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Historia de un cliente: Meridian y Genesis Energy

Cómo optimizar los datos de escaneado 3D para Digital Twin

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Las principales empresas energéticas optimizan sus escaneados digitales 3D para aplicaciones de gemelo digital

Yanosh Irani,

Equipo de escaneado y modelado 3D
Meridian Energy Ltd

Antecedentes

Muchos propietarios de activos llevan más de una década capturando datos de escaneado 3D para ayudar en casos concretos de diseño, construcción, mantenimiento u operaciones para aplicaciones AEC BIM o Digital Twin. Sin embargo, una vez cumplido ese propósito inicial, los datos solían perderse o resultar inaccesibles, con elevados costes de almacenamiento. Este caso de uso trata sobre cómo Meridian Energy y Genesis Energy llegaron de forma independiente a utilizar la misma plataforma basada en la nube de Cintoo para almacenar sus datos de escaneado 3D, los retos técnicos y organizativos que tuvieron que superar y algunas reflexiones sobre el futuro de esta tecnología para Digital Twin y AEC BIM.

Se presentan las distintas opciones y retos que plantea la captura de datos. Esto incluye el escaneado láser terrestre, la fotografía panorámica y la fotogrametría 3D.

Se presentan ejemplos prácticos de cómo se utilizaron los datos de escaneado 3D mucho después de la captura original para:

  • Proporcionar un mejor contexto y conectividad de datos para activos y equipos para Digital Twin.
  • Ayudar a tomar mejores decisiones maximizando el conocimiento y la comprensión del estado de los activos.
  • Mejorar el compromiso, la planificación y la comunicación del proyecto
  • Ahorrar costes de proyecto reduciendo riesgos

Se ofrecen ejemplos de integración de distintos tipos de datos en una misma plataforma. También se abordan consideraciones sobre la gestión a largo plazo de estos datos, incluidas opciones rentables para mantenerlos actualizados. Ambos propietarios de activos no han hecho más que empezar a arañar la superficie de lo que es posible. El documento concluye con un debate sobre las futuras vías que podrían seguir la plataforma y esta tecnología, y ofrece algunas orientaciones para otros propietarios de activos que quieran seguir el mismo camino.

Las soluciones para la gestión moderna de la información sobre activos pueden incluir una combinación de sistemas de gestión de documentos de ingeniería (EDMS), dibujos técnicos, registros de activos, gestión de nubes de puntos 3D, gemelos digitales, gestión de modelos 3D y modelado de información para la construcción (BIM), por nombrar algunos. El propietario de un activo debe buscar entre una miríada de productos, proveedores, consultores, jerga y marcos de referencia para encontrar claridad antes de determinar lo que satisface sus necesidades empresariales dentro de sus limitaciones operativas.

Este artículo trata de la experiencia de Genesis Energy y Meridian Energy al aprovechar las fuentes modernas de datos de activos para Digital Twin, en concreto los datos de nubes de puntos 3D que se muestran a continuación. Los datos suelen obtenerse mediante escáneres láser 3D o fotogrametría, como se explica en este artículo.

La situación

Hace más de una década que se recopilan datos de nubes de puntos 3D para activos de la industria energética neozelandesa. Algunos ejemplos anteriores de casos de uso son:

  • Diseño de cortafuegos alrededor de transformadores en centrales hidroeléctricas
  • Identificación de amianto en la estación de Huntly
  • Revisión del cumplimiento de la normativa contra incendios en las centrales hidroeléctricas de Genesis
  • Evaluación de las holguras de 220 kV en todos los patios de maniobras conectados a Meridian

Ejemplo de dibujos técnicos ampliados con datos de nubes de puntos 3D

Flujos de trabajo utilizados

Escáner láser: Terrestre, manual y dron

Nube Cintoo

Software de nubes de puntos: Faro Webshare

Software de modelado: Autodesk ReCap

Los datos se recogieron mediante escáneres láser terrestres operados por consultores. Los resultados finales fueron dibujos técnicos complementados con una instantánea de los datos de la nube de puntos.

