Kundengeschichte: Meridian & Genesis Energy

Hintergrund

Viele Anlagenbesitzer erfassen seit mehr als einem Jahrzehnt 3D-Scandaten, um in bestimmten Fällen von Planung, Bau, Wartung oder Betrieb für AEC BIM- oder Digital Twin-Anwendungen zu helfen. Nachdem dieser ursprüngliche Zweck erfüllt war, gingen die Daten jedoch in der Regel verloren oder waren aufgrund hoher Speicherkosten unzugänglich. In diesem Anwendungsfall geht es darum, wie Meridian Energy und Genesis Energy unabhängig voneinander dazu gekommen sind, dieselbe Cloud-basierte Plattform von Cintoo zur Speicherung ihrer 3D-Scandaten zu nutzen, welche technischen und organisatorischen Herausforderungen sie zu bewältigen hatten und welche Überlegungen es zur Zukunft dieser Technologie für Digital Twin und AEC BIM gibt.

Es werden die verschiedenen Möglichkeiten und Herausforderungen bei der Datenerfassung vorgestellt. Dazu gehören terrestrisches Laserscanning, Panoramafotografie und 3D-Fotogrammetrie.

Es werden praktische Beispiele vorgestellt, wie 3D-Scandaten noch lange nach der ursprünglichen Erfassung verwendet wurden, um:

• Bereitstellung eines besseren Kontexts und einer besseren Datenkonnektivität für Anlagen und Ausrüstung für Digital Twin
• Bessere Entscheidungen zu unterstützen, indem der Einblick und das Verständnis für den Zustand der Anlagen maximiert werden
• Verbesserung von Projektbeteiligung, Planung und Kommunikation
• Einsparung von Projektkosten bei gleichzeitiger Risikominderung

Es werden Beispiele angeführt, bei denen verschiedene Arten von Daten in dieselbe Plattform integriert wurden. Es werden Überlegungen zur langfristigen Verwaltung dieser Daten erörtert, einschließlich kosteneffektiver Optionen, um sie auf dem neuesten Stand zu halten. Beide Anlagenbesitzer haben gerade erst begonnen, an der Oberfläche dessen zu kratzen, was möglich ist. Das Papier schließt mit einer Diskussion über künftige Wege, die die Plattform und diese Technologie einschlagen könnten, und gibt anderen Anlagenbesitzern, die den gleichen Weg einschlagen wollen, einige Hinweise.

Lösungen für ein modernes Anlageninformationsmanagement können eine Kombination aus Engineering Document Management Systems (EDMS), technischen Zeichnungen, Anlagenregistern, 3D-Punktwolkenmanagement, digitalen Zwillingen, 3D-Modellmanagement und Building Information Modelling (BIM) umfassen, um nur einige zu nennen. Ein Anlageneigentümer muss eine Vielzahl von Produkten, Anbietern, Beratern, Fachausdrücken und Rahmenwerken durchforsten, um Klarheit zu schaffen, bevor er entscheiden kann, was seinen geschäftlichen Anforderungen im Rahmen seiner betrieblichen Zwänge entspricht.

In diesem Beitrag geht es um die Erfahrungen von Genesis Energy und Meridian Energy bei der Nutzung moderner Quellen von Anlagendaten für Digital Twin - insbesondere 3D-Punktwolkendaten, wie unten dargestellt. Die Daten werden in der Regel mit 3D-Laserscannern oder Photogrammetrie erfasst, was in diesem Artikel erläutert wird.

