Transporta un sakaru institūta (TSI) komandai pēc uzņēmuma «3D Engineering» pasūtījuma izdevās izstrādāt inovatīvu risinājumu, kas paātrinās arhitektūras, inženierijas un būvniecības industriju pāreju no 2D uz 3D pieeju.
TSI kā zinātniskā institūcija regulāri sadarbojas ar uzņēmumiem, palīdzot tiem gan veikt nepieciešamos pētījumus, gan izstrādāt un pielietot inovatīvus risinājumus. Latvijas uzņēmums «3D Engineering» par savu sadarbības partneri izvēlējās TSI, lai izstrādātu risinājumu, kas palīdzēs paātrināt 3D datu ieguvi un apstrādi. Uzņēmumam ar Latvijas Investīciju un attīstības aģentūras (LIAA) starpniecību izdevās piesaistīt Eiropas struktūrfondu līdzfinansējumu, kā rezultātā tapa jauna ierīce, kas paaugstina 3D lāzerskenera darbības ātrumu.
Realitāte apsteidz virtuālo vidi
3D lāzerskeneri tiek pielietoti, lai veidotu augstas precizitātes 3D modeļus dažādiem objektiem – sākot ar kādām mazām autodetaļām, beidzot ar ēkām, kuģiem un lidmašīnām. Modelis atkārto reālo objektu ar precizitāti līdz mikroniem, līdz ar to var tālāk virtuālajā vidē modelēt šī objekta apkopi, remontu, restaurāciju, paplašināšanu utt., kā arī ieplānot tāda paša objekta izveidi.
«Tehnoloģija ir samērā jauna,» skaidro «3D Engineering» dibinātājs Reinis Točelovskis. Arhitektūras, inženierijas un būvniecības industrijai pieemērotas 3D tehnoloģijas parādījās ap 2011. gadu, un tad sākās šīs jomas transformācija no 2D uz 3D pieeju. Šo revolūciju, kas notiek tieši tagad, Reinis salīdzina ar to, kas notika 1990. gadu sākumā, kad tā pati industrija no rasēšanas galdiem pārgāja uz tādām tehnoloģijām kā «AutoCad» un kopumā uz digitālu pieeju.
3D dati ir pamats BIM projektiem. Tas ir būvniecības informācijas modelēšanas (Building Information Modeling) koncepts, kas dažās Eiropas valstīs jau ir pieņemts par standartu, un kopumā ir Eiropas prioritāte. Izveidot BIM projektu bez augstas precizitātes 3D datiem, kas iegūti ar lāzerskenera palīdzību, nav iespējams.
Reinis nodarbojas ar 3D datu ieguves un apstrādes jautājumiem kopš 2014. gada un kādā brīdī kopā ar kolēģiem sāka aktīvi domāt par to, kā šo procesu varētu paātrināt. Šķērslis 3D tehnoloģiju uzvarai ir tāds, ka šobrīd skenēšana un modelēšana prasa vairāk laika nekā būvēšana. «Reālā būvniecības projektā sanāk situācija, pie kuras būvnieks saka arhitektiem un inženieriem, kuri piedāvā 3D risinājumu: «Viss būtu forši, bet kamēr jūs modelējat pirmo stāvu, mēs esam jau uzbūvējuši trīs. Labāk paliekam šajā projektā pie 2D tehnoloģijām,» saka Reinis.
«3D Engineering», kopā ar uzņēmumiem CMB un ITED, pēc «Valsts nekustamo īpašumu» pasūtījuma, veica Rīgas pils D Korpusa 3D lāzerskenēšanu un BIM modeļa izstrādi, kā arī iegūto datu analīzi tehniskās apsekošanas vajadzībām. Pagāja apmēram mēnesis, lai ar 3D lāzerskeneriem ieskenētu objektu, un modelēšana prasīja vēl divus mēnešus. Šajā posmā ieplānot termiņus ir vieglāk, grūtības sākas līdz ar aktīvu būvniecības procesu.
