Лазерный сканер техзаказчика против исполнительной документации подрядчика

Как взвесить строительную конструкцию, не прибегая к её разборке и демонтажу? А если сооружение состоит из множества подобных конструкций? Рассмотрим с вами гидротехническое сооружение, состоящее из многотонных камней, уложенных в тело конструкции. 

Обычно крупногабаритные камни взвешивают с помощью динамометров, подвешенных на кран или же большие весы. А если на объекте заказчика таких камней тысячи, то определение их массы кажется невыполнимой задачей и не является экономически целесообразным действием. 

Пару лет назад, на территории одного приморского объекта построили защитное гидротехническое сооружение из камней четырёхтонников. А спустя год, оно начало разрушаться — каменная порода расслоилась и стала осыпаться. У заказчика возникли вопросы к качеству выполненных работ, а также к массе уложенного камня — насколько она соответствует проектным значениям.

По данным исполнительной документации — соответствие есть, камни большие, но определить фактическое соответствие камня и исполнительной почти невозможно. Сооружение построено, взвешивать каждый камень не прибегая к разбору конструкции экономически нецелесообразно.

Заказчик обратился к нам, предполагая, что с помощью наземного лазерного сканирования удастся определить массу камня, уложенного как внутри сооружения, так и снаружи. Коллег не смутило, что стандартной методики для решения такой задачи не существует. Учитывая нашу тягу к экспериментам и поиску нестандартных решений, мы с интересом согласились на выполнение этой задачи.

И практически сразу возникла первая проблема.

Чтобы определить массу объекта, необходимо знать его объём и плотность. Это известно ещё со школьного курса физики. И если плотность и физические характеристики камня определить можно с помощью минерально-петрографической экспертизы, то вопрос объёма камней оставался открытым.

Согласно нормативно-технической документации, определить массу камня можно двумя методами — прямым и косвенным. Прямой метод проводится путём взвешивания камней, косвенный же допускает использование динамометра.

Любое определение объёма с помощью геодезической рулетки или лазерного сканера, с последующим перемножением на плотность материала также является косвенным методом измерений массы валуна.

Такой подход практически не регламентируется нормативно-техническими документами. Пришлось разрабатывать методику определения массы камня с использованием результатов лазерного сканирования.

Работа производилась в несколько этапов:

1. Выезд на местность

2. Определение характерных камней на объекте;

3. Общее наземное лазерное сканирование сооружения;

4. Сканирование отдельно стоящих камней;

5. Контрольные замеры характерных валунов геодезической рулеткой;

6. Сшивание облаков точек;

7. Загрузка в программу и построение модели как камней, так и сооружения в целом.

В итоге была определена фракция камня на объекте и подсчитана масса визуально видимых камней. Звучит красиво, но на практике всё получилось не однозначно.

Полевые работы

По прибытии на объект наши сотрудники провели обследование валунов. Часть камней потрескалась, расслоилась и осыпалась. Но самое главное — камни по объему выглядели меньше заявленных четырех тонн. Однако, попадались и достаточно крупные валуны. Эти камни были отсканированы и у них же были взяты пробы для проведения петрографического анализа.

Сканирование проводилось прибором Leica BLK 360. Для получения корректных данных съемку валуна надо вести с разных сторон или же организовать стоянки сканера таким образом, чтобы их взаимное перекрытие фиксировало большую часть поверхности камня.

Казалось бы, можно произвести воздушное сканирование или даже аэросъёмку. Подобные способы могли бы быстрее и проще осуществить необходимые работы для протяжённого объекта, но в данном случае не подходили для решения задачи.

Дело в том, что сваленные камни — конструкция неоднородная. Воздушное сканирование или аэросъёмка не увидят и не покажут что находится внутри пустот. Беспилотник летает определёнными галсами, а положение камеры находится под определенным углом. Наземный же прибор можно перемещать в любое место и снимать любые полости.

Для корректной сшивки сканов всего сооружения, на объекте были установлены стационарные марки, поскольку только камней недостаточно для точного совмещения результатов НЛС.

После завершения полевых работ коллеги приступили к обработке данных.

Моделирование и обработка данных

Сначала были сшиты все облака точек.

Выяснилось, что камни имеют несколько характерных фракций, которые позже необходимо было определить в модели для общего подсчёта объёмов массы всех видимых камней. Помимо отдельно отсканированных валунов, из общего скана были взяты и камни других фракций, в общей сложности двадцать штук. 

Не все из них имеют полностью сформированное облако точек поверхности. Когда часть сканируемого объекта недоступна, определяются характерные элементы — грани, плоскости, вершины и окружающие предметы — по которым можно воссоздать единый 3D профиль объекта. 

Данный метод используется при реставрации и реконструкции архитектурных элементов, а также разрушенных скульптур.

