Témoignage client : Meridian et Genesis Energy
Comment optimiser les données de numérisation 3D pour le jumeau numérique
Les grandes entreprises du secteur de l'énergie optimisent leurs numérisations 3D pour les applications de jumelage numérique.
Yanosh Irani,
Meridian Energy Ltd
Contexte
De nombreux propriétaires d'actifs capturent des données de numérisation 3D depuis plus de dix ans pour faciliter des cas spécifiques de conception, de construction, de maintenance ou d'exploitation dans le cadre d'applications AEC BIM ou Digital Twin. Cependant, une fois l'objectif initial atteint, les données étaient généralement perdues ou inaccessibles, ce qui entraînait des coûts de stockage élevés. Ce cas d'utilisation explique comment Meridian Energy et Genesis Energy en sont venus à utiliser indépendamment la même plateforme de Cintoo pour stocker leurs données de numérisation 3D, les défis techniques et organisationnels qu'ils ont dû surmonter, et quelques réflexions sur l'avenir de cette technologie pour le Jumelage numérique et l'AEC BIM.
Les différentes options et les défis liés à la capture de données sont présentés. Cela inclut le balayage laser terrestre, la photographie panoramique et la photogrammétrie 3D.
Des exemples pratiques sont présentés sur la façon dont les données de numérisation 3D ont été utilisées longtemps après la capture originale :
- Fournir un meilleur contexte et une meilleure connectivité des données pour les actifs et les équipements pour Digital Twin
- Favoriser de meilleures décisions en optimisant la connaissance et la compréhension de l'état des actifs.
- Améliorer l'engagement, la planification et la communication du projet
- Réduire le coût du projet tout en diminuant les risques
Des exemples sont donnés où différents types de données ont été intégrés dans la même plateforme. Les considérations relatives à la gestion à long terme de ces données sont discutées, y compris les options rentables pour les maintenir à jour. Les deux propriétaires d'actifs n'ont fait qu'effleurer la surface de ce qui est possible. Le document se termine par une discussion sur les voies futures que la plateforme et cette technologie pourraient emprunter et fournit des conseils à tout autre propriétaire d'actifs souhaitant emprunter la même voie.
Les solutions de gestion moderne de l'information sur les actifs peuvent inclure une combinaison de systèmes de gestion des documents d'ingénierie (EDMS), de dessins techniques, de registres d'actifs, de gestion de nuages de points 3D, de jumeaux numériques, de gestion de modèles 3D et de modélisation de l'information sur les bâtiments (BIM), pour n'en citer que quelques-uns. Un propriétaire d'actifs doit passer au crible une myriade de produits, de fournisseurs, de consultants, de jargon et de cadres pour trouver la clarté avant de déterminer ce qui répond à ses besoins commerciaux dans le cadre de ses contraintes d'exploitation.
Le présent document traite de l'expérience de Genesis Energy et de Meridian Energy, qui tirent parti de sources modernes de données d'actifs pour le jumelage numérique, en particulier de données de nuages de points 3D, comme le montre le schéma ci-dessous. Les données sont généralement capturées par des scanners laser 3D ou par photogrammétrie, ce qui est expliqué dans cet article.
La situation
Les données de nuages de points 3D sont collectées depuis plus de dix ans pour les actifs de l'industrie électrique néo-zélandaise. Voici quelques exemples de cas d'utilisation précédents :
- Conception de pare-feu autour des transformateurs dans les centrales hydroélectriques
- Identification de l'amiante à la gare de Huntly
- Examen de la conformité au feu des sites hydroélectriques de Genesis
- Évaluation des dégagements de 220 kV dans tous les postes de sectionnement connectés à Meridian.
Exemple de dessins techniques complétés par des données de nuages de points 3D
Flux de travail utilisés
Scanner laser : Terrestre, à main et par drone
Cintoo Cloud
Logiciel de nuage de points : Faro Webshare
Logiciel de modélisation : Autodesk ReCap
Les données ont été collectées à l'aide de scanners laser terrestres exploités par des consultants. Les résultats finaux étaient des dessins techniques augmentés d'un instantané des données du nuage de points.