Die Situation

3D-Punktwolkendaten werden in der neuseeländischen Energiewirtschaft seit über einem Jahrzehnt für Anlagen erfasst. Einige frühere Beispiele für Anwendungsfälle sind:

• Planung von Brandwänden um Transformatoren in Wasserkraftwerken
• Asbestidentifizierung im Kraftwerk Huntly
• Überprüfung der Brandschutzbestimmungen für Genesis-Wasserkraftwerke
• Bewertung der 220-kV-Abstände in allen an Meridian angeschlossenen Schaltanlagen

Beispiel für technische Zeichnungen, die mit 3D-Punktwolkendaten ergänzt wurden

Implementierung und Anwendungsfälle

Sowohl für Meridian als auch für Genesis wurde die Implementierung der Cintoo-Plattform von einem lokalen Cintoo-Wiederverkäufer und 3D-Scandienstleister, Revisia Ltd, durchgeführt. Einige interessante Herausforderungen während des Prozesses waren:

• Koordinatensysteme: Es galt zu entscheiden, ob ein relatives Koordinatensystem oder ein georeferenziertes mit Vermessungskontrolle implementiert werden sollte. Für einen Standort verfügte Meridian über bereits vorhandene georeferenzierte Scans, um die neuen Scans zu verknüpfen. Insgesamt hatte diese Entscheidung mehr Nachteile als Vorteile, da alle neuen Modelle, Fotos oder Artefakte mit Koordinaten vorkonfiguriert werden mussten, da sonst der Standardursprung (0,0,0) die Grenzen des Scans überschritt und das System abstürzte. Künftige 3D-Scans wurden mit relativen Koordinaten zu einem festen Referenzpunkt ohne Vermessungskontrolle hinzugefügt.
• Verarbeitung und Hochladen von historischen Scandaten: Der Erfolg der Cintoo-Plattform führte dazu, dass sich beide Eigentümer auf die Suche nach alten Punktwolkendaten machten, die sich auf Festplatten und Dateiservern im Besitz von Beratern und Auftragnehmern befanden. Während die meisten Daten in einem geeigneten Format gefunden wurden, um sie auf Cintoo hochzuladen, wurden einige der Daten nicht registriert oder verarbeitet. Einige frühere Daten gingen bei den Planungsbüros aufgrund von Personalwechsel und Datenmigration verloren. Dies machte deutlich, warum es wichtig ist, im Voraus klar zu definieren, welche Leistungen von den Dienstleistern erwartet werden. Meridian entwickelte daraufhin eine Spezifikation für das 3D-Scannen, um die künftigen Anforderungen zu klären.
• Kultureller Wandel: Intern herrschte große Skepsis gegenüber den Vorteilen dieser Investition in die Nutzung von Punktwolkendateien. Dies beginnt sich zu ändern, da die Mitarbeiter zur Beantwortung von Fragen nach 3D-Daten greifen, bevor sie zum Telefon greifen, eine E-Mail senden oder einen Besuch vor Ort planen. Die Daten werden jetzt als ein Vermögenswert angesehen, der einen zusätzlichen Wert darstellt.

Vor Ort aufgenommenes Foto und Beispiel für kontextbezogene Informationen aus Scans

Anwendungsfall Scoping, Konzeptentwurf und Ausschreibungen

In dem einen Jahr seit der Implementierung hat Meridian 3D-Scandaten genutzt, um eine Handvoll Konzeptentwürfe und Ausschreibungen für Ausrüstungslieferungen oder Baudienstleistungen abzuschließen, ohne dass der Planungsberater oder der Hersteller vor Ort sein musste.

• Austausch von 220-kV-Stromwandlern in Schaltanlagen - Konzeptentwurf, Abstandsbewertungen und Ausschreibung wurden aus der Ferne durchgeführt
• Austausch von Ortsnetztransformatoren - Konzeptentwurf, Bewertung der Optionen, Bauarbeiten und Ausschreibung - alles aus der Ferne erledigt
• Verschiedene Arbeiten, die eine Mengenschätzung von Gerüsten, Kabeln und Rohren beinhalten, bevor sie vor Ort ausgeführt werden

Schnellerer Einsatz von Digital Twin Design Iterationen

Ferngesteuerte Designteams müssen häufig während des Designs vor Ort Kollisionen, Passgenauigkeit und kontextbezogene Informationen überprüfen. Typische Beispiele sind: Wie groß ist die Bodendurchdringung oder passt diese Platte?