En algunos casos, la nube de puntos se almacenaba y visualizaba mediante programas de escritorio como Autodesk ReCap®. Esto tuvo un éxito limitado debido a la escasez de licencias en una gran organización, el enorme tamaño de los archivos y los costes de almacenamiento asociados a las unidades de red. Una solución habitual era almacenar los datos en discos duros portátiles y memorias USB, lo que hacía poco práctico compartirlos y no era lo mejor desde el punto de vista de la seguridad de los datos.

En otros casos, los datos se presentaron al propietario de los activos en visores basados en la nube, pero el éxito fue limitado. En general, esto se debió al uso de tipos de archivo patentados que limitaban el uso compartido, la exportación y la manipulación de los datos. En algunos casos, los datos nunca fueron solicitados por el propietario del activo y quedaron en manos del consultor de diseño o del subcontratista de escaneado.

Soluciones metodológicas

Genesis Energy y Meridian Energy investigaron de forma independiente soluciones y métodos para capturar datos de escaneado 3D, almacenarlos, gestionarlos y compartirlos.

Opciones de captura de la realidad

Existen múltiples soluciones de escaneado de la realidad en función del nivel de precisión y detalle requerido, la escala del escaneado y el tiempo disponible.

  1. Imágenes panorámicas de 360º: Pueden tomarse con soluciones comerciales relativamente baratas. A menudo se toman automáticamente con escáneres láser terrestres. Captura rápida de datos. Algunas plataformas ofrecen mediciones de baja precisión. Puede combinarse con escaneados láser en la mayoría de las plataformas. Por sí solo, no ofrece el mismo rendimiento en cuanto a precio que el escaneado láser una vez que se tienen en cuenta las visitas al emplazamiento.

  2. Escaneado láser:

    Escáneres láser terrestres - Precisión razonablemente alta y adecuados para trabajos grandes y pequeños. Precisión de 2-3 mm, 5-10 minutos por escaneado.

    Cartografía móvil portátil: existen numerosas soluciones, incluidas versiones para montar en el casco o la mochila, que permiten capturar grandes áreas con rapidez y baja calidad.

    Portátil de alta precisión - Para necesidades detalladas de alta precisión. 03-0,05 mm de precisión. Sólo en interiores, con superficies limpias y muchos adhesivos como se muestra a continuación.

    Drone/Robótico - Adecuado para grandes obras o aplicaciones especiales

  3. Fotogrametría: Datos 3D extraídos de alta resolución La precisión depende de los puntos de control/levantamiento medidos. Puede realizarse mediante dron o cámara portátil. Puede combinarse con datos de nubes de puntos para mejorar los resultados

    Meridian y Genesis optan por una combinación de escaneado láser terrestre y lo complementan con imágenes panorámicas de 360º cuando es factible o eficaz recopilar datos más granulares.

Escaneado manual de alta precisión

Importancia del tratamiento de datos

La parte más importante y a menudo subestimada de la creación de nubes de puntos 3D navegables digitalmente es el registro. El registro es el proceso mediante el cual los escaneados individuales se unen utilizando un software especial en el mismo sistema de coordenadas con datos asociados como imágenes panorámicas y mapas de profundidad para producir lo que se denomina un escaneado estructurado.

Dependiendo del método de captura de la realidad, puede haber un equilibrio entre el tiempo empleado in situ y el tiempo dedicado al procesamiento. Pasar más tiempo in situ colocando objetivos de referencia puede acelerar el procesamiento en la oficina, y viceversa, cuando un método de captura rápido puede dar lugar a un procesamiento prolongado fuera del emplazamiento. Ambos propietarios de activos eligieron métodos basados en los costes respectivos del tiempo empleado in situ y el tiempo dedicado al procesamiento posterior.

Puede resultar tentador evitar el procesamiento para ahorrar tiempo y costes almacenando los datos de escaneado no estructurados una vez que se ha cumplido el objetivo específico del proyecto. Sin embargo, se trata de un falso ahorro, ya que la estructura del escaneado puede perderse y puede resultar imposible cargarlo y navegar por él en futuras plataformas. Se recomienda encarecidamente que todos los escaneados 3D se registren para crear escaneados estructurados con el fin de dejar abiertas el mayor número de posibilidades futuras para almacenar, manipular y utilizar los datos del escaneado.