Dans certains cas, le nuage de points a été stocké et visualisé à l'aide d'un logiciel de bureau comme Autodesk ReCap®. Cette méthode n'a eu qu'un succès limité en raison du nombre restreint de licences dans une grande organisation, de la taille importante des fichiers et des coûts de stockage associés pour les lecteurs réseau. Une solution de contournement courante consistait à stocker les données sur des disques durs portables et des clés USB, ce qui rendait le partage peu pratique et n'était pas la meilleure solution du point de vue de la sécurité des données.
Dans d'autres cas, les données ont été présentées au propriétaire du bien dans des visionneuses basées sur le cloud, mais le succès a été limité. Cela était généralement dû à l'utilisation de types de fichiers propriétaires qui limitaient le partage, l'exportation et la manipulation des données. Dans certains cas, les données n'ont jamais été demandées par le propriétaire du bien et ont été laissées au consultant en conception ou au sous-traitant en numérisation.
Solutions méthodologiques
Genesis Energy et Meridian Energy ont étudié de manière indépendante des solutions et des méthodes pour capturer des données de scan 3D, les stocker, les gérer et les partager.
Options de capture de la réalité
Il existe plusieurs solutions de numérisation de la réalité, en fonction du niveau de précision et de détail requis, de l'échelle de la numérisation et du temps disponible.
- Imagerie panoramique à 360° : Peut être prise avec des solutions relativement bon marché disponibles dans le commerce. Souvent prises automatiquement par des scanners laser terrestres. Saisie rapide des données. Certaines plateformes offrent des mesures de faible précision. Peut être combinée avec des scans laser dans la plupart des plateformes. Seule, elle n'offre pas le même rapport qualité-prix que le balayage laser si l'on tient compte des visites sur le terrain.
- Balayage laser :
Scanners laser terrestres - Précision raisonnablement élevée et adaptée aux petits et grands travaux. Précision de 2-3 mm, 5-10 minutes par balayage.
Cartographie mobile portable - De nombreuses solutions sont disponibles, y compris des versions montées sur un casque ou un sac à dos, qui permettent de capturer rapidement de vastes zones avec une qualité médiocre.
Appareil portatif de haute précision - Pour les besoins détaillés de haute précision. Précision de 03 à 0,05 mm. A l'intérieur uniquement, avec des surfaces propres et de nombreux autocollants de cible, comme indiqué ci-dessous.
Drone/Robotique - Convient aux grands sites ou aux applications spéciales
- Photogrammétrie : Données 3D extraites à partir d'une haute résolution. La précision dépend des points de contrôle ou d'enquête mesurés. Peut être réalisée à l'aide d'un drone ou d'un appareil photo portable. Peut être combinée avec des données de nuages de points pour améliorer les résultats.
Meridian et Genesis ont choisi de combiner le balayage laser terrestre avec des images panoramiques à 360° lorsque cela est possible ou efficace pour collecter des données plus granulaires.
Numérisation manuelle de haute précision
Importance du traitement des données
La partie la plus importante et souvent sous-estimée de la création de nuages de points 3D navigables numériquement est l'enregistrement. L'enregistrement est le processus par lequel des numérisations individuelles sont reliées à l'aide d'un logiciel spécial dans le même système de coordonnées avec des données associées telles que des images panoramiques et des cartes de profondeur pour produire ce que l'on appelle une numérisation structurée.
Selon la méthode de capture de la réalité, il peut y avoir un compromis entre le temps passé sur le site et le temps passé à traiter les données. Plus de temps passé sur le site à placer des cibles de référence peut accélérer le traitement au bureau, et inversement, une méthode de capture rapide peut entraîner un long traitement hors site. Les deux propriétaires d'actifs ont choisi des méthodes basées sur les coûts respectifs du temps passé sur le site et du temps passé après le traitement.
Il peut être tentant d'éviter le traitement pour gagner du temps et de l'argent en stockant les données de numérisation non structurées une fois que l'objectif spécifique du projet a été atteint. Il s'agit toutefois d'une fausse économie, car la structure de la numérisation peut se perdre et il peut être impossible de la télécharger et d'y naviguer dans les plates-formes futures. Il est fortement recommandé d'enregistrer toutes les numérisations 3D pour créer des numérisations structurées afin de laisser le plus de possibilités possibles pour le stockage, la manipulation et l'utilisation des données de numérisation.