Orthografische Messungen zur Überprüfung der Passform und ein Beispiel für eine vor Ort installierte Anlage

Diese Art von technischen Fragen führen zu Verzögerungen, zu einem erhöhten Untersuchungsaufwand für die Baustellenteams oder zu zusätzlichen Besuchen vor Ort, um die Probleme zu lösen. Es stellte sich heraus, dass die 3D-Scandaten den Zeit-, Kosten- und Ressourcenaufwand sowie die Kohlendioxidemissionen, die für die Beantwortung technischer Fragen erforderlich sind, erheblich reduzierten, da die Konstrukteure die Dinge selbst überprüfen und messen konnten.

Die Daten ermöglichten auch eine Verringerung des Konstruktionsrisikos. Die Anlagen an den Kraftwerksstandorten sind in der Theorie identisch, aber nicht immer in der Praxis, wie unten gezeigt, was zu unerwarteten Änderungen in letzter Minute führt. Die 3D-Scans haben es den Ingenieuren mehrfach ermöglicht, Unterschiede zwischen den Anlagen zu erkennen und so Fehler zu vermeiden.

Bei einem größeren Projekt zur Aufrüstung der Automatisierung im Wasserkraftwerk Manapouri wurde ein vollständiger 3D-Scan des Standorts einschließlich der 200 Meter unter der Erde liegenden Infrastruktur durchgeführt. Innerhalb eines Jahres hat sich die Investition in die Daten durch eine schnellere Klärung technischer Fragen, weniger Besuche vor Ort und ein geringeres Risiko von Planungskonflikten positiv amortisiert. Dieses Verfahren hat sich auch bei einer Reihe von Folgeprojekten als vorteilhaft erwiesen, z. B. bei Brandschutzarbeiten, der Aufrüstung der Notbeleuchtung und dem Austausch von Transformatoren.

Unterschiede bei identischen Einheiten, die am selben Standort unterschiedlich installiert wurden

Projektverlauf in einer COVID-Umgebung - Anwendungsfall

Meridian implementierte die Cintoo-Plattform und lud alle neuen und historischen Scandaten vor einigen der Covid-19-Sperrungen hoch. Die Daten und die Plattform wurden in einer Umgebung mit eingeschränktem Verkehr zwischen den Erzeugungsstandorten immer wertvoller. Projekte, die sich in der Konzeptions- und Entwurfsphase befanden, konnten trotz der Einschränkungen bei den Standortbesuchen weitergeführt werden.

Genesis war in der Lage, ein Projekt im Kraftwerk Tuai während einer Covid-19-Sperrzeit Ende 2019 voranzutreiben. Das Projekt wurde geplant, koordiniert und gebaut, während Auftragnehmer und Planungsberater die Baustelle nicht besuchen durften, um Messungen zu validieren. Die Verwendung der 3D-Scandaten half den Planungsberatern, die Bereiche von Interesse zu verstehen und gleichzeitig Überschneidungen zu vermeiden, während die Mitarbeiter von Genesis Energy die Begrenzungen vor Ort validierten. Dies führte zu einer erfolgreichen Erstellung von Konstruktionszeichnungen, die ohne eine Ortsbesichtigung durch den Konstruktionsberater erstellt wurden.

Mit 3D-Scandaten und Baustellenarbeiten erstellte Konstruktionszeichnungen

Anwendungsfall Gefahrenerkennung

Eine der ersten groß angelegten Anwendungen von 3D-Punktwolkendaten bei Genesis war die Erstellung eines virtuellen Registers bekannter/verdächtiger Asbestgefahren im Kraftwerk Huntly. Der anfängliche Erfolg dieser Arbeit wurde durch die Faro webshare®-Plattform, auf der diese Daten gehostet wurden, aufgrund der ihr innewohnenden Lizenzbeschränkungen, der mangelnden Stabilität und der Anforderung an proprietäre Dateitypen eingeschränkt. Die neue Cintoo-Plattform wies keine dieser Einschränkungen auf, und die Asbestgefahren werden für jedermann sichtbar sein, da Funktionen wie Anmerkungen und die Funktion "Assets" eine strukturierte Kennzeichnung der Komponenten im Scan ermöglichen.