El proceso de registro de escaneados 3D

La plataforma de datos es esencial

La plataforma adecuada para almacenar datos de nubes de puntos 3D para gemelos digitales y aplicaciones BIM de AEC es un factor crítico que determina si los datos añaden valor al propietario del activo o se descuidan tras un único uso.

Entre los factores importantes a tener en cuenta en una plataforma se incluyen

Propietario vs Abierto: Asegúrese de que no se queda encerrado en un único sistema y de que los datos pueden trasladarse libremente a otra plataforma en el futuro.

Almacenamiento en la nube: Esencial para archivos de gran tamaño, del orden de terabytes: ni Genesis ni Meridian han encontrado que el almacenamiento in situ sea viable para los datos 3D desde el punto de vista del coste, la seguridad o la experiencia del usuario.

Estructura de costes: Se constató que las plataformas y soluciones que se ofrecen por usuario y por escaneado limitan la escalabilidad y el uso de la plataforma. La concesión de licencias para un número ilimitado de usuarios resultó fundamental para la aceptación y el valor posterior generado por la plataforma.

Compartir y colaborar: Para garantizar el uso y la adopción, así como la seguridad, es imprescindible gestionar el uso compartido, los permisos y el acceso remoto de varios usuarios.

Seguridad informática y de los datos: El inicio de sesión único con seguridad informática integrada es imprescindible.

Exportación de datos: La posibilidad de que algunos usuarios exporten datos para ayudar en el diseño se consideró esencial.

Integración con otras herramientas y plataformas: Por lo general, se requiere una integración inherente o a través de API, como los sistemas de gestión de dibujos y las plataformas BIM.

Experiencia del usuario: Es importante que las plataformas sean intuitivas y cuenten con una completa documentación de usuario para reducir la cantidad de formación necesaria y garantizar la participación tanto de los usuarios no técnicos como de los técnicos.

Funcionalidad: es esencial que se acepten todos los tipos de archivos, incluidas las imágenes de 360º, y que se etiqueten los activos.

Después de analizar varias opciones de forma independiente, ambos propietarios de activos eligieron Cintoo Cloud® como la plataforma óptima. Con licencias por escaneado y una buena experiencia de usuario, Cintoo Cloud cumplía todos los requisitos junto con algunas funciones adicionales.

Cuadro de mando de Cintoo Cloud

Aplicación y casos prácticos

Tanto para Meridian como para Genesis, la implantación de la plataforma Cintoo corrió a cargo de un distribuidor local de Cintoo y un proveedor de servicios de escaneado 3D, Revisia Ltd. Algunos retos interesantes durante el proceso fueron:

  • Sistemas de coordenadas: La decisión consistió en aplicar un sistema de coordenadas relativas o georreferenciadas con control topográfico. En el caso de un yacimiento, Meridian disponía de escaneados georreferenciados para vincular los nuevos escaneados. En general, esta decisión tuvo más inconvenientes que ventajas, ya que los nuevos modelos, fotografías o artefactos debían preconfigurarse con coordenadas o el origen predeterminado (0,0,0) ampliaría los límites del escaneado y bloquearía el sistema. Los futuros escaneados 3D se añadían con coordenadas relativas a un punto de referencia fijo sin control topográfico.
  • Procesamiento y carga de datos de escaneado históricos: El éxito de la plataforma Cintoo hizo que los propietarios de los activos se apresuraran a buscar datos antiguos de nubes de puntos en discos duros y servidores de archivos en posesión de consultores y contratistas. Aunque la mayoría de los datos se encontraron en el formato adecuado para cargarlos en Cintoo, algunos no se registraron ni procesaron. Algunos de los datos anteriores fueron perdidos por los consultores de diseño debido a cambios de personal y a la migración de datos. Esto puso de manifiesto por qué es importante definir claramente de antemano qué entregables se esperan de los proveedores de servicios. Como resultado, Meridian elaboró una especificación de escaneado 3D para ayudar a aclarar futuros requisitos.
  • Cambio cultural: Había un gran escepticismo interno sobre los beneficios de esta inversión en la utilización de archivos de nubes de puntos. Esto está empezando a cambiar, ya que la gente recurre a los datos 3D para responder a preguntas antes de coger el teléfono, enviar un correo electrónico o programar una visita a las obras. Los datos se consideran ahora un activo que sigue añadiendo valor.

