Témoignage client : Meridian et Genesis Energy
Comment optimiser les données de numérisation 3D pour le jumeau numérique
"Avec Cintoo, de nombreux experts et non-experts du bureau parcourent virtuellement les centrales et prennent des mesures sur leurs écrans. Tous tirent profit des scans 3D Digital Twin bien après que l'objectif initial de la capture ait été atteint."
Yanosh Irani,
Équipe de numérisation et de modélisation 3D
Meridian Energy Ltd
Contexte
De nombreux propriétaires d'actifs capturent des données de numérisation 3D depuis plus de dix ans afin de les aider dans des cas spécifiques de conception, de construction, de maintenance ou d'exploitation pour des applications AEC BIM ou Digital Twin. Cependant, une fois l'objectif initial atteint, les données étaient généralement perdues ou inaccessibles, avec des coûts de stockage élevés. Ce cas d'utilisation explique comment Meridian Energy et Genesis Energy sont parvenus, de manière indépendante, à utiliser la même plateforme en nuage de Cintoo pour stocker leurs données de numérisation 3D, les défis techniques et organisationnels qu'ils ont dû relever et quelques réflexions sur l'avenir de cette technologie pour Digital Twin et 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 sur 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. L'article se termine par une discussion sur les voies futures que la plate-forme et cette technologie pourraient emprunter et fournit quelques conseils à tout autre propriétaire d'actifs qui cherche à emprunter la même voie.
Les solutions de gestion moderne des informations 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 des nuages de points 3D, de jumeaux numériques, de gestion des modèles 3D et de modélisation des informations du bâtiment (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 opérationnelles.
Cet article traite de l'expérience de Genesis Energy et de Meridian Energy qui ont tiré parti des sources modernes de données sur les actifs pour Digital Twin, en particulier des données de nuages de points en 3D, comme illustré 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
- Logiciel de nuage de points : Faro Webshare
- Cintoo Cloud
- Logiciel de modélisation : Autodesk ReCap
Les données ont été recueillies à l'aide de scanners laser terrestres exploités par des consultants. Les résultats finaux étaient des dessins techniques complétés par un instantané des données du nuage de points.
Dans certains cas, le nuage de points était stocké et visualisé à l'aide d'un logiciel de bureau comme Autodesk ReCap®. Cette solution a connu un succès limité en raison du nombre restreint de licences dans une grande organisation, de la taille considérable des fichiers et des coûts de stockage associés aux lecteurs réseau. Une solution de rechange 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 le meilleur résultat du point de vue de la sécurité des données.
Dans d'autres cas, les données ont été présentées au propriétaire des actifs dans des visionneuses en nuage, 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 de l'actif et ont été confiées 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 les scanners laser dans la plupart des plateformes. Seul, n'offre pas le même rapport qualité-prix que le balayage laser, une fois les visites sur site prises en compte.
2. Le balayage laser : Scanners laserterrestres - Précision raisonnablement élevée et adaptée aux petits et grands travaux. Précision de 2-3 mm, 5-10 minutes par scan.
Cartographie mobile portable - De nombreuses solutions sont disponibles, y compris des versions montées sur casque ou sur sac à dos permettant de capturer rapidement de grandes zones en basse qualité.
Portatif de haute précision - Pour les besoins détaillés de haute précision. Précision de 03-0.05 mm. A l'intérieur uniquement, avec des surfaces propres et beaucoup d'autocollants de cible, comme indiqué ci-dessous.
Drone/Robotique - Convient pour les grands sites ou les applications spéciales
- Photogrammétrie : Données 3D extraites d'une haute résolution La précision dépend des points de contrôle/de surveillance mesurés. Peut être réalisée par drone ou caméra 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 et l'imagerie panoramique à 360°, lorsque cela est possible ou efficace, pour recueillir des données plus détaillées.
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 scans individuels sont reliés entre eux 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 un scan structuré.