Le processus d'enregistrement des scans 3D
La plateforme de données est essentielle
La bonne plateforme de stockage des données de nuages de points 3D pour les jumeaux numériques et les applications AEC BIM est un facteur critique qui détermine si les données ajoutent de la valeur au propriétaire du bien ou si elles sont négligées après une seule utilisation.
Les facteurs importants à prendre en compte dans une plateforme sont les suivants
Propriétaire ou ouverte : Assurez-vous que vous n'êtes pas enfermé dans un système unique et que les données peuvent être librement déplacées vers une autre plateforme à l'avenir.
Stockage dans le nuage : Essentiel pour les fichiers de grande taille, de l'ordre du téraoctet - ni Genesis ni Meridian n'ont trouvé que le stockage sur site était viable pour les données 3D du point de vue du coût, de la sécurité ou de l'expérience de l'utilisateur.
Structure des coûts : Les plateformes et les solutions facturées par utilisateur et par balayage ont été considérées comme limitant la mise à l'échelle et l'utilisation de la plateforme. L'octroi de licences pour un nombre illimité d'utilisateurs s'est avéré essentiel pour l'adoption de la plateforme et la valeur qu'elle génère par la suite.
Partage et collaboration : Pour garantir l'utilisation et l'adoption ainsi que la sécurité, il est impératif de gérer le partage, les autorisations et l'accès à distance pour plusieurs utilisateurs.
Sécurité informatique et des données : L'authentification unique et la sécurité informatique intégrée sont indispensables.
Exportation de données : La possibilité pour certains utilisateurs d'exporter des données pour faciliter la conception a été jugée essentielle.
Intégrations avec d'autres outils et plateformes : Les systèmes de gestion des dessins et les plates-formes BIM sont généralement nécessaires, soit de manière inhérente, soit par l'intermédiaire d'API.
Expérience utilisateur : Il est important de disposer de plateformes intuitives et d'une documentation complète à l'intention des utilisateurs afin de réduire le nombre de formations nécessaires et d'assurer l'engagement des utilisateurs, qu'ils soient non techniques ou techniques.
Fonctionnalité : il est essentiel d'accepter tous les types de fichiers, y compris les images à 360°, ainsi que l'étiquetage des actifs.
Après avoir étudié plusieurs options de manière indépendante, les deux propriétaires d'actifs ont choisi Cintoo Cloud® comme plateforme optimale. Avec une licence par scan et une bonne expérience utilisateur, Cintoo Cloud répondait à toutes les exigences, ainsi qu'à quelques fonctionnalités supplémentaires.
Tableau de bord de Cintoo Cloud
Mise en œuvre et cas d'utilisation
Pour Meridian et Genesis, la mise en œuvre de la plate-forme Cintoo a été réalisée par un revendeur local de Cintoo et un fournisseur de services de numérisation 3D, Revisia Ltd. Quelques défis intéressants ont été relevés au cours du processus :
- Systèmes de coordonnées : La décision a porté sur la mise en œuvre d'un système de coordonnées relatives ou d'un système de géoréférencement avec contrôle des levés. Pour un site, Meridian disposait de numérisations géoréférencées existantes pour relier les nouvelles numérisations. Tout compte fait, cette décision présentait plus d'inconvénients que d'avantages, car tous les nouveaux modèles, photos ou objets devaient être préconfigurés avec des coordonnées, faute de quoi l'origine par défaut (0,0,0) étendrait les limites de la numérisation et ferait échouer le système. Les futures numérisations 3D ont été ajoutées avec des coordonnées relatives à un point de référence fixe sans contrôle de l'enquête.
- Traitement et téléchargement des données de numérisation historiques : Le succès de la plateforme Cintoo a poussé les propriétaires d'actifs à rechercher d'anciennes données de nuages de points sur des disques durs et des serveurs de fichiers en possession de consultants et d'entrepreneurs. Bien que la plupart des données aient été trouvées dans le format approprié pour être téléchargées sur Cintoo, certaines d'entre elles n'ont pas été enregistrées ou traitées. Certaines données antérieures ont été perdues par les bureaux d'études en raison du changement de personnel et de la migration des données. Cette situation a mis en évidence l'importance de définir clairement à l'avance les résultats attendus des prestataires de services. Meridian a donc élaboré un cahier des charges pour la numérisation 3D afin de clarifier les exigences futures.
