при эксплуатации ОКС можно использовать реляционную БД BLAS, на основании которой можно провести сравнение состояний элементов с различных этапов ЖЦ;
- алгоритмы сравнения полей «облаков точек» позволяют выявить различные дефекты и последующие наработки в данном направлении позволят создавать новый класс систем поддержки принятия проектных решений, основанный на сравнении состоянии объекта;
- точность (округление) хранимых данных может быть увеличена с ростом объемов хранилищ данных и ростом мощности компьютеров их обрабатывающих.
1. Shilkina S.V., Ivanova O.V. Selection of software for the implementation of projects based on information modeling technologies//Construction and architecture. 2023. Vol. 11. No. 2. P. 13 DOI:https://doi.org/10.29039/2308-0191-2023-11-2-13-13
2. Vasilyeva E.Yu., Bizina E.I. Application of BIM technologies in housing construction in the Russian Federation//Construction and architecture. 2023. Vol. 11. No. 4. P. 37. DOI:https://doi.org/10.29039/2308-0191-2023-11-4-37-37
3. Shilov L.A., Adamtsevich L.A. Improving the efficiency of TIM implementation at various stages of the life cycle of an object of construction//Construction and architecture. 2024. Vol. 12. No. 1 (42). P. 8. DOI:https://doi.org/10.29039/2308-0191-2023-12-1-8-8
4. Plakhutina A.A. Design of an industrial building in BIM systems Revit and Renga// Construction and architecture. 2022. Vol. 10. No. 4. P. 106-110. DOI:https://doi.org/10.29039/2308-0191-2022-10-4-106-110
5. Belyaev A.V., Antipov S.S. Life cycle of construction projects in information modeling of buildings and structures // Industrial and civil engineering. 2019. No. 1. P. 65-72.
6. Losev K., Chaplygin E. Classification of information models of a construction project using a construction information classifier // Information resources of Russia. 2023. No. 1 (190). P. 70-79. DOI:https://doi.org/10.52815/0204-3653_2023_1190_70
7. Shilov L.A., Topchiy D.V., Adamtsevich L.A. Development of analytical tools for information modeling to support the CS life cycle // Construction production. 2024. (in press)
