Лазерное 3D-сканирование объектов строительства

Лазерное 3D-сканирование объектов строительства — не просто очередная модная фишка, а настоящий прорыв, способный кардинально изменить подход к проектированию, возведению и обследованию зданий. Представьте себе возможность мгновенно создавать высокоточные трехмерные модели любого объекта, будь то историческое здание, сложное инженерное сооружение или новейший небоскреб. И это не какая-то фантастика из фильмов про будущее, а реальность, доступная уже сегодня благодаря лазерному сканированию. Например, в ходе подготовки в Чемпионату мира по футболу 2018 года применялись 3D сканеры для обследования и модернизации стадиона «Лужники», а на различных этапах строительства и модернизации транспортных объектов МЦК (Центральное кольцо Москвы) применялись 3D-сканеры для контроля качества и точности измерения геометрических параметров.

Эта инновация открывает перед строителями и архитекторами новые горизонты: точное и детальное планирование, снижение затрат, повышение безопасности и ускорение всех этапов строительства. В эпоху, когда цифровые технологии проникают во все сферы жизни, 3D-сканирование становится ключевым инструментом для тех, кто хочет идти в ногу со временем и оставаться конкурентоспособным. Ведь кто бы не хотел поиграть в «Гарри Поттера» на стройке, размахивая «волшебной палочкой» в виде лазерного сканера?

В этой статье мы погрузимся в мир лазерного 3D-сканирования, разберем его принципы и преимущества, а также узнаем, как эта технология уже сегодня меняет облик строительства и какие перспективы нас ждут в будущем. Готовьтесь к захватывающему путешествию в мир высоких технологий и неожиданных открытий!

Принцип работы лазерного 3D сканирования

Итак, как же работает это чудо инженерной мысли? Представьте себе лазерную указку только вместо того, чтобы играть с котом, она отправляет миллионы лучей, которые, отразившись от объекта, возвращаются назад. Этот процесс называется лазерным сканированием, и он получить точное представление о форме и размерах объекта.

Лазерный сканнер, установленный на штативе, медленно вращается, «обстреливая» поверхность объекта лазерными импульсами. Эти импульсы отражаются от объекта и возвращаются к сканеру, который фиксирует их время возвращения. Далее сканер вычисляет расстояние до каждой точки объекта. В результате мы получаем облако точек – трехмерную модель, состоящую из миллиона крошечных измерений.

Но не стоит думать, что этот процесс занимает вечность. Современные лазерные сканнеры могут собирать миллионы точек в секунду, так что ждать долго не придется. Процесс, который раньше занимал несколько дней теперь занимает несколько часов.

Применение в строительстве

Давайте разберем, для чего применяется эта замечательная технология.

• Проектирование и планирование. С помощью лазерного 3D-сканирования можно создать точные модели существующих зданий и участков. Это особенно полезно, когда нужно интегрировать новое здание в уже застроенную территорию. Представьте себе, как архитектор, вооруженный лазерным сканером, гуляет по стройплощадке и «стреляет» лазерами, собирая данные. Коллеги смотрят на него и думают: «Вот это современный художник!»
• Реконструкция и реставрация. Когда речь идет о реставрации старинных зданий, точность имеет огромное значение. Лазерное сканирование помогает создать подробные модели, по которым можно безопасно и точно восстановить объект. Сканер позволяет заглянуть в каждый уголок и трещину, словно у вас есть рентгеновское зрение.
• Контроль качества и мониторинг строительства. Чтобы убедиться, что строительство идет по плану, используют лазерное 3D-сканирование для регулярного мониторинга. Это, как если бы вы играли в компьютерную игру и могли видеть прогресс строительства в режиме реального времени. Инженеры сканируют объект и сравнивают полученные данные с проектными чертежами. А если что-то не так, можно вовремя внести коррективы.
• Создание точных чертежей и моделей. Лазерное сканирование позволяет создать детальные чертежи и 3D-модели зданий и сооружений. Эти модели используются для дальнейшего проектирования, расчета материалов и подготовки смет. Архитекторы могут виртуально прогуляться по зданию еще до начала строительства, словно они в игре «Симс», только вместо строительства домика для виртуальных персонажей они создают реальные шедевры.

