Storia di un cliente: Meridian e Genesis Energy
Come ottimizzare i dati della scansione 3D per il gemello digitale
Le principali aziende del settore energetico ottimizzano le loro scansioni digitali 3D per le applicazioni Digital Twin
Yanosh Irani,
Meridian Energy Ltd
Sfondo
Molti proprietari di beni hanno acquisito dati di scansione 3D per oltre un decennio per assistere casi specifici di progettazione, costruzione, manutenzione o operazioni per applicazioni AEC BIM o Digital Twin. Tuttavia, una volta raggiunto lo scopo iniziale, i dati venivano solitamente persi o resi inaccessibili con costi di archiviazione elevati. Questo caso d'uso racconta come Meridian Energy e Genesis Energy siano arrivate indipendentemente a utilizzare la stessa piattaforma basata su cloud di Cintoo per archiviare i loro dati di scansione 3D, le sfide tecniche e organizzative che hanno dovuto superare e alcune riflessioni sul futuro di questa tecnologia per il Digital Twin e l'AEC BIM.
Vengono presentate le varie opzioni e le sfide legate all'acquisizione dei dati. Tra queste, la scansione laser terrestre, la fotografia panoramica e la fotogrammetria 3D.
Vengono presentati esempi pratici di come i dati della scansione 3D siano stati utilizzati molto tempo dopo l'acquisizione originale:
- Fornire un contesto migliore e una migliore connettività dei dati per gli asset e le apparecchiature per il Digital Twin.
- Supportare decisioni migliori massimizzando la comprensione delle condizioni degli asset
- Migliorare il coinvolgimento, la pianificazione e la comunicazione del progetto
- Risparmiare sui costi del progetto riducendo i rischi
Vengono forniti esempi di integrazione di diversi tipi di dati nella stessa piattaforma. Vengono discusse le considerazioni sulla gestione a lungo termine di questi dati, comprese le opzioni economicamente vantaggiose per mantenerli aggiornati. Entrambi i proprietari di asset hanno appena iniziato a scalfire la superficie di ciò che è possibile fare. Il documento si conclude con una discussione sulle strade future che la piattaforma e questa tecnologia potrebbero intraprendere e fornisce alcune indicazioni per altri proprietari di asset che desiderano percorrere la stessa strada.
Le soluzioni per la moderna gestione delle informazioni sugli asset possono includere una combinazione di sistemi di gestione dei documenti ingegneristici (EDMS), disegni tecnici, registri degli asset, gestione delle nuvole di punti 3D, gemelli digitali, gestione dei modelli 3D e Building Information Modelling (BIM), per citarne alcuni. Il proprietario di un asset deve passare al setaccio una miriade di prodotti, fornitori, consulenti, gergo e framework per trovare chiarezza prima di determinare ciò che soddisfa le proprie esigenze aziendali nell'ambito dei propri vincoli operativi.
Il presente documento illustra l'esperienza di Genesis Energy e Meridian Energy nel trarre vantaggio dalle moderne fonti di dati sugli asset per il Digital Twin, in particolare i dati delle nuvole di punti 3D, come illustrato di seguito. I dati vengono solitamente acquisiti tramite scanner laser 3D o fotogrammetria, come spiegato in questo articolo.
La situazione
I dati delle nuvole di punti 3D sono stati raccolti per gli asset dell'industria energetica neozelandese per oltre un decennio. Alcuni esempi precedenti di casi d'uso includono:
- Progettazione di pareti tagliafuoco intorno ai trasformatori delle stazioni idroelettriche
- Identificazione dell'amianto nella stazione di Huntly
- Revisione della conformità antincendio per i siti idroelettrici Genesis
- Valutazione delle distanze da 220 kV in tutti i quadri elettrici collegati a Meridian.
Esempio di disegni tecnici aumentati con i dati della nuvola di punti 3D
Flussi di lavoro utilizzati
Scanner laser: Terrestre, portatile e con drone
Cintoo Cloud
Software per nuvole di punti: Faro Webshare
Software di modellazione: Autodesk ReCap
I dati sono stati raccolti utilizzando laser scanner terrestri gestiti da consulenti. I risultati finali sono stati disegni tecnici integrati da un'istantanea dei dati della nuvola di punti.