Selon la méthode de capture de la réalité, il peut y avoir un compromis entre le temps passé sur le site et le temps de traitement. Le fait de passer plus de temps sur le site à placer des cibles de référence peut accélérer le traitement au bureau, et vice versa, lorsqu'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 en post-traitement.
Il peut être tentant d'éviter le traitement pour gagner du temps et de l'argent en stockant des données numérisées non structurées une fois que l'objectif spécifique du projet a été atteint. Cependant, il s'agit d'une fausse économie car la structure du scan peut se perdre et il peut être impossible de le télécharger et de naviguer dans les futures plateformes. Il est fortement recommandé d'enregistrer toutes les numérisations 3D pour créer des numérisations structurées afin de laisser le plus de possibilités futures ouvertes 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 applications Digital Twins et AEC BIM est un facteur critique qui détermine si les données ont une valeur ajoutée pour le propriétaire de l'actif ou si elles sont négligées après une seule utilisation.
Les facteurs importants à prendre en compte dans une plate-forme sont les suivants
Propriétaire ou ouvert : Assurez-vous que vous n'êtes pas enfermé dans un seul système et que les données peuvent être librement transférées vers une autre plateforme à l'avenir.
Stockage en nuage : Essentiel pour les fichiers volumineux de l'ordre du téraoctet, ni Genesis ni Meridian n'ont trouvé le stockage sur site viable pour les données 3D du point de vue du coût, de la sécurité ou de l'expérience utilisateur.
Structure des coûts : Il a été constaté que les plates-formes et les solutions facturées par utilisateur et par balayage limitaient la mise à l'échelle et l'utilisation de la plate-forme. L'octroi d'une licence pour un nombre illimité d'utilisateurs s'est avéré crucial pour l'adoption et la valeur ultérieure générée par la plateforme.
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 avec une sécurité informatique intégrée est indispensable.
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 : L'intégration avec d'autres outils et plates-formes : soit de manière inhérente, soit via des API telles que les systèmes de gestion des dessins et les plates-formes BIM est généralement requise.
L'expérience de l'utilisateur : Il est important de disposer de plateformes intuitives et d'une documentation utilisateur complète afin de réduire le nombre de formations nécessaires et de garantir l'engagement des utilisateurs, qu'ils soient techniques ou non.
Fonctionnalité : il est essentiel que tous les types de fichiers soient acceptés, y compris les images 360, et que les actifs soient étiquetés.
Après avoir examiné indépendamment plusieurs options, 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 plateforme Cintoo a été réalisée par un revendeur local de Cintoo et un prestataire de services de numérisation 3D, Revisia Ltd. Parmi les défis intéressants rencontrés au cours du processus, citons
Systèmes de coordonnées : La décision était de mettre en œuvre un système de coordonnées relatives ou géoréférencées avec contrôle de l'enquête. Pour un site, Meridian disposait de numérisations géoréférencées existantes pour relier les nouvelles numérisations. Tout compte fait, cette décision a eu plus d'inconvénients que d'avantages, car tous les nouveaux modèles, photos ou artefacts devaient être préconfigurés avec des coordonnées, sinon l'origine par défaut (0,0,0) étendait les limites de la numérisation et faisait échouer le système. Les futures numérisations 3D étaient ajoutées avec des coordonnées relatives à un point de référence fixe, sans contrôle de l'enquête.
Traitement et téléchargement des données historiques de numérisation : Le succès de la plateforme Cintoo a poussé les deux propriétaires d'actifs à se démener pour trouver 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 des données antérieures ont été perdues par les consultants en conception en raison du changement de personnel et de la migration des données. Cela a mis en évidence pourquoi il est important de définir clairement à l'avance les livrables attendus des prestataires de services. En conséquence, Meridian a développé une spécification de numérisation 3D pour aider à clarifier les exigences futures.