Foto tomada in situ y ejemplo de información contextual procedente de escáneres

Determinación del alcance, diseño conceptual y caso práctico de licitación

En el año transcurrido desde su implantación, Meridian ha aprovechado los datos de escaneado 3D para completar un puñado de diseños conceptuales y licitaciones para el suministro de equipos o servicios de construcción sin que el consultor de diseño o el fabricante tuvieran que visitar las instalaciones.

  • Sustitución de transformadores de 220 kV en los patios de maniobras: diseño conceptual, evaluación de la autorización y licitación, todo ello realizado a distancia.
  • Sustitución de transformadores de servicios locales: diseño conceptual, evaluación de opciones, obras in situ y licitación, todo ello realizado a distancia.
  • Diversos trabajos que implican la estimación de cantidades de andamios, cables y tuberías antes de desplazarse a la obra.

Caso práctico: iteraciones de diseño de Digital Twin más rápidas

A menudo, los equipos de diseño a distancia se ven en la necesidad de comprobar in situ, durante el diseño, las colisiones, el ajuste y la información contextual. Algunos ejemplos típicos son: ¿qué tamaño tiene esa perforación en el suelo o cabrá este panel?

Medidas ortográficas para comprobar el ajuste y un ejemplo de equipo instalado in situ

Este tipo de dudas técnicas provocan retrasos, una mayor demanda de investigación por parte de los equipos de obra o visitas adicionales para resolverlas. Se descubrió que disponer de datos escaneados en 3D reducía sustancialmente el tiempo, el coste, los recursos y las emisiones de carbono necesarios para resolver las dudas técnicas de diseño, ya que los diseñadores podían comprobar y medir las cosas por sí mismos.

Los datos también permitieron reducir los riesgos de diseño. Las unidades de las plantas de generación son idénticas en teoría, pero no siempre lo son en la práctica, como se muestra a continuación, lo que provoca cambios inesperados de última hora en el diseño. En múltiples ocasiones, los escaneados 3D han permitido a los ingenieros identificar diferencias entre las unidades, evitando así errores.

En un importante proyecto de mejora de la automatización de la central hidroeléctrica de Manapouri se realizó un escaneado 3D completo del emplazamiento, incluidas las infraestructuras situadas a 200 metros bajo tierra. En un año, la inversión en los datos ha generado un retorno positivo de la inversión original gracias a una resolución más rápida de las consultas técnicas, menos visitas a las obras y un menor riesgo de colisiones en el diseño. Este proceso también ha aportado beneficios similares a varios proyectos posteriores, como obras de protección contra incendios, mejoras del alumbrado de emergencia y sustituciones de transformadores.

Diferencias mostradas de unidades idénticas que se instalaron de forma diferente en el mismo sitio

Progresión del proyecto en un entorno COVID caso práctico

Meridian implantó la plataforma Cintoo y cargó todos los datos de escaneado nuevos e históricos antes de algunos de los bloqueos de Covid-19. Los datos y la plataforma adquirieron más valor en un entorno con viajes restringidos entre los centros de generación. Los proyectos en fase conceptual y de diseño recibieron un balón de oxígeno, ya que pudieron seguir avanzando a pesar de las restricciones en las visitas a los emplazamientos.