In alcuni casi, la nuvola di punti è stata archiviata e visualizzata tramite un software desktop come Autodesk ReCap®. Questa soluzione ha avuto un successo limitato a causa delle licenze limitate in una grande organizzazione, delle dimensioni enormi dei file e dei costi di archiviazione associati alle unità di rete. Una soluzione comune era quella di archiviare i dati su dischi rigidi portatili e chiavette USB, il che rendeva impraticabile la condivisione e non rappresentava il risultato migliore dal punto di vista della sicurezza dei dati.
In altri casi, i dati sono stati presentati al proprietario degli asset in visualizzatori basati su cloud, ma il successo è stato limitato. In genere ciò era dovuto all'uso di tipi di file proprietari che limitavano la condivisione, l'esportazione e la manipolazione dei dati. In alcuni casi, i dati non sono mai stati richiesti dal proprietario dell'asset e sono stati lasciati al consulente di progettazione o al subappaltatore di scansione.
Soluzioni metodologiche
Genesis Energy e Meridian Energy hanno studiato in modo indipendente soluzioni e metodi per acquisire i dati di scansione 3D, archiviarli, gestirli e condividerli.
Opzioni di acquisizione della realtà
Sono disponibili diverse soluzioni di scansione della realtà, a seconda del livello di accuratezza e di dettaglio richiesto, della scala della scansione e del tempo disponibile.
- Immagini panoramiche a 360: Possono essere realizzate con soluzioni relativamente economiche disponibili in commercio. Spesso vengono acquisite automaticamente da scanner laser terrestri. Acquisizione rapida dei dati. Alcune piattaforme offrono misure di bassa precisione. Può essere combinata con le scansioni laser nella maggior parte delle piattaforme. Da sola, non offre le stesse prestazioni di prezzo della scansione laser, se si considerano le visite in loco.
- Scansione laser:
Scanner laser terrestri - Precisione ragionevolmente elevata e adatta a lavori grandi e piccoli. Precisione di 2-3 mm, 5-10 minuti per scansione.
Mappatura mobile portatile - Sono disponibili numerose soluzioni, tra cui le versioni montate su casco o zaino, che consentono di acquisire rapidamente e a bassa qualità aree di grandi dimensioni.
Palmare ad alta precisione - Per esigenze di precisione dettagliata. Precisione di 03-0,05 mm. Solo in ambienti interni, con superfici pulite e molti adesivi per i bersagli, come illustrato di seguito.
Drone/Robotico - Adatto per grandi siti o applicazioni speciali
- Fotogrammetria: Dati 3D estratti da un'alta risoluzione La precisione dipende dai punti di controllo/indagine misurati. Può essere effettuata tramite drone o fotocamera portatile. Può essere combinata con i dati delle nuvole di punti per migliorare i risultati
Meridian e Genesis hanno scelto di utilizzare una combinazione di scansioni laser terrestri e di incrementarle con immagini panoramiche a 360 dove possibile o efficiente per raccogliere dati più granulari.
Scansione portatile ad alta precisione
Importanza dell'elaborazione dei dati
La parte più importante e spesso sottovalutata della creazione di nuvole di punti 3D navigabili digitalmente è la registrazione. La registrazione è il processo mediante il quale le singole scansioni vengono collegate tra loro mediante un software speciale nello stesso sistema di coordinate con i dati associati, come le immagini panoramiche e le mappe di profondità, per produrre la cosiddetta scansione strutturata.
A seconda del metodo di acquisizione della realtà, può esserci un compromesso tra il tempo trascorso in loco e il tempo di elaborazione. Più tempo in loco per posizionare i target di riferimento può accelerare l'elaborazione in ufficio e viceversa, quando un metodo di acquisizione veloce può comportare una lunga elaborazione fuori sede. Entrambi i proprietari degli asset hanno scelto i metodi in base ai rispettivi costi del tempo trascorso in loco e del tempo trascorso in postelaborazione.
Si può essere tentati di evitare l'elaborazione per risparmiare tempo e costi, archiviando i dati di scansione non strutturati una volta raggiunto lo scopo specifico del progetto. Tuttavia, si tratta di una falsa economia, poiché la struttura della scansione può andare perduta e può essere impossibile caricarla e navigarla in piattaforme future. Si raccomanda vivamente di registrare tutte le scansioni 3D per creare scansioni strutturate, in modo da lasciare aperte le maggiori possibilità future di archiviazione, manipolazione e utilizzo dei dati di scansione.