Если при сканировании множества частей неоднородного сооружения, поверхности сканируемых объектов недостаточно, а характерные элементы невозможно обнаружить, то полученные кусочки облаков точек не будут учитываться при моделировании единичных экземпляров.

Подобный метод применили и в отношении отсканированных валунов. Впереди ждало очередное открытие.

Модель сооружения создавалась в программе Autodesk Revit. Работа разделилась на два основных этапа — создание единого массива ограждающей конструкции и отдельных семейств валунов.

И если при моделировании единой конструкции проблем не возникло, то второй этап — воссоздание семейства камней, заставило попотеть.

Каждая конструкция или ее элементы в Revit создаются отдельными семействами. То есть каждая 3D модель имеет отдельный набор характеристик. В специальном редакторе же не предусмотрена функция загрузки облаков точек, но есть возможность загружать файлы из Autodesk Autocad. Это и помогло.

Облака точек отдельных камней были загружены в Autocad и с помощью примитивов построены как 3D объекты. Далее эти болванки экспортировались в редактор семейств Revit и на их основе уже создавались полноценные параметрические модели валунов. В конце проводилась контрольная сверка объёмных показателей и полученные семейства валунов внедрялись в единую модель.

Общая модель сооружения создавалась как рельеф некоторой поверхности, поскольку массив облака точек, в котором существуют как отдельные камни, так и неоднородная масса камней, формируют единое пространство. И для этого в Revit была создана проекционная сетка размером метр на метр, в узлы которой привязывались высотные отметки сформированной топографической поверхности. Это позволило создать достоверный рельеф защитной конструкции. Затем, на полученной модели размещаются семейства ранее созданных камней.

Большинство фрагментов породы имеют характерные формы объёмных прямоугольников, трапеций и эллипсоидных цилиндров, уложенных под разными углами. И если размеры фракций имеют существенное визуальное различие между собой, а между камнями одной фракции отсутствует принципиальная разница в объёмах, то ранее созданные семейства валунов могут быть применены для отражения местоположения и количественного учёта камней той же самой фракции, к которой принадлежит семейство.

К моменту, когда были закончены работы по расстановке валунов, пришли результаты петрографической экспертизы. Для создания защитного сооружения использовался известняк. Его плотность составляет более двух с половиной тысяч килограмм на метр кубический.

Определив объём каждого из двадцати смоделированных камней и подсчитав общее количество валунов всех фракций по отдельности, удалось получить общий объём на каждую фракцию. Имея плотность камня и его объём, общая масса была вычислена без проблем. Однако, результаты вычислений оказались весьма неожиданными.

Результаты вычислений

Камней, которые весили бы более четырёх тонн, оказалось всего десять штук. Вместо заявленных нескольких сотен в соответствии с исполнительной документацией. Другие камни весили меньше четырех тонн.

Но давайте вспомним, какое было задание от заказчика: возможно ли с помощью наземного лазерного сканирования определить массы камня, уложенного в сооружении, как снаружи так и внутри.

Определить состав, массу и фракции камня, которые находятся внутри сооружения, без разбора этого сооружения, невозможно.

Имея на руках результаты наземного лазерного сканирования и исполнительную документацию, достоверность и правильность последней была поставлена под сомнение.

Тогда доверять такой исполнительной нельзя, тем более подтверждать скрытые работы, подписанные соответствующими актами.

Камни в подобных защитных сооружениях укладываются слоями. Сначала идёт ядро, потом обсыпка и обвалка крупной породой. В нашем случае — четырёхтонными валунами. По исполнительной все работы выполнены. Но по факту, крупного камня в заявленном количестве просто нет. Выяснить, из чего состоит ядро сооружения без его разбора невозможно. Как следствие — подтвердить или опровергнуть наличие выполненных работ. И здесь, как всегда, встает проблема достоверности данных в Исполнительной документации.

Что до заказчика — он остался в смешанных чувствах. С одной стороны, подтвердились его догадки о состоянии защитного сооружения, а с другой — он не получил нужный ему результат в желаемом объёме.

Итог

Современные технологии — не панацея. Но в опытных руках инженера, умеющего находить решения задач, стоящих на стыке инженерных дисциплин, можно добиваться ранее недоступных результатов.

Стоит вспомнить, что для такого рода работ, связанных с обработкой точек, полученных путем лазерного сканирования, остро стоит проблема эффективности их обработки отечественными программными продуктами.

А в строительстве до сих пор есть, да и будет в дальнейшем, немало слепых зон, которые невозможно увидеть даже с помощью самых современных технологий.

Остается только правильно организовать строительный контроль, ответственное ведение документации, а также соблюдение дисциплины. Всё это дарует вам крепкий и здоровый сон по завершению проекта.

Более подробный анализ ситуации, а также конкретные примеры и позиции законодательства по данному вопросу, вы сможете найти в нашем видео на канале PRO Строительство+.