Преимущества лазерного 3D сканирования

Помимо того, что лазерные сканеры выглядят как что-то из фильмов о Джеймсе Бонде, они действительно имеют массу полезных свойств. Вот некоторые из них:

• Высокая точность: лазерное сканирование позволяет получить данные с миллиметровой точностью, что особенно важно при реставрации старинных зданий или создании сложных инженерных конструкций.
• Экономия времени и ресурсов: процесс сканирования занимает значительно меньше времени, чем традиционные методы измерения, а полученные данные сразу готовы к использованию в CAD-системах.
• Повышение безопасности: измерения на удаленном расстоянии позволяют избежать необходимости подниматься на высоту или проникать в труднодоступные места.
• Документирование и архивирование: 3D-модели, созданные с помощью лазерного сканирования, можно использовать для точного документирования текущего состояния объектов и архивирования этих данных для будущего использования.

Несмотря на многочисленные преимущества, лазерные сканеры также имеют свои ограничения и вызовы, которые стоит учитывать при их использовании. Вот основные из них:

1. Экстремальные погодные условия, такие как сильный дождь, снег или туман, могут мешать работе лазерного сканера, снижая точность и надежность получаемых данных. Для многих приборов рабочая температура не должна быть ниже +5⁰ С, хотя есть приборы, которые работают и при -20⁰ С. Нужно внимательно изучать характеристики перед покупкой.
2. Чувствительность к движению. Для получения более точных данных необходимо, чтобы объект и сам сканнер оставались неподвижными во время сканирования.
3. Лазерные сканеры могут испытывать трудности с точным измерением объектов с отражающими, прозрачными или очень темными поверхностями. Такие материалы могут либо отражать лазерные лучи, создавая шумы в данных, либо поглощать их, снижая точность сканирования.
4. Стоимость оборудование и как следствие стоимость проведения работ. Стоимость может отпугнуть от использования этого метода, но, во-первых, эта технология значительно подешевела за последние годы, а во-вторых, в умелых руках грамотных специалистов быстро окупается.

Конечно, несмотря на все ограничения, лазерные сканеры все равно остаются мощным и полезным инструментом. В конце концов, любая технология проходит через несколько этапов становления и в итоге при обоснованности практической пользы становится массовой. Даже ChatGPT иногда говорит глупости, но мы все равно его любим и продолжаем использовать в наших работах, нужно лишь его контролировать и направлять в нужное русло.

Перспективы развития лазерного 3D сканирования

Перспективы развития лазерного 3D сканирования в строительной отрасли весьма обнадеживающие и обещают множество интересных нововведений.

Например, интеграция с BIM/ТИМ и AR/VR. BIM-моделирование (Building Information Modeling или информационное моделирование здания), ТИМ (Технологии Информационного Моделирования) это российский аналог аббревиатуры BIM и технологии дополненной и виртуальной реальности (AR/VR) уже активно интегрируются с лазерным 3D сканированием. Это позволяет создавать максимально точные цифровые двойники зданий и сооружений. Архитекторы и инженеры могут виртуально «прогуляться» по проектам, внося изменения и улучшения до начала строительства. Это уменьшает количество ошибок и недочетов. А с развитием облачных технологий и искусственного интеллекта, обработка и анализ данных, полученных при сканировании, станут еще быстрее и эффективнее. Облачные платформы будут хранить огромные объемы данных, а ИИ сможет анализировать их в режиме реального времени, что позволит предсказывать возможные проблемы, избегать коллизий и оптимизировать процессы строительства.

Автор статьи предполагает, что с развитием ИИ-технологий, в ближайшие 5-10 лет инженер обследователь будет выглядеть как Тони Старк в очках с операционной системой по типу «Джарвис», в которую будут встроены все необходимые инструменты визуального обследования.

В целом, перспективы развития лазерного 3D-сканирования в строительной отрасли открывают невероятные возможности для улучшения всех аспектов строительства. Эта технология будет становиться все более доступной и мощной, меняя подход к проектированию, строительству и эксплуатации зданий. Кто знает, может, в будущем на стройке будут работать не только роботы, но и дроны, сканирующие всё вокруг с воздуха. А рабочие, вооруженные лазерными сканерами, будут соревноваться, кто быстрее и точнее создаст цифровую модель нового здания.

Так что следует готовиться к интересным временам, когда будущее буквально будет строиться на наших с вами глазах с помощью лазерных лучей и высоких технологий!

Автор: Яна Меджидова, строительный обозреватель, материаловед