Il processo di registrazione delle scansioni 3D
La piattaforma dati è essenziale
La giusta piattaforma per l'archiviazione dei dati delle nuvole di punti 3D per le applicazioni Digital Twins e AEC BIM è un fattore critico che determina se i dati aggiungono valore al proprietario dell'asset o se vengono trascurati dopo un singolo utilizzo.
I fattori importanti da considerare in una piattaforma sono:
Proprietaria o aperta: Assicurarsi di non rimanere bloccati in un unico sistema e che i dati possano essere spostati liberamente su un'altra piattaforma in futuro.
Archiviazione nel cloud: Essenziale per i file di grandi dimensioni, dell'ordine dei terabyte: né Genesis né Meridian hanno ritenuto che l'archiviazione on-premise fosse praticabile per i dati 3D dal punto di vista dei costi, della sicurezza o dell'esperienza utente.
Struttura dei costi: Le piattaforme e le soluzioni che prevedono un costo per utente e per scansione sono risultate limitare la scalabilità e l'utilizzo della piattaforma. Le licenze con utenti illimitati sono risultate fondamentali per l'adozione e il conseguente valore generato dalla piattaforma.
Condivisione e collaborazione: Per garantire l'utilizzo e l'adozione, nonché la sicurezza, è indispensabile gestire la condivisione, le autorizzazioni e l'accesso remoto per più utenti.
Sicurezza informatica e dei dati: Il single sign on con sicurezza informatica integrata è un must.
Esportazione dei dati: La possibilità per alcuni utenti di esportare i dati per agevolare la progettazione è risultata essenziale.
Integrazione con altri strumenti e piattaforme: In genere è richiesta l'integrazione intrinseca o tramite API, ad esempio con i sistemi di gestione dei disegni e le piattaforme BIM.
Esperienza utente: Piattaforme intuitive con un'accurata documentazione per l'utente sono importanti per ridurre la quantità di formazione necessaria e assicurare il coinvolgimento degli utenti non tecnici e tecnici.
Funzionalità: è essenziale che vengano accettati tutti i tipi di file, comprese le immagini a 360 gradi, e l'etichettatura degli asset.
Dopo aver esaminato diverse opzioni, entrambi i proprietari degli asset hanno scelto Cintoo Cloud® come piattaforma ottimale. Grazie alle licenze per scansione e a una buona esperienza d'uso, Cintoo Cloud ha soddisfatto tutti i requisiti e alcune funzionalità aggiuntive.
Cruscotto Cintoo Cloud
Implementazione e casi d'uso
Sia per Meridian che per Genesis, l'implementazione della piattaforma Cintoo è stata completata da un rivenditore Cintoo locale e da un fornitore di servizi di scansione 3D, Revisia Ltd. Tra le sfide interessanti che si sono presentate durante il processo vi sono:
- Sistemi di coordinate: Si trattava di decidere se implementare un sistema di coordinate relative o georeferenziate con controllo del rilievo. Per un sito Meridian disponeva di scansioni georeferenziate esistenti per collegare le nuove scansioni. A conti fatti, questa decisione ha avuto più svantaggi che vantaggi, poiché qualsiasi nuovo modello, foto o manufatto doveva essere preconfigurato con le coordinate o l'origine predefinita (0,0,0) avrebbe allargato i confini della scansione e mandato in crash il sistema. Le future scansioni 3D sono state aggiunte con coordinate relative a un punto di riferimento fisso, senza alcun controllo del rilievo.
- Elaborazione e caricamento dei dati di scansione storici: Il successo della piattaforma Cintoo ha spinto entrambi i proprietari degli asset a cercare vecchi dati di nuvole di punti su dischi rigidi e server di file in possesso di consulenti e appaltatori. Sebbene la maggior parte dei dati sia stata trovata nel formato appropriato per essere caricata su Cintoo, alcuni di essi non sono stati registrati o elaborati. Alcuni dati del passato sono stati persi dai consulenti di progettazione a causa del cambiamento del personale e della migrazione dei dati. Ciò ha evidenziato l'importanza di definire chiaramente in anticipo i risultati attesi dai fornitori di servizi. Di conseguenza, Meridian ha sviluppato una specifica di scansione 3D per aiutare a chiarire i requisiti futuri.