- Changement culturel : Les avantages de cet investissement dans l'utilisation de fichiers de nuages de points ont suscité un grand scepticisme en interne. Cette situation commence à changer : les gens consultent les données 3D pour répondre à leurs questions avant de décrocher le téléphone, d'envoyer un courrier électronique ou de programmer une visite du site. Les données sont désormais considérées comme un atout qui continue d'ajouter de la valeur.
Photo prise sur le site et exemple d'informations contextuelles provenant de scans
Scoping, Concept design et cas d'utilisation des appels d'offres
Au cours de l'année qui a suivi la mise en œuvre, Meridian a exploité les données de numérisation 3D pour réaliser une poignée de conceptions et d'appels d'offres pour la fourniture d'équipements ou de services de construction sans que le consultant en conception ou le fabricant ne se rende sur place.
- Remplacement des TC du poste de sectionnement de 220 kV - Conception, évaluation de l'autorisation et appel d'offres réalisés à distance.
- Remplacement de transformateurs de services locaux - Conception, évaluation des options, travaux sur site et appel d'offres, le tout réalisé à distance.
- Divers travaux impliquant l'estimation de la quantité d'échafaudages, de câbles et de tuyaux avant de se rendre sur le site.
Cas d'utilisation des itérations de conception Digital Twin plus rapides
Les équipes de conception à distance ont souvent besoin de vérifier sur place, pendant la conception, les conflits, l'ajustement et les informations contextuelles. Parmi les exemples typiques, on peut citer la taille de cette pénétration dans le sol ou l'ajustement de ce panneau.
Mesures orthographiques pour vérifier l'ajustement et exemple d'équipement installé sur le site
Ce type de questions techniques entraîne des retards, une augmentation de la demande d'investigations de la part des équipes de chantier ou des visites supplémentaires sur le site pour les résoudre. Il a été constaté que le fait de disposer de données de numérisation 3D réduisait considérablement le temps, les coûts, les ressources et les émissions de carbone nécessaires pour répondre aux questions techniques de conception, car les concepteurs pouvaient vérifier et mesurer les choses par eux-mêmes.
Les données ont également permis de réduire les risques liés à la conception. Les unités sur les sites de production sont identiques en théorie, mais pas toujours en pratique, comme le montre l'illustration ci-dessous, ce qui entraîne des changements inattendus de dernière minute dans la conception. À plusieurs reprises, les scans 3D ont permis aux ingénieurs d'identifier les différences entre les unités, évitant ainsi les erreurs.
Dans le cadre d'un important projet de modernisation de l'automatisation à la centrale hydroélectrique de Manapouri, un scan 3D complet du site a été réalisé, y compris l'infrastructure située à 200 mètres sous terre. En un an, l'investissement dans les données a généré un retour positif sur l'investissement initial grâce à une résolution plus rapide des questions techniques, moins de visites sur le site, moins de risques de conflits de conception. Ce processus a également apporté des avantages similaires pour un certain nombre de projets ultérieurs, notamment des travaux de protection contre les incendies, des mises à niveau de l'éclairage de secours et des remplacements de transformateurs.
Différences entre des unités identiques installées différemment sur le même site.
Cas d'utilisation de la progression du projet dans un environnement COVID
Meridian a mis en œuvre la plateforme Cintoo et a téléchargé toutes les données de numérisation nouvelles et historiques avant certains des blocages de Covid-19. Les données et la plateforme sont devenues plus précieuses dans un environnement où les déplacements entre les sites de production sont limités. Les projets en phase de conception et d'étude ont bénéficié d'une bouée de sauvetage puisqu'ils ont pu continuer à progresser malgré les restrictions imposées aux visites de sites.