An der Analyse von Ereignissen nach Zwischenfällen im Bereich Gesundheit und Sicherheit oder Prozesssicherheit sind in der Regel mehrere Parteien beteiligt, von denen einige mit dem Standort nicht vertraut sein können. 3D-Scans wurden bei Teambesprechungen verwendet, um allen Beteiligten kontextbezogene Informationen darüber zu geben, wo der Vorfall oder das Ereignis stattfand und was sich in der Umgebung befand. Mit Cintoo Cloud können alle Nutzer von der Zusammenarbeit der verschiedenen Versionen der Realitätsdatenerfassung profitieren. Darüber hinaus verfügen alle Beteiligten über kollaborative Beweise für ihre Arbeitsnotizen und -historie, um ihre Bemühungen und Arbeitsnotizen vollständig zu unterstützen.

Zuordnung von Digital Twin IDs zu Assets mit Cintoo Cloud

Zukünftige Chancen und Herausforderungen

3D-Modelldaten als Chance

Genesis plant, 3D-Modelle auf der Cintoo-Plattform zu speichern. Dadurch können die Modelle über die Scandaten gelegt und im Kontext mit dem Rest des Assets betrachtet werden. Ein Beispiel für diese Funktionalität ist unten abgebildet, wo ein Modell einer Hubarbeitsbühne aus Punktwolkendaten erstellt wurde, die während des Parkens auf der Baustelle erfasst wurden. Das Modell kann dann im Scan platziert und verschoben werden.

Cintoo bietet eine zusätzliche Funktion, die die Erstellung und Integration von 3D-Modellen beschleunigt. Ein Ausschnitt aus den Punktwolkendaten kann dann als verkauftes Netz exportiert werden, so dass es direkt in einer 3D-Modellierungssoftware geöffnet werden kann.

Überlagern eines aus einem 3D-Modell generierten Objekts mit dem Scan

Die Daten auf dem neuesten Stand halten Herausforderung

Eine häufig gestellte Frage in Bezug auf die Daten lautet: "Wie werden sie auf dem neuesten Stand gehalten?" In der kurzen Zeit seit der Einführung gibt es eine Reihe geplanter Optionen, die im Folgenden in der Reihenfolge der geringsten Kosten bis zu den höchsten Kosten aufgeführt sind.

1. Annotation: Änderungen an der Anlage können in der 3D-Scan-Plattform mit Anmerkungen versehen werden, ähnlich wie bei Redline-Markups auf technischen Zeichnungen
2. 360-Fotografie: Aktualisierte Panoramafotos von Änderungen können dem Scan für minimale Zusatzkosten überlagert werden
3. 3D-Modell: 3D-Modelle von Anlagenänderungen können dem Scan überlagert werden
4. Aktualisierte Scans: Wenn die Daten weiterhin einen Mehrwert bieten, kann es sich lohnen, routinemäßig neue Scans durchzuführen (siehe unten).

Vergleich des 3D-Scanbildes vor und nach einem Transformatoraustausch

Gebäudedatenmodelle (BIM) und digitale Zwillinge

Die in diesem Papier beschriebene Arbeit ist ein kleiner Schritt auf einem umfassenden Plan, um die Vorteile der neuesten Paradigmen und Rahmenwerke für die Modellierung von Anlageninformationen zu nutzen. Viele andere Anlageneigentümer haben dies mit strategischen Initiativen wie der Einführung von Prozessen, Software, Standards und Verwaltung für die Gebäudedatenmodellierung (BIM) in Angriff genommen. Mehrere Anbieter bieten inzwischen digitale Zwillingsplattformen an, die eine einzige "Glasscheibe" für die Anzeige und Implementierung von Anlagendaten in Echtzeit, Zeichnungen, prädiktiven Analysen, Dokumentationen, Wartungsaufzeichnungen, 3D-Modellen und Scandaten bieten.

