カスタマーストーリーメリディアン＆ジェネシスエナジー

3Dスキャンデータをデジタルツインに最適化する方法

大手エネルギー企業、3Dデジタルスキャンをデジタルツインに最適化

"Cintooのおかげで、オフィスの専門家もそうでない人も、仮想的に発電所を閲覧し、モニターから計測しています。3Dデジタルツインスキャンは、最初の目的が達成された後も、すべての人がその価値を享受しています。"

スクロール

ヤノシュ・イラニ

3Dスキャン＆モデリングチーム
メリディアン・エナジー社

背景

多くの資産所有者は、AEC BIMやデジタル・ツイン・アプリケーションのために、設計、建設、メンテナンス、または運用の特定のケースを支援するために、10年以上にわたって3Dスキャンデータを取得してきた。しかし、最初の目的が達成された後、データは通常失われるか、高い保管コストでアクセス不能になっていました。このユースケースは、Meridian EnergyとGenesis Energyが独自に3Dスキャンデータの保存にCintooの同じクラウドベースのプラットフォームを使用するに至った経緯、彼らが乗り越えなければならなかった技術的、組織的な課題、そしてデジタルツインとAEC BIMにおけるこの技術の将来についての考察について述べています。

データキャプチャーの様々なオプションと課題を紹介します。地上波レーザースキャン、パノラマ写真、3Dフォトグラメトリーなどが含まれます。

3Dスキャンデータを撮影後、長期間にわたって活用した実践例を紹介します。

デジタルツインのための資産や機器のより良いコンテキストとデータコネクティビティを提供する。
資産の状態を最大限に把握し、より良い意思決定をサポートします。
プロジェクト参画、計画、コミュニケーションの改善
プロジェクトコストの削減とリスクの低減

異なるタイプのデータが同じプラットフォームに統合された例が示されている。このデータの長期的な管理について、最新の状態に保つための費用対効果の高いオプションも含めて検討する。両資産家とも、まだ可能なことのほんの一歩を踏み出したに過ぎない。本稿の最後では、プラットフォームとこの技術が今後進む可能性のある道について議論し、同じ道を歩もうとしている他の資産所有者に指針を示す。

最新の資産情報管理のソリューションには、エンジニアリング・ドキュメント管理システム（EDMS）、技術図面、資産台帳、3D点群管理、デジタル・ツイン、3Dモデル管理、ビルディング・インフォメーション・モデリング（BIM）などを組み合わせることができる。資産所有者は、無数の製品、ベンダー、コンサルタント、専門用語、フレームワークをふるいにかけて明確なものを見つけなければなりません。

本稿では、ジェネシスエナジー社とメリディアンエナジー社が、デジタルツインのために最新の資産データソース、特に以下のような3D点群データを活用した経験を紹介する。データは通常、3Dレーザースキャナーや写真測量によって取得されるが、これについては本記事で説明する。

状況

3次元点群データは、ニュージーランドの電力産業において、10年以上前から資産として収集されています。これまでの使用例としては、以下のようなものがあります。

水力発電所の変圧器周辺の防火壁の設計
ハントリ駅でのアスベスト確認作業
ジェネシス水力発電所の火災コンプライアンス審査
メリディアン接続の全配電所における220kVクリアランスの評価

3D点群データによる技術図面の補強例

使用したワークフロー

レーザースキャナー地上波、ハンドヘルド、ドローン

Cintooクラウド

点群ソフトウェア。ファロウェブシェア

モデリングソフトウェアAutodesk ReCap

データはコンサルタントが操作する地上レーザースキャナーを使って収集された。最終的なアウトプットは、点群データのスナップショットで補強された技術図面である。

場合によっては、Autodesk ReCap®のようなデスクトップ・ソフトウェアを使って点群データを保存・閲覧することもあった。大規模な組織ではライセンスに制限があり、ファイルサイズが大きく、ネットワークドライブのストレージコストがかかるため、この方法には限界がありました。一般的な回避策は、データをポータブルハードドライブやUSBメモリに保存することでしたが、共有は現実的ではなく、データセキュリティの観点からも最良の結果とは言えませんでした。

また、データをクラウドベースのビューアで資産所有者に見せるケースもあったが、成功例は限られていた。これは一般的に、データの共有、エクスポート、操作が制限される独自のファイル形式を使用していたためである。場合によっては、データは資産所有者から要求されることなく、設計コンサルタントやスキャニングの下請け業者に委ねられていた。

メソドロジー・ソリューション

ジェネシスエナジーとメリディアンエナジーは、3Dスキャンデータの取得、保存、管理、共有のためのソリューションと方法を独自に調査しました。

リアリティキャプチャーのオプション

必要な精度や詳細度、スキャニングの規模、利用可能な時間に応じて、複数のリアリティースキャニングソリューションがあります。

360パノラマ画像： 比較的安価な市販のソリューションで撮影可能。地上レーザースキャナーで自動撮影されることも多い。高速データ取得。精度の低い測定が可能なプラットフォームもある。ほとんどのプラットフォームでレーザースキャンと組み合わせることができる。単独では、現場訪問を考慮すると、レーザースキャンと同等の価格性能は得られない。
レーザースキャン：
テレストリアルレーザースキャナー -高精度で大小様々な作業に対応。精度2-3mm、1スキャン5-10分。