- Cambiamento culturale: C'era un notevole scetticismo interno sui benefici di questo investimento nell'utilizzo dei file delle nuvole di punti. Questa situazione sta iniziando a cambiare: le persone cercano i dati 3D per rispondere alle domande prima di rispondere al telefono, inviare un'e-mail o programmare un sopralluogo. I dati sono ora visti come una risorsa che continua ad aggiungere valore.
Foto scattata in loco ed esempio di informazioni contestuali ricavate dalle scansioni
Caso d'uso di scoping, progettazione e gara d'appalto
In un anno dall'implementazione, Meridian ha sfruttato i dati delle scansioni 3D per completare una manciata di progetti concettuali e gare d'appalto per la fornitura di attrezzature o servizi di costruzione senza una visita in loco per il consulente di progettazione o il produttore.
- Sostituzione dei TA del quadro elettrico a 220 kV - Progettazione, valutazione delle autorizzazioni e gara d'appalto eseguite in remoto.
- Sostituzione dei trasformatori del servizio locale - Progettazione, valutazione delle opzioni, lavori in cantiere e gara d'appalto completati in remoto.
- Vari lavori che comportano la stima della quantità di ponteggi, cavi e tubi prima di recarsi in cantiere.
Caso d'uso delle iterazioni di progettazione Digital Twin più veloci
I team di progettazione remoti si trovano spesso a dover verificare gli scontri, l'adattamento e le informazioni contestuali in loco durante la progettazione. Esempi tipici sono: quanto è grande quella penetrazione nel pavimento o questo pannello si adatta?
Misure ortografiche per verificare l'adattamento e un esempio di attrezzatura installata in loco
Questo tipo di domande tecniche comporta ritardi, un aumento della richiesta di indagini da parte dei team di cantiere o ulteriori visite in loco per risolvere il problema. È stato riscontrato che la disponibilità di dati di scansione 3D ha ridotto in modo sostanziale i tempi, i costi, le risorse e le emissioni di anidride carbonica necessari per risolvere le questioni tecniche di progettazione, in quanto i progettisti hanno potuto controllare e misurare le cose da soli.
I dati hanno anche permesso di ridurre i rischi di progettazione. Le unità sui siti di generazione sono identiche in teoria, ma non sempre in pratica, come illustrato di seguito, il che porta a modifiche inaspettate dell'ultimo minuto alla progettazione. In diverse occasioni le scansioni 3D hanno permesso agli ingegneri di identificare le differenze tra le unità, evitando errori.
Un importante progetto di aggiornamento dell'automazione presso la stazione idroelettrica di Manapouri ha condotto una scansione 3D completa del sito, comprese le infrastrutture situate a 200 metri di profondità. In un anno, l'investimento nei dati ha generato un ritorno positivo sull'investimento iniziale grazie a una risoluzione più rapida delle domande tecniche, a un minor numero di visite in loco e a una riduzione del rischio di conflitti di progettazione. Questo processo ha fornito vantaggi simili anche per una serie di progetti successivi, tra cui lavori di protezione antincendio, aggiornamenti dell'illuminazione di emergenza e sostituzioni di trasformatori.
Differenze tra unità identiche installate in modo diverso nello stesso sito.
Caso d'uso della progressione del progetto in un ambiente COVID
Meridian ha implementato la piattaforma Cintoo e ha caricato tutti i dati di scansione nuovi e storici prima di alcuni blocchi di Covid-19. I dati e la piattaforma sono diventati più preziosi in un ambiente in cui gli spostamenti tra i siti di generazione erano limitati. I dati e la piattaforma sono diventati più preziosi in un ambiente in cui gli spostamenti tra i siti di generazione erano limitati. I progetti in fase concettuale e di progettazione hanno avuto un'ancora di salvezza, potendo continuare a progredire nonostante le restrizioni sulle visite ai siti.