Génesis pudo hacer avanzar un proyecto en la central eléctrica de Tuai durante un periodo de bloqueo de Covid-19 a finales de 2019. El proyecto se diseñó, coordinó y construyó mientras los contratistas y consultores de diseño tenían restringidas las visitas al emplazamiento para validar las mediciones. El uso de los datos de escaneado 3D ayudó al consultor de diseño a comprender las áreas de interés y también a evitar enfrentamientos resueltos mientras se validaban los límites de los límites in situ por parte del personal de Genesis Energy. De este modo se crearon con éxito los planos de construcción, tal y como se muestra, sin necesidad de que el consultor de diseño visitara el emplazamiento.

Planos de construcción creados con datos de escaneado 3D y trabajos in situ

Caso práctico de identificación de peligros

Uno de los primeros usos a gran escala de los datos de nubes de puntos 3D en Genesis fue la creación de un registro virtual de riesgos conocidos/sospechosos de amianto en la central eléctrica de Huntly. El éxito inicial de este trabajo se vio limitado por la plataforma webshare® de Faro, que alojaba estos datos debido a sus restricciones inherentes a la concesión de licencias, su falta de estabilidad y la exigencia de tipos de archivo propietarios. La nueva plataforma Cintoo no tenía ninguna de estas limitaciones y los peligros del amianto serán visibles para cualquiera que utilice funciones como la anotación y la función de "activos", que permite el etiquetado estructurado de los componentes en el escaneado.

El análisis de sucesos tras incidentes de salud y seguridad o sucesos de seguridad de procesos suele implicar a varias partes, algunas de las cuales pueden no estar familiarizadas con el lugar. Los escaneados 3D se han utilizado durante las discusiones en equipo para proporcionar a todos información contextual del lugar donde se produjo el incidente o suceso y de lo que había en los alrededores. Con Cintoo Cloud todos los usuarios pueden beneficiarse de la colaboración de las distintas versiones pasadas de la captura de datos de la realidad que tuvo lugar . Además, todas las partes implicadas disponen de pruebas colaborativas de sus notas e historial de trabajo para respaldar plenamente sus esfuerzos y notas de trabajo.

Colocación de Digital Twin ID a activos mediante Cintoo Cloud

Oportunidades y retos de futuro

Oportunidad de datos del modelo 3D

Genesis tiene previsto almacenar modelos 3D en la plataforma Cintoo. Esto permite superponer modelos a los datos de escaneado y visualizarlos en contexto con el resto del activo. A continuación se muestra un ejemplo de esta funcionalidad: se ha creado un modelo de una plataforma de trabajo elevada a partir de datos de nubes de puntos capturados mientras estaba aparcada in situ. A continuación, el modelo puede colocarse en el escáner y desplazarse.

Cintoo ofrece una función adicional que acelera la creación e integración de modelos 3D. Una sección de los datos de la nube de puntos puede exportarse como una malla soldada que permite abrirla directamente en un paquete de software de modelado 3D.

Superposición de un objeto generado a partir de un modelo 3D en el escaneado

El reto de mantener los datos actualizados

Una pregunta frecuente sobre los datos es "¿cómo se mantendrán actualizados?". En el poco tiempo transcurrido desde su implantación, existen varias opciones previstas, que se enumeran a continuación por orden de menor a mayor coste.

  1. Anotaciones: Los cambios en la planta pueden anotarse en la plataforma de escaneado 3D de forma similar a las marcas de revisión en los dibujos técnicos.
  2. Fotografía 360: Se pueden superponer fotos panorámicas actualizadas de los cambios en el escaneado por un coste adicional mínimo
  3. Modelo 3D: Los modelos 3D de los cambios en las plantas pueden superponerse al escaneado
  4. Exploraciones actualizadas: Si los datos siguen aportando valor, puede ser conveniente realizar nuevas exploraciones rutinarias, como se indica a continuación.

Comparación de la imagen escaneada en 3D antes y después de la sustitución de un transformador

Modelos de información para la construcción (BIM) y gemelos digitales

El trabajo descrito en este documento es un pequeño paso en una hoja de ruta global para aprovechar los últimos paradigmas y marcos de modelización de la información sobre activos. Muchos otros propietarios de activos han abordado esta cuestión con iniciativas estratégicas como la implantación de procesos, software, normas y administración de modelado de información de edificios (BIM). Múltiples proveedores ofrecen ahora plataformas gemelas digitales que proporcionan un único "panel de vidrio" para ver e implementar todo, desde datos de activos en tiempo real hasta planos, análisis predictivos, documentación, registros de mantenimiento, modelos 3D y datos de escaneado.