Šodienas būvniecības tehnoloģijas neatļauj veikt būvniecību tik precīzi, cik precīzi to ir izprojektējis arhitekts vai inženieris, vienmēr ir kaut kādas nobīdes. Būvniecības procesā ir nepieciešamas tehnoloģijas, kas atļaus BIM modeli labot atbilstoši reālajai situācijai dabā. Tad arī pienāk brīdis, kad būvnieks saka: «Hei, mums viss iet uz priekšu, kur ir labotais modelis?» Tātad uzdevums ir pielāgot 3D datu ieguves un apstrādes ātrumu būvniecības tempiem.
Vajadzīgs sarežģīts algoritms
Darbs ar 3D datiem tiek veikts vairākos posmos: datu ieguve, to nodošana arhitektam, to pārveidošana 3D modelī, ar ko var strādāt pārējie projekta dalībnieki, un citi posmi. Reinim un viņa kolēģiem ir idejas, kā uzlabot darbu visos posmos, bet sāka tieši ar datu ieguvi.
3D dati tiek iegūti ar konkrētu instrumentu – lāzerskeneri. Šajā gadījumā tie ir pasaulslavena ražotāja «Faro» skeneri. Skeneris strādā divos posmos. Pirmajā posmā skeneris izstaro lāzera staru, kurš atstarojas no priekšmetiem un palīdz izveidot punktu mākoni. Liels daudzums šo punktu, dažreiz miljoni, arī ir pamats datormodelim, kurš pilnībā atkārto skenēto objektu. Otrā posma laikā lāzerskeneris uzņem panorāmas bildi, ar kuras palīdzību pēc tam 3D modelis tiks iekrāsots, kas arī ir ļoti svarīgi modeļa kvalitātei. Skenēšana ar lāzeri, atkarībā no objekta lieluma un sarežģītības, var aizņemt no vienas līdz desmit minūtēm. Savukārt fotografēšana vienmēr prasa vienu un to pašu papildu laiku – aptuveni divas ar pusi minūtes.
«3D Engineering» komanda izdomāja, ka var izveidot atsevišķu ierīci, ko viņi dēvē par «3D Speed Up», kura uzņemtu bildes vienlaicīgi ar lāzera darbību, tādējādi ietaupot 2,5 minūtes katrā skenēšanas reizē jeb stacijā. Viena stacija ir vienā punktā nolikts skeneris, kurš griežas ap savu asi un veic skenēšanu. Pieņemsim, ka inženieru komandai ir jānoskenē liela ēka vai ražošanas teritorija, kas prasa 1000 stacijas. «Ja uz katras stacijas viņi ietaupa 2,5 minūtes, beigās sanāk ietaupīt 41 stundu – veselu darba nedēļu!» aprēķinus komentē Reinis.
Skan vienkārši: uzlikt uz skenera papildu panorāmas kameru, palaist to strādāt paralēli – dati iegūti, laiks ietaupīts. Protams, darbā ar ļoti augstas precizitātes datiem nekā vienkārša nav. Skenera lāzers kopā ar savu kameru datu ieguves brīdī «skatās» vienā un tajā pašā punktā, tāpēc to iegūtos datus var viegli savienot. Ja jaunā kamera tiek uzstādīta uz lāzerskenera korpusa, notiek centra nobīde. Lai šo nobīdi kompensētu un iegūtu labu mērījumu rezultātu, bija nepieciešams ļoti sarežģīts algoritms, kurš ņem vērā dažas optiskās nianses. «Mēs izvēlējamies TSI par savu partneri, jo šai zinātniskai organizācijai ir ļoti augsta kompetence, pieredze un zināšanas jautājumos, kas saistīti ar optiku,» saka Reinis. Tā iesākās projekts, kurš ilga 11 mēnešus.
Veikti vairāk nekā 300 eksperimenti
«TSI šis projekts izrādījās gan interesants, gan arī sarežģīts,» atzīst institūta Zinātniskās daļas vadītājs Vladimirs Petrovs. Tas prasīja ļoti dažādas kompetences tādās jomās kā optika, elektronika, signālu apstrāde, programmēšana, programmatūras izstrāde, inženierija, 3D modelēšana, 3D druka. Pie projekta strādāja deviņu cilvēku komanda, ieskaitot TSI Zinātniskas daļas personālu, divus laboratoriju darbiniekus, vadošos TSI pētniekus un arī studentus.
Lasi vairāk ŠEIT