Der in diesem Beitrag vorgestellte Ansatz wurde von Genesis und Meridian unabhängig voneinander gewählt, da er ihren Anforderungen und geschäftlichen Zwängen entsprach. Er erforderte nur minimale interne Ressourcen für die Implementierung und hatte einen kurzen Zeitrahmen von der Einführung bis zum nachweisbaren Return on Investment. Am wichtigsten ist jedoch, dass die Daten bei Bedarf integriert, verknüpft oder migriert werden können, so dass künftige Roadmaps in Richtung BIM oder digitaler Zwilling weder verhindert noch behindert werden.

Schlussfolgerungen

Neue Lösungen wie die Cintoo Cloud haben einen Paradigmenwechsel eingeleitet, bei dem 3D-Scandaten als Vermögenswert behandelt werden, der noch lange nach Erfüllung seines ursprünglichen Zwecks einen Mehrwert bietet. Die vorgestellte Lösung eignet sich für andere Anlagenbesitzer, die nach einem wirtschaftlichen Sweetspot zwischen dem früheren "Use it then forget it"-Ansatz und dem "Goldstandard" der Gebäudeinformationsmodellierung (BIM) suchen, der in der Greenfield-Entwicklung vorherrscht.

Große multidisziplinäre Bauvorhaben sind einige der unmittelbaren Nutznießer und Sammler von 3D-Standortdaten. Bei Projekten wird häufig zu Beginn ein 3D-Bestands-Scan des bestehenden Standorts durchgeführt. An abgelegenen Standorten sind die unten genannten Einsparungen größer als an besser zugänglichen Standorten. Die Technologie macht Besuche vor Ort nicht überflüssig, aber sie ermöglicht gezieltere und informiertere Besuche, wodurch Kosten und Zeit gespart werden. Darüber hinaus haben die Nutzer festgestellt, dass die Scans die Standortfotografie ergänzen, indem sie den Kontext liefern und die Anzahl der Fotos reduzieren, die für die Planungsarbeit benötigt werden.

Es wurde ein einfacher Ansatz zur Verwaltung von 3D-Scandaten vorgestellt, der auf den unabhängigen Erfahrungen von Meridian und Genesis Energy beruht. Dabei wurden neue und alte 3D-Punktwolkendaten, die zuvor an verschiedenen, unerwünschten Orten gespeichert waren, auf eine einzige cloudbasierte Plattform namens Cintoo Cloud® migriert. Dadurch wurde der potenzielle Wert von 3D Digital Twin- und AEC-BIM-Daten für Hunderte von Personen, die an Stromanlagen arbeiten, noch lange nach dem ursprünglichen Zweck für ein bestimmtes Projekt erschlossen.

Beide Unternehmen erlebten, wie 3D-Punktwolkendaten für eine Reihe von Anwendungsfällen genutzt wurden, die den Zeitrahmen, die Kosten und das Risiko von Projekten reduzierten und gleichzeitig die Zusammenarbeit verbesserten. Die Anzeichen für den Erfolg sind offensichtlich, und es wurde ein kultureller Wandel mit einer stärkeren Nutzung der Daten intern und extern zur Lösung von Problemen beobachtet.

Der Erfolg dieser Arbeit eröffnet viele zukünftige Möglichkeiten und Herausforderungen, einschließlich der Integration von 3D-Modellen, der Bereitstellung von Asset-Touren und der Aktualisierung der Daten, damit sie weiterhin einen Mehrwert bieten. Einige Beispiele für realisierte Vorteile sind die Kontinuität der Entwurfsarbeit durch Covid-19-Sperrungen, die Verringerung des Kohlendioxidausstoßes durch weniger Reisen vor Ort und eine fundiertere Kommunikation zwischen den Beteiligten auf der Grundlage des physischen Kontexts.

Es wurden praktische Beispiele vorgestellt, wie 3D-Scandaten noch lange nach der ursprünglichen Erfassung genutzt wurden, um:

• Bereitstellung eines besseren Digital Twin-Kontextes und einer besseren Datenkonnektivität für Anlagen und Ausrüstung
• Unterstützung besserer Entscheidungen durch Maximierung des Einblicks und des Verständnisses des Anlagenzustands
• Verbesserung von Projektbeteiligung, Planung und Kommunikation
• Einsparung von Projektkosten bei gleichzeitiger Risikominderung