Genesis a pu faire avancer un projet à la centrale de Tuai pendant une période de fermeture de Covid-19 à la fin de l'année 2019. Le projet a été conçu, coordonné et construit alors que les entrepreneurs et les consultants en conception ne pouvaient pas se rendre sur le site pour valider les mesures. L'utilisation des données de numérisation 3D a aidé le consultant en conception à comprendre les zones d'intérêt et à éviter les conflits résolus tout en validant les limites du site par le personnel de Genesis Energy. Cela a permis de créer avec succès les plans de construction tels qu'ils ont été montrés sans que le consultant en conception n'ait à se rendre sur le site.
Dessins de construction créés à partir de données de numérisation 3D et de travaux sur site
Cas d'utilisation de l'identification des dangers
L'une des premières utilisations à grande échelle de données de nuages de points 3D chez Genesis a été la création d'un registre virtuel des risques connus/suspects liés à l'amiante à la centrale électrique de Huntly. Le succès initial de ce travail a été limité par la plateforme Faro webshare® qui hébergeait ces données, en raison des restrictions inhérentes aux licences, du manque de stabilité et de l'exigence de types de fichiers propriétaires. La nouvelle plateforme Cintoo n'avait aucune de ces contraintes et les risques liés à l'amiante seront visibles par tous grâce à des fonctionnalités telles que l'annotation et la fonction "assets" qui permet un étiquetage structuré des composants dans le scan.
L'analyse des événements après des incidents de santé et de sécurité ou des événements liés à la sécurité des processus implique généralement plusieurs parties, dont certaines ne connaissent pas le site. Les scans 3D ont été utilisés pendant les discussions d'équipe pour donner à chacun des informations contextuelles sur le lieu de l'incident ou de l'événement et sur ce qui se trouvait dans la zone environnante. Avec Cintoo Cloud, tous les utilisateurs peuvent bénéficier de la collaboration des différentes versions passées de la capture des données de la réalité qui a eu lieu. En outre, toutes les parties impliquées disposent de preuves collaboratives de leurs notes de travail et de leur historique pour soutenir pleinement leurs efforts et leurs notes de travail.
Placer des identifiants de jumeaux numériques sur des actifs à l'aide de Cintoo Cloud
Opportunités et défis futurs
Opportunité de données de modèle 3D
Genesis prévoit de stocker des modèles 3D dans la plateforme Cintoo. Cela permet de superposer les modèles aux données numérisées et de les visualiser dans le contexte du reste de l'actif. Un exemple de cette fonctionnalité est illustré ci-dessous, où un modèle d'une plate-forme de travail surélevée a été créé à partir de données de nuages de points capturées alors qu'elle était garée sur le site. Le modèle peut ensuite être placé dans le scan et déplacé.
Cintoo propose une fonctionnalité supplémentaire qui accélère la création et l'intégration de modèles 3D. Une section de données de nuage de points peut être exportée sous la forme d'un maillage vendu, ce qui permet de l'ouvrir directement dans un logiciel de modélisation 3D.
Superposition d'un objet généré par un modèle 3D dans le scan
Le défi de la mise à jour des données
Une question fréquemment posée au sujet des données est la suivante : "comment seront-elles mises à jour ?". Dans le court laps de temps qui s'est écoulé depuis la mise en œuvre, un certain nombre d'options sont prévues, énumérées ci-dessous dans l'ordre du moins coûteux au plus coûteux.
- Annotation : Les modifications apportées à l'usine peuvent être annotées dans la plateforme de numérisation 3D de la même manière que les annotations sur les dessins techniques.
- Photographie à 360° : Des photos panoramiques actualisées des changements peuvent être superposées au scan pour un coût supplémentaire minime.
- Modèle 3D : Les modèles 3D des modifications de l'usine peuvent être superposés au scan.
- Analyses actualisées : Si les données continuent d'apporter une valeur ajoutée, il peut être justifié de procéder à de nouvelles analyses de routine, comme indiqué ci-dessous.
Comparaison de l'image du scanner 3D avant et après le remplacement d'un transformateur
Modèles d'information sur les bâtiments (BIM) et jumeaux numériques
Le travail décrit dans ce document est une petite étape sur une feuille de route complète visant à tirer parti des derniers paradigmes et cadres de modélisation de l'information sur les actifs. De nombreux autres propriétaires d'actifs se sont attaqués à ce problème par des initiatives stratégiques telles que la mise en œuvre de processus, de logiciels, de normes et d'une administration de modélisation de l'information sur les bâtiments (BIM). De nombreux fournisseurs proposent aujourd'hui des plateformes de jumeaux numériques qui offrent un seul et même "panneau de verre" pour tout visualiser et mettre en œuvre, des données en temps réel sur les actifs aux dessins, en passant par l'analyse prédictive, la documentation, les dossiers de maintenance, les modèles 3D et les données de numérisation.