Genesis y Meridian adoptaron de forma independiente el enfoque presentado en este documento, ya que satisfacía sus necesidades y limitaciones empresariales. Su aplicación requirió un mínimo de recursos internos y el plazo desde el inicio hasta el retorno verificable de la inversión fue breve. Y lo que es más importante, no impide ni obstaculiza futuros planes de trabajo BIM o de gemelos digitales, ya que los datos pueden integrarse, vincularse o migrarse cuando sea necesario.

Conclusiones

Nuevas soluciones como Cintoo Cloud han iniciado un cambio de paradigma en el que los datos de escaneado 3D se tratan como un activo que sigue añadiendo valor mucho después de que se haya cumplido su propósito original. La solución presentada puede ser adecuada para otros propietarios de activos que busquen un equilibrio económico entre el enfoque anterior de "úsalo y olvídalo" y el "estándar de oro" del modelado de información de construcción (BIM), más frecuente en el desarrollo de campos verdes.

Las grandes obras de capital multidisciplinares son algunos de los beneficiarios inmediatos y recopiladores de datos 3D del emplazamiento. Los proyectos suelen completar al principio un escaneado 3D del emplazamiento existente. En emplazamientos remotos, el ahorro ha sido mayor que en lugares más accesibles. La tecnología no elimina las visitas a las obras, pero permite que sean más específicas e informadas, reduciendo así los costes y el tiempo. Además, los usuarios han descubierto que los escaneados complementan la fotografía del emplazamiento proporcionando contexto y reduciendo la cantidad de fotos necesarias para informar el trabajo de diseño.

Se presentó un enfoque sencillo para gestionar los datos de escaneado 3D basado en experiencias independientes tanto de Meridian como de Genesis Energy. Se trataba de tomar datos nuevos y antiguos de nubes de puntos 3D almacenados anteriormente en una serie de ubicaciones no deseadas y migrarlos a una única plataforma basada en la nube llamada Cintoo Cloud®. De este modo, se desbloqueó el valor potencial de los datos 3D Digital Twin y AEC BIM para cientos de personas que trabajaban en activos eléctricos mucho después de que hubieran servido a su propósito inicial para un proyecto específico.

Ambas empresas experimentaron el uso de datos de nubes de puntos 3D para una serie de casos de uso que redujeron los plazos, costes y riesgos de los proyectos, al tiempo que aumentaba la colaboración. Los resultados son evidentes y se ha observado un cambio cultural con un mayor uso de los datos a nivel interno y externo para resolver problemas.

El éxito de este trabajo abre muchas oportunidades y retos futuros, incluido el cambio para integrar modelos 3D, ofrecer visitas a los activos y mantener los datos actualizados para que sigan aportando valor añadido. Algunos ejemplos de las ventajas obtenidas son la continuidad del trabajo de diseño gracias a los bloqueos de Covid-19, la reducción de las emisiones de carbono al disminuir los desplazamientos por las obras y una comunicación más informada entre las partes basada en el contexto físico.

Se presentaron ejemplos prácticos de cómo se utilizaron los datos de escaneado 3D mucho después de la captura original para:

  • Proporcionar un mejor contexto Digital Twin y conectividad de datos para activos y equipos.
  • Ayudar a tomar mejores decisiones maximizando el conocimiento y la comprensión del estado de los activos.
  • Mejorar el compromiso, la planificación y la comunicación del proyecto
  • Ahorrar costes de proyecto reduciendo riesgos

Enlaces a proyectos y medios de comunicación

Más información sobre Meridian Energy en su sitio web: https://www.meridianenergy.co.nz

Más información sobre Genesis Energy en su sitio web: https://www.genesisenergy.co.nz

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