Оборудование

Создание трехмерной модели багажной зоны Международного аэропорта Портленда (США)

Международный аэропорт Портленда (США) ежегодно принимает более восемнадцати тысяч рейсов, через него проходит багаж четырнадцати миллионов пассажиров. Чтобы багажное отделение аэропорта могло соответствовать новым стандартам безопасности, давно требовалось провести ремонт. На работы по реконструкции и реновации было выделено сто миллионов долларов. На эти деньги необходимо было закупить и установить оборудование для сканирования багажа и выявления взрывоопасных веществ, перестроить пространство в 70 000 квадратных метров, поставить конвейеры, общей протяженностью более трех километров. И при этом все три года, что длятся работы, багажное отделение должно продолжать работу в штатном режиме.

Чтобы реконструкция не мешала работе багажного отделения, требовалась воссоздать точную трехмерную модель объекта. Это поняли специалисты компании-подрядчика Hoffman Construction. Имея точную трехмерную модель, инженеры и проектировщики могут сделать точные расчеты, чтобы в будущем, при монтаже оборудования, избежать неприятных сюрпризов. Кроме того, на основе модели они поймут, какие элементы необходимо демонтировать, а какие оставить, как расположить новое оборудование, чтобы текущая работа аэропорта не прерывалась. «Ключ к успеху, — признается менеджер Hoffman Construction Дэйл Стеннинг, — это модель, которая в точности повторяет здание. Очень точная модель».

Комплексное решение

Само по себе создание модели обещало стать заметным проектом. «Надо было начать с чертежей, — говорит Стеннинг. — У нас были файлы в формате CAD и довольно много бумажной документации, предоставленной Портлендским аэропортом, однако, это не очень помогло». Все верно — здание эксплуатировалось с пятидесятых годов, а изменения, перепланировки и реконструкции в чертежи не заносились. Усложняло ситуацию и то, что над багажным отделением расположены ресторанный дворик и торговая зона. Вода, газ, электричество, система пожаротушения и сточные трубы были проложены без соответствующей проектной документации. «Это похоже на спагетти», — высказался Стеннинг по поводу состояния коммуникационной системы. При работах необходимо было постоянно думать о том, как не задеть случайно трубы или провода. Более того, некоторые из них даже не эксплуатировались — в свое время их установили, но после забросили.

Проектировщики Hoffman Construction выбрали метод создания трехмерной модели по данным лазерного сканирования. Компания пользуется лазерным сканером HDS от Leica Geosystems с 2003 года и уже реализовала с его помощью множество крупных проектов. Учитывая сложность предстоящих работ, необходимо было определить положение всех труб и кабелей. Стеннинг был уверен, что лучшим решением станет именно лазерное сканирование, однако, администрация аэропорта его позицию не разделяла. «Они раньше не сталкивались со сканированием и предпочли бы более бюджетный способ», — объяснил Стеннинг. Чтобы убедить администрацию, Стеннинг провел демонстрацию работы оборудования: «Мы отгородили часть объекта и выполнили сканирование, а затем загнали облако точек в программу постобработки, чтобы наши партнеры увидели результат. Когда стало понятно, что трехмерная модель — это готовые данные для исполнительной документации, полученные задолго до окончания строительных работ, убеждать больше никого не потребовалось».

После утверждения работ по сканированию, можно было приступить к делу. На базе портлендской геодезической сети, была создана собственная сеть, и выполнена координатная привязка объекта. Наряду со сканированием применялись стандартные геодезические измерения, так что на каждые 50 точек стояния сканера приходился один контрольный репер. Также использовались около 150 сферических и бумажных марок, привязанных к геодезической сети. Это позволило корректно и точно сшить облака точек и сориентировать их в системе координат. Субподрядчики работали в той же системе координат, что облегчало взаимодействие на разных этапах работ. «Может показаться, что в этом нет ничего особенного, — говорит Стеннинг. — Но помните, что этот объект работает двадцать четыре часа в сутки, семь дней в неделю, и все пространство заполнено ездящими туда-сюда тележками. Мы не могли себе позволить роскошь отбивать оси прямо на полу, надо было быстро получить нужную точку».
 Чтобы повысить надежность сканирования, одного члена бригады определили на обработку облаков точек в программах Leica Cyclone и CloudWorx, так что контроль измерений проводился ежедневно. Работы длились четыре недели. Последние две были посвящены детальной съемке избранных мест. Большая часть работ выполнялась в ночную смену, когда нагрузка на багажное отделение снижена. Чаще всего использовался сканер ScanStation. Дон Минг, который занимался контролем половины сканирующих работ, утверждает: «У этого сканера отличное сочетание дальность-разрешение». Для детальных съемок применялся Leica HDS4500. Для сканирования некоторых участков сканер устанавливали в лифте. 

