Проект реставрации фасада: объект и задача 3D‑сканирования | Преимущества лазерного 3D‑сканера | Проблемы при сканировании и обработке данных | Облако точек vs фотография или данные тахеометра | Заключение
Фасадная съемка – одна из базовых задач, решаемых при реставрации, реконструкции или модернизации зданий и сооружений. Она предполагает исследование вертикальной плоскости объекта и получение его пространственных геометрических характеристик. С внедрением в строительной отрасли цифровых технологий главными конкурентными преимуществами при выполнении обмеров становятся высокая точность, эффективность и быстродействие измерительного оборудования, а также возможность его автоматизации.
В повседневную практику проектных организаций все активнее входят наземное лазерное сканирование и 3D‑проектирование. Базой проектов с применением трехмерных технологий становится исполнительная 3D‑модель, с высокой точностью воспроизводящая реальную геометрию здания или его частей. А первичным результатом измерений является облако точек, полученное по данным лазерного 3D‑сканирования.
Рассмотрим преимущества 3D‑технологий на примере одного проекта, реализованного проектной компанией «Структура» при содействии iQB Technologies.
«Структура» была основана в 2012 году во Владимире. Основной вид деятельности компании – проектирование и реконструкция зданий и сооружений различного назначения. За десять лет работы на рынке выполнено более трехсот проектов как во Владимире и Владимирской области, так и в соседних регионах, включая Москву. В 2015 году фирма получила лицензию на осуществление деятельности по сохранению объектов культурного наследия памятников истории и культуры народов Российской Федерации и осуществила по этому направлению десятки успешных проектов.
iQB Technologies поможет выполнить 3D‑сканирование объектов любой сложности. Закажите консультацию эксперта, демонстрацию оборудования и ПО, тестовое сканирование и другие услуги:
Проект реставрации фасада: объект и задача 3D‑сканирования
Для компании «Структура» первым опытом работы с 3D‑сканированием стал объект культурного наследия регионального значения «Торговый дом Вахрамеева», находящийся в Ярославле по адресу ул. Андропова, 9/9. Проект предполагал проведение ремонта фасада здания и выполнялся для муниципального заказчика.
Дом Вахрамеева – двухэтажный особняк в стиле классицизм (конец XVIII – начало ХХ веков). Здание изначально принадлежало известному купцу, меценату, почетному гражданину и городскому голове Ярославля И.А. Вахрамееву, в нем располагался торговый дом хлебных товаров. Сейчас особняк полностью используется как административное здание, его занимает Департамент финансов Ярославской области.
У здания достаточно богатый, типичный для классицизма фасад. Присутствует множество сложных архитектурных и декоративных элементов, которые требовалось обмерить: ордера на пилонах, сухарики, тяги, квадры, псевдоколонны, базы колонн и др.
Традиционно для измерения фасадов используются следующие методы:
-
фотофиксация и ручные измерения с помощью рулетки, рейки;
-
фотограмметрия: фасад фотографируется, и в ПО создается его плоское изображение;
-
тахеометрия: определение положения точек местности по высоте и в плане путем одновременного измерения горизонтальных и вертикальных углов, а также расстояний между точками.
Минусы вышеперечисленных способов – довольно высокая погрешность, а также большие временные затраты. Учитывая особенности фасада дома Вахрамеева, измерить его этими методами было бы сложно. Компания приняла решение использовать лазерное 3D‑сканирование.
Эксперты iQB Technologies рекомендуют статью Как отсканировать целое здание: от подготовки до первичной обработки данных
Преимущества лазерного 3D‑сканера
Когда в результате измерений с помощью 3D‑сканера получено плотное облако точек, вы можете быть уверены, что не упустили какие-то элементы. В этом большое преимущество трехмерного сканирования перед обмерами в ручном режиме.
«По сравнению с другими методами мы вряд ли что-то убыстряем, но производим гораздо более точные, более качественные измерения, – комментирует руководитель компании «Структура» Дмитрий Субботин. – Мы получаем более точные исходные данные для дальнейшей работы. Было бы сложно и трудоемко работать с перечнем фотографий или обмеров, чертежами от руки и т.п., здесь у нас все-таки есть готовая картинка, которая позволяет к ней апеллировать».