Genesis è stata in grado di portare avanti un progetto presso la centrale di Tuai durante il periodo di blocco di Covid-19 alla fine del 2019. Il progetto è stato progettato, coordinato e costruito mentre gli appaltatori e i consulenti di progettazione non potevano visitare il sito per convalidare le misurazioni. L'uso dei dati di scansione 3D ha aiutato il consulente di progettazione a comprendere le aree di interesse e a evitare scontri risolti, convalidando i limiti dei confini in loco da parte del personale di Genesis Energy. Questo ha portato alla creazione di disegni costruttivi come mostrato senza una visita in loco da parte del consulente di progettazione.
Disegni di costruzione creati con dati di scansione 3D e lavori in cantiere
Caso d'uso dell'identificazione dei pericoli
Uno dei primi utilizzi su larga scala dei dati delle nuvole di punti 3D di Genesis è stata la creazione di un registro virtuale dei rischi noti/sospetti di amianto nella centrale elettrica di Huntly. Il successo iniziale di questo lavoro è stato limitato dalla piattaforma webshare® di Faro che ospitava questi dati a causa delle restrizioni di licenza, della mancanza di stabilità e della richiesta di tipi di file proprietari. La nuova piattaforma Cintoo non presenta nessuno di questi vincoli e i pericoli legati all'amianto saranno visibili a chiunque grazie a funzioni come l'annotazione e la funzione "asset" che consente di etichettare in modo strutturato i componenti della scansione.
L'analisi degli eventi dopo incidenti di salute e sicurezza o eventi di sicurezza di processo di solito coinvolge più parti, alcune delle quali possono non avere familiarità con il sito. Le scansioni 3D sono state utilizzate durante le discussioni di gruppo per fornire a tutti informazioni contestuali sul luogo in cui si è verificato l'incidente o l'evento e su ciò che si trovava nell'area circostante. Con Cintoo Cloud tutti gli utenti possono beneficiare della collaborazione delle varie versioni passate dell'acquisizione dei dati di realtà che hanno avuto luogo. Inoltre, tutte le parti coinvolte hanno a disposizione prove collaborative delle loro note di lavoro e della loro storia per supportare pienamente i loro sforzi e le loro note di lavoro.
Assegnazione di ID gemelli digitali agli asset con Cintoo Cloud
Opportunità e sfide future
Opportunità di dati del modello 3D
Genesis ha in programma di archiviare i modelli 3D nella piattaforma Cintoo. Ciò consente di sovrapporre i modelli ai dati di scansione e di visualizzarli nel contesto del resto dell'asset. Un esempio di questa funzionalità è mostrato qui sotto, dove un modello di una piattaforma di lavoro sopraelevata è stato creato dai dati della nuvola di punti acquisiti mentre era parcheggiata in loco. Il modello può essere inserito nella scansione e spostato.
Cintoo offre un'ulteriore funzione che velocizza la creazione e l'integrazione dei modelli 3D. Una sezione dei dati della nuvola di punti può essere esportata come mesh venduta, per poter essere aperta direttamente in un pacchetto software di modellazione 3D.
Sovrapposizione alla scansione di un oggetto generato da un modello 3D
Mantenere i dati aggiornati sfida
Una domanda frequente sui dati è: "Come verranno mantenuti aggiornati?". Nel breve tempo trascorso dall'implementazione, sono state pianificate diverse opzioni, elencate di seguito nell'ordine dal meno costoso al più costoso.
- Annotazione: Le modifiche apportate all'impianto possono essere annotate all'interno della piattaforma di scansione 3D in modo analogo alle revisioni dei disegni tecnici.
- Fotografia a 360: Le foto panoramiche aggiornate delle modifiche possono essere sovrapposte alla scansione con un costo aggiuntivo minimo.
- Modello 3D: I modelli 3D dei cambiamenti dell'impianto possono essere sovrapposti alla scansione.
- Scansioni aggiornate: Se i dati continuano ad apportare valore aggiunto, può essere opportuno effettuare nuove scansioni di routine, come illustrato di seguito.
Confronto dell'immagine di scansione 3D prima e dopo la sostituzione del trasformatore
Modelli informativi dell'edificio (BIM) e gemelli digitali
Il lavoro descritto in questo documento è un piccolo passo verso una tabella di marcia completa per sfruttare i più recenti paradigmi e quadri di modellazione delle informazioni sugli asset. Molti altri proprietari di beni hanno affrontato questo problema con iniziative strategiche come l'implementazione di processi, software, standard e amministrazione di Building information modelling (BIM). Diversi fornitori offrono oggi piattaforme di gemellaggio digitale che forniscono un'unica "lastra di vetro" per visualizzare e implementare tutto, dai dati degli asset in tempo reale ai disegni, all'analisi predittiva, alla documentazione, ai registri di manutenzione, ai modelli 3D e ai dati di scansione.