Changement culturel : Il y avait un scepticisme interne considérable sur les avantages de cet investissement dans l'utilisation des fichiers de nuages de points. Cette situation commence à changer, car les gens recherchent des données 3D pour répondre à leurs questions avant de prendre le téléphone, d'envoyer un courriel ou de planifier une visite sur place. 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 un exemple d'équipement installé sur le site
Ce type de questions techniques entraîne des retards, une augmentation de la demande d'investigation de la part des équipes de chantier ou des visites supplémentaires sur le site pour les résoudre. Il s'est avéré 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 de conception technique, car les concepteurs pouvaient vérifier et mesurer les choses 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 de conception inattendus à la dernière minute. 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 mise à niveau de l'automatisation de la centrale hydroélectrique de Manapouri, on a procédé à un balayage 3D complet du site, y compris de 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, une diminution du nombre de visites sur le site et une réduction du risque 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 améliorations de l'éclairage d'urgence 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 balayage nouvelles et historiques avant certains des verrouillages de Covid-19. Les données et la plateforme ont gagné en valeur dans un environnement où les déplacements entre les sites de production étaient limités. Les projets en phase de conception et de design ont reçu une bouée de sauvetage car ils ont pu continuer à progresser malgré les restrictions sur les visites de sites.
Genesis a été en mesure de faire progresser un projet à la centrale de Tuai pendant une période de verrouillage de Covid-19 à la fin de 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 afin de valider les mesures. L'utilisation des données de numérisation 3D a aidé le consultant en conception à comprendre les zones d'intérêt et également à éviter les heurts résolus tout en validant les limites des frontières sur le site par le personnel de Genesis Energy. Cela a conduit à la création réussie de dessins de construction, comme indiqué sans visite du site par le consultant en conception.
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 dans la centrale électrique de Huntly. Le succès initial de ce travail a été limité par la plate-forme Faro webshare® qui hébergeait ces données, en raison des restrictions de licence inhérentes, du manque de stabilité et de l'exigence de types de fichiers propriétaires. La nouvelle plateforme Cintoo ne présente 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 "actifs" permettant un étiquetage structuré des composants dans le scan.
L'analyse des événements après des incidents de santé et de sécurité ou des événements de sécurité des processus implique généralement plusieurs parties, dont certaines ne connaissent pas le site. Les scans 3D ont été utilisés lors des 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 aux alentours. Avec Cintoo Cloud, tous les utilisateurs peuvent bénéficier de la collaboration des différentes versions passées de la capture des données de réalité qui ont eu lieu. En outre, toutes les parties impliquées disposent d'une preuve collaborative de leurs notes de travail et de l'historique pour soutenir pleinement leurs efforts et leurs notes de travail.
Placer des identifiants de jumeaux numériques sur des biens à l'aide de Cintoo Cloud
Opportunités et défis futurs
Opportunité de données de modèle 3D
Genesis a prévu 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 du bien. Un exemple de cette fonctionnalité est illustré ci-dessous : le 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 offre une fonctionnalité supplémentaire qui accélère la création et l'intégration de modèles 3D. Une section des données du nuage de points peut être exportée sous forme de 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 redline sur les dessins techniques.
- Photographie à360°: Des photos panoramiques actualisées des changements peuvent être superposées à la numérisation pour un coût supplémentaire minime.
- Modèle3D: Des modèles 3D des modifications de l'usine peuvent être superposés au scan.
- Scansmis à jour: Si les données continuent à apporter une valeur ajoutée, il peut être utile 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 n'est qu'une petite étape d'une feuille de route complète visant à tirer parti des derniers paradigmes et cadres de modélisation des informations 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 la modélisation des informations du bâtiment (BIM). De nombreux fournisseurs proposent aujourd'hui des plates-formes de jumelage numérique qui permettent de visualiser et de mettre en œuvre tous les éléments, 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 pas ou n'entrave pas les futures feuilles de route sur la voie du BIM ou des jumeaux numériques, car les données peuvent être intégrées, liées ou migrées si nécessaire.
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 leur site web :
https://www.meridianenergy.co.nz/
Pour en savoir plus sur Genesis Energy, consultez leur site web :
https://www.genesisenergy.co.nz/
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