Поскольку работы связаны с повышенными требованиями к безопасности, работникам Hoffman Construction необходимо было их соблюдать. «Все, кто работал в безопасной зоне, должны были иметь бейдж и пройти тщательную проверку в службе безопасности, — сообщает Хан-Мей Ченг, ведущий инженер, работавший на установке оборудования. — Еще мы ходили на специальные занятия для работников аэропорта по технике безопасности: пришлось тщательно отбирать инструменты, не собираться большими группами. Оказалось, что в службе безопасности есть датчики, настроенные на лазерное излучение. И надо было договариваться с администрацией, чтобы наша работа не помешала их работе».

Распутывая «спагетти»

Когда сканирование было завершено, пришло время разобраться в хитросплетениях коммуникаций. Коммуникации пометили цветом в зависимости от типа и назначения. Интенсивность цвета позволила отличать подлежащие удалению коммуникации от тех, которые необходимо было переложить. Поскольку Портленд находится в сейсмически активной зоне, необходимо было уже на этом этапе продумать временные и постоянные крепления для коммуникаций.

Представители Hoffman Construction по-своему справились с извечной проблемой — разницей между настоящим миром и тем, который отображен на чертежах. В реальном мире ничто не будет идеально ровным, прямым или плоским. Мир искажен, так или иначе искривлен. Однако проектировочные инструменты базируются на идеальной геометрии. Размеры файлов тоже внушали опасение. Облака, включающие в себя несколько миллионов точек, могут быть слишком «тяжелыми», чтобы с ними можно было работать. А в проекте, где их более миллиарда, только общий файл с данными занимает более тридцати восьми гигабайт.

Поэтому облака точек использовались только как базис, на основе которого строилась геометрически правильная модель. К примеру, сечение трубы должно быть цилиндрическим, однако, в реальности существуют некоторые отклонения от цилиндрического сечения. Работа одновременно с моделью и с облаком точек позволила ускорить ход создания документов и чертежей для реконструкции. Также модель позволила увидеть, как будут устанавливаться те или иные коммуникации. Например, рентгеновские установки, которые должны просвечивать багаж, очень громоздкие. На модели мы можем заранее рассчитать, как их ввезти в зал и установить. В течение всего процесса установки оборудования модель является исполнительным чертежом, с которым сверяется бригада. Поскольку разрешение сканирования довольно точное, то мелкие детали, вроде креплений, можно передать с точностью до шести миллиметров. Проект завершен почти на половину, а специалисты Hoffman Construction еще не сталкивались с конфликтами или серьезными задержками. «Это просто удивительно! — добавляет Ченг. — Это очень похоже на игру в тетрис: ведь нам надо расположить громоздкие аппараты в ограниченном пространстве. Наверное, мы могли бы сделать эту работу традиционным способом. Даже рулеткой. Но мы никогда бы не сделали ее так хорошо».

Оценка сканирования

«Мы верим, что лазерное сканирование коммуникаций — это будущее всех коммунальных служб, — признается Стеннинг. — Ставки высоки, ведь тысячи долларов тратятся на ремонтные работы по обслуживанию здания в течение срока его службы. А использование трехмерной модели экспоненциально повышает эффективность работ по ремонту и эксплуатацию. Хотя, пока модель популярна больше у проектировщиков». Впрочем, ситуация меняется. Заказчики предъявляют к моделям все больше и больше требований. «И это хорошо, — подчеркивает Стеннинг, — это значит, что и мы, и заказчики знаем, как в деталях будет строиться здание. Если нужна просто визуализация, то нет необходимости в лишней детализации. Это ненужная трата сил и денег. Однако заметно, что требования к качеству работ возрастают».
 Стеннинг также указывает, что аэропортам требуется цифровая модель здания или его частей, наиболее уязвимых в плане безопасности. Так что сканирование может скоро стать настоящим «бумом» в аэропортах. Фактически, очень много причин сейчас появилось для того, чтобы сканирование и создание трехмерных моделей стало новым стандартом качества в управлении и эксплуатации объектов. 

Автор: Брэд Лонгстрит — независимый журналист, специализирующийся на тематике кадастра, ГИС и лазерного сканирования. Перевод компании НАВГЕОКОМ.



Потолочные балки на трехмерной модели багажного отделения

В ходе ремонта было установлено более 3 км. новых конвейеров

Коммуникации перекладывались и изменялись с 1950-х гг., но изменения нигде не были зафиксированы

Модель показывает, какие старые конструкции помешают установке нового оборудования

Многие трубы долго не использовались и находились в запущенном состоянии

Разными цветами были обозначены элементы, подлежащие удалению и замене

Недавно установленное оборудование по проверке багажа


к другим проектам