L'approccio presentato in questo documento è stato adottato autonomamente da Genesis e Meridian in quanto soddisfaceva le loro esigenze e i loro vincoli aziendali. L'implementazione ha richiesto risorse interne minime e ha richiesto tempi brevi per l'avvio del progetto e per la verifica del ritorno sull'investimento. Soprattutto, non impedisce né ostacola i futuri percorsi BIM o digital twin, poiché i dati possono essere integrati, collegati o migrati quando necessario.
Conclusioni
Nuove soluzioni come Cintoo Cloud hanno avviato un cambiamento di paradigma in base al quale i dati delle scansioni 3D vengono trattati come un bene che continua ad aggiungere valore anche dopo che il suo scopo originario è stato raggiunto. La soluzione presentata può essere adatta ad altri proprietari di beni che cercano un punto di equilibrio economico tra il precedente approccio "usalo e poi dimenticalo" e il "gold standard" della modellazione delle informazioni sugli edifici (BIM), più diffuso nello sviluppo di campi verdi.
Le grandi opere multidisciplinari sono tra i più immediati beneficiari e raccoglitori di dati 3D sul sito. I progetti spesso completano una scansione 3D as-built del sito esistente all'inizio. Nei cantieri remoti i risparmi identificati di seguito sono stati maggiori rispetto alle località più accessibili. La tecnologia non elimina i sopralluoghi, ma li rende più mirati e informati, riducendo così i costi e i tempi. Inoltre, gli utenti hanno riscontrato che le scansioni integrano le fotografie del sito, fornendo un contesto e riducendo la quantità di foto necessarie per il lavoro di progettazione.
È stato presentato un approccio semplice alla gestione dei dati di scansione 3D, basato sulle esperienze indipendenti di Meridian e Genesis Energy. Si trattava di prendere i dati delle nuvole di punti 3D nuovi e vecchi, precedentemente archiviati in una serie di luoghi indesiderati, e di migrarli su un'unica piattaforma basata su cloud, chiamata Cintoo Cloud®. In questo modo si è sbloccato il valore potenziale dei dati 3D Digital Twin e AEC BIM per centinaia di persone che lavorano sugli asset elettrici, anche molto tempo dopo la loro funzione iniziale per un progetto specifico.
Entrambe le aziende hanno sperimentato l'uso dei dati delle nuvole di punti 3D per una serie di casi d'uso che hanno ridotto i tempi, i costi e i rischi dei progetti, aumentando al contempo la collaborazione. I segni di successo sono evidenti e si è osservato un cambiamento culturale con un maggiore utilizzo dei dati all'interno e all'esterno per risolvere i problemi.
Il successo di questo lavoro apre molte opportunità e sfide future, tra cui il passaggio all'integrazione di modelli 3D, alla fornitura di tour degli asset e all'aggiornamento dei dati per continuare ad aggiungere valore. Alcuni esempi di benefici realizzati includono la continuità del lavoro di progettazione attraverso i blocchi di Covid-19, la riduzione delle emissioni di carbonio grazie alla riduzione degli spostamenti in cantiere e una comunicazione più informata tra le parti basata sul contesto fisico.
Sono stati presentati esempi pratici di come i dati della scansione 3D siano stati utilizzati molto tempo dopo l'acquisizione originale:
- Fornire un migliore contesto di Digital Twin e una migliore connettività dei dati per gli asset e le apparecchiature.
- Supportare decisioni migliori massimizzando la comprensione delle condizioni degli asset
- Migliorare il coinvolgimento, la pianificazione e la comunicazione del progetto
- Risparmiare sui costi del progetto riducendo i rischi
Link al progetto e ai media
Per saperne di più su Meridian Energy, visitate il loro sito web: https://www.meridianenergy.co.nz.
Per saperne di più su Genesis Energy visitate il loro sito web: https://www.genesisenergy.co.nz
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