Для работы со сканером достаточно одного оператора. Представители компании совершили предварительный выезд для ознакомления с объектом, поставили оператору задачу, он выполнил измерения за один день с помощью лазерного 3D‑сканера FARO Focus S150, за 2-3 дня самостоятельно обработал результаты в программном обеспечении FARO SCENE. Затем примерно месяц архитектор работал с полученным облаком точек. При традиционном подходе для обмера такого объекта понадобилось бы 2-3 человека и 2-3 дня работы.
Благодаря использованию 3D‑сканера специалистам не потребовались неоднократные выезды в Ярославль, привлечение дополнительного персонала, заказ вышек и лестниц для работы на высоте.
Если есть более простой фасад, использовать сканер нет смысла, только если это не большое здание, которое вручную невозможно обмерить либо нужны результаты сверхвысокой точности для реализации сложных проектов, к примеру, вентилируемых фасадов, алюминиевых конструкций, остекления.
Проблемы при сканировании и обработке данных
«Со сканером надо еще экспериментировать, – отмечает Дмитрий Субботин. – Съемка проходила в дождливую, пасмурную погоду, что вызвало определенные проблемы с засветкой, в облаке точек появились колебания оттенков фасада, появились дополнительные шумы от капель дождя (рис. 1). При съемке в разрешении 6 мм на 10 м мы обнаружили недостаточное количество точек сложных архитектурных элементов для того, чтобы восстановить нормально профили или разрезы по элементам. В следующем проекте мы будем снимать такие элементы отдельно и более детально, благо современное оборудование FARO позволяет выставлять расширение до 1,5 мм».
Если стоит задача отреставрировать объект, для полноценной работы с фасадом нужно получить не только его плоскость в архитектурных чертежах, мы еще должны видеть разрезы по элементам. Например, есть архитектурная тяга. Для ее восстановления необходимо установить ее профиль. Поэтому одна из задач, которая решается при съемке фасадов, – не только восстановить плоскость, но и установить профиль карнизной тяги, профиль тяги посередине и профиль и разрезы по элементам на здании. Мы должны их зарисовать, оставить и для себя, и для строителей и, возможно, для потомков.
Для решения этой задачи также желательно иметь более плотное облако точек, чтобы инженер мог более точно восстановить эти профили и размеры декоративных элементов.
Остался открытым вопрос по технологии векторизации объекта. Специалистам «Структуры» пока не удалось добиться нормальных показателей векторизации. Данные с лазерного сканера можно получить в виде облака точек. Если бы прибор сразу выдавал векторный объект, это был бы прорыв в технологии, который бы существенно облегчил работу. Тогда можно было бы фиксировать и векторизировать сложные объекты (к примеру, барельефы) без необходимости их ручной отрисовки. В текущих реалиях такие объекты можно экспортировать в проект элементом, к примеру, в формате .obj.
Эксперты iQB Technologies рекомендуют статью Как ускорить проектирование в строительстве: FAQ по программным продуктам FARO
Облако точек vs фотография или данные тахеометра
Чертежи восстанавливались по облаку точек в программном пакете ArchiCAD. Облако точек выводилось как плоскость фасада и обводилось, процесс моделирования занял около месяца.
При работе с фотографиями у нас нет размеров объекта. Фотография имеет перспективу, значит, необходимо вычислять линейные размеры, и из-за перспективы мы имеем искаженное отображение предмета. Если говорить о тахеометре, он не может дать необходимой плотности точек на квадратный сантиметр. Таким образом, облако точек – наилучшая база для дальнейшего проектирования.
Заключение
«Мы обязательно будем использовать технологию 3D‑сканирования в дальнейшем, переговоры об этом ведутся, – заключает Дмитрий. – Мы бы применяли ее гораздо чаще... К сожалению, цены на лазерную технику высокие, при том, что возможности она открывает превосходные».
В проекте реставрации фасада дома Вахрамеева лазерное сканирование стало выгодной альтернативой традиционным методам измерений и позволило получить высокоточное облако точек фасада, ставшее базой для последующего эффективного проектирования.
3D‑сканеры по своим возможностям значительно превосходят тахеометры, если речь идет об обмере сложных объектов. Высочайшая точность (до 1 мм) и скорость измерений (почти до 1 млн точек в секунду), портативность, а также функции автоматизации, минимизирующие влияние человеческого фактора, – все это обеспечивает надежность реализации проектов, сокращение сроков работ и трудозатрат, и в конечном счете укрепляет репутацию исполнителей. Компания «Структура» – одна из проектных организаций, которой удалось повысить конкурентоспособность за счет внедрения передовых 3D‑решений.
Статья опубликована 20.01.2022 , обновлена 24.08.2023