L'approche présentée dans ce document a été adoptée indépendamment par Genesis et Meridian car elle répondait à leurs besoins et à leurs contraintes commerciales. Sa mise en œuvre n'a nécessité qu'un minimum de ressources internes et le délai entre le lancement et le retour sur investissement vérifiable a été court. Plus important encore, elle n'empêche ni n'entrave les futures feuilles de route sur la voie du BIM ou du jumeau numérique, car les données peuvent être intégrées, reliées ou migrées en cas de besoin.
Conclusions
De nouvelles solutions telles que Cintoo Cloud ont amorcé un changement de paradigme en traitant les données de numérisation 3D comme un actif qui continue d'ajouter de la valeur longtemps après que son objectif initial a été atteint. La solution présentée peut convenir à d'autres propriétaires d'actifs à la recherche d'un compromis économique entre l'ancienne approche "utiliser puis oublier" et la "norme d'or" de la modélisation des informations du bâtiment (BIM) plus répandue dans le développement des champs verts.
Les grands travaux d'équipement pluridisciplinaires sont parmi les bénéficiaires et les collecteurs immédiats de données de site en 3D. Les projets comportent souvent, dès le départ, un scan 3D du site existant tel qu'il a été construit. Sur les sites éloignés, les économies identifiées ci-dessous ont été plus importantes que sur les sites plus accessibles. La technologie ne supprime pas les visites sur site, mais permet de les cibler et de les informer davantage, ce qui réduit les coûts et le temps. En outre, les utilisateurs ont constaté que les scans complètent la photographie du site en fournissant un contexte et en réduisant la quantité de photos nécessaires pour informer le travail de conception.
Une approche simple de la gestion des données de numérisation 3D a été présentée sur la base des expériences indépendantes de Meridian et Genesis Energy. Elle consistait à prendre des données de nuages de points 3D, nouvelles et anciennes, précédemment stockées dans une série d'emplacements indésirables, et à les migrer vers une plateforme unique basée sur le cloud, appelée Cintoo Cloud®. Cela a permis de débloquer la valeur potentielle du jumeau numérique 3D et des données BIM AEC pour des centaines de personnes travaillant sur des actifs électriques longtemps après qu'ils aient rempli leur fonction initiale pour un projet spécifique.
Les deux entreprises ont fait l'expérience de l'utilisation des données de nuages de points 3D pour une série de cas d'utilisation qui ont réduit les délais, les coûts et les risques des projets tout en augmentant la collaboration. Les signes de réussite sont évidents, et un changement culturel a été observé avec une plus grande utilisation des données en interne et en externe pour résoudre les problèmes.
Le succès de ce travail ouvre de nombreuses possibilités et défis futurs, notamment l'intégration de modèles 3D, la visite des biens et la mise à jour des données pour qu'elles continuent à apporter une valeur ajoutée. Parmi les exemples d'avantages réalisés, citons la continuité du travail de conception grâce aux fermetures de Covid-19, la réduction des émissions de carbone grâce à la diminution des déplacements sur le site et une communication plus éclairée entre les parties en fonction du contexte physique.
Des exemples pratiques ont été présentés sur la façon dont les données de numérisation 3D ont été utilisées longtemps après la capture originale :
- Fournir un meilleur contexte Digital Twin et une meilleure connectivité des données pour les actifs et les équipements.
- Favoriser de meilleures décisions en optimisant la connaissance et la compréhension de l'état des actifs.
- Améliorer l'engagement, la planification et la communication du projet
- Réduire le coût du projet tout en diminuant les risques
Liens vers les projets et les médias
Pour en savoir plus sur Meridian Energy, consultez son site web : https://www.meridianenergy.co.nz
Pour en savoir plus sur Genesis Energy, consultez son site web : https://www.genesisenergy.co.nz
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