ポータブルモバイルマッピング -ヘルメットやバックパックに装着し、広範囲を素早く低画質で撮影できるなど、数多くのソリューションが利用可能。

高精度ハンドヘルド -詳細な高精度のニーズに対応。03-0.05 mmの精度。屋内専用で、表面がきれいで、下図のようなターゲットシールがたくさん必要。

ドローン/ロボット -広い敷地や特殊な用途に最適
写真測量： 高解像度から抽出された3Dデータ精度は測定された管理点／調査点に依存する。ドローンやポータブルカメラで撮影可能。点群データと組み合わせることで、結果を向上させることができる。

メリディアンとジェネシスは、より詳細なデータを収集するため、実施可能または効率的な場合には、地上レーザースキャンと360パノラマ画像の組み合わせを選択する。

高精度ハンドヘルドスキャニング

データ処理の重要性

デジタルナビゲーション可能な3D点群を作成する上で最も重要であり、過小評価されがちなのがレジストレーションである。レジストレーションとは、パノラマ画像や深度マップのような関連データと同じ座標系で、特別なソフトウェアを使用して個々のスキャンをリンクし、構造化スキャンと呼ばれるものを作成するプロセスです。

リアリティ・キャプチャの方法によっては、現場で費やす時間と処理に費やす時間の間にトレードオフが生じることがある。現場でリファレンス・ターゲットを配置する時間を増やせば、オフィスでの処理をスピードアップすることができ、逆に、キャプチャを高速化すれば、オフサイトでの処理に時間がかかることになる。両資産家は、現場で費やす時間と後処理に費やす時間のそれぞれのコストに基づいて方法を選択した。

特定のプロジェクトの目的が達成されれば、非構造化スキャンデータを保存することで、時間とコストを節約するために処理を回避したくなるかもしれない。しかし、スキャンの構造が失われ、将来のプラットフォームへのアップロードやナビゲートが不可能になる可能性があるため、これは誤った経済行為です。スキャンデータを保存、操作、使用するための将来の可能性を最大限に残すために、すべての3Dスキャンを構造化スキャンに登録することを強くお勧めします。

3Dスキャンの登録方法について

データプラットフォームは必須

デジタルツインやAEC BIMアプリケーション用の3D点群データを保存するための適切なプラットフォームは、データが資産所有者に付加価値を与えるか、あるいは1回の使用で放置されるかを決定する重要な要素です。

プラットフォームで考慮すべき重要な要素には以下が含まれます：

独自かオープンか：単一のシステムに固定されず、将来的にデータを別のプラットフォームに自由に移動できることを確認する。

クラウドストレージ：ジェネシスもメリディアンも、コスト、セキュリティ、ユーザー・エクスペリエンスのROI（投資利益率）の観点から、オンプレミスのストレージが3Dデータに有効であることを見出していない。

コスト構造：ユーザーごと、スキャンごとのプラットフォームやソリューションでは、プラットフォームの拡張性や利用が制限されることがわかった。ユーザー数無制限のライセンスは、プラットフォームの導入とその後の価値創造に不可欠であることが判明した。

共有とコラボレーション：セキュリティだけでなく、利用や普及を保証するためには、複数のユーザーに対する共有や権限、リモートアクセスの管理が不可欠である。

ITとデータのセキュリティ：ITセキュリティを統合したシングルサインオンが必須。

データのエクスポート：設計を支援するために、一部のユーザーがデータをエクスポートできる機能が不可欠であることがわかった。

他のツールやプラットフォームとの統合：図面管理システムやBIMプラットフォームなど、本質的に、またはAPIを介した統合が一般的に必要とされる。

ユーザーエクスペリエンス：必要なトレーニングの量を減らし、技術的なユーザーだけでなく非技術的なユーザーによるユーザーエンゲージメントを保証するためには、徹底したユーザードキュメンテーションを備えた直感的なプラットフォームが重要です。

機能性：アセットラベリングとともに、360画像を含むすべてのファイルタイプを受け入れることが不可欠です。

いくつかの選択肢を独自に検討した結果、両方の資産所有者は独自に最適なプラットフォームとしてCintoo Cloud®を選択しました。Cintoo Cloudはスキャンごとのライセンスと優れたユーザーエクスペリエンスで、いくつかの追加機能とともにすべての要件を満たしていました。

Cintoo Cloud Dashboard

実装と使用例

メリディアンとジェネシスの両社とも、Cintooプラットフォームの導入は地元のCintoo再販業者と3Dスキャニングサービスプロバイダーによって完了した、リビシア・リミテッド.その過程での興味深い挑戦がいくつかある：

座標系：座標系：相対座標系を導入するか、測量管理でジオリファレンシングするかを決定する必要があった。メリディアンは、新しいスキャンをリンクさせるために、既存のジオリファレンススキャンを持っていました。新しいモデル、写真、遺物には、あらかじめ座標を設定する必要があり、デフォルトの原点（0,0,0）ではスキャンの境界が伸びてしまい、システムがクラッシュしてしまうためです。将来の3Dスキャンは、固定基準点に対する相対座標で追加され、測量コントロールはできませんでした。
過去のスキャンデータの処理とアップロード Cintooプラットフォームの成功により、資産所有者は共に、コンサルタントや請負業者が所有するハードディスクやファイルサーバーに眠っている古い点群データを探すことに奔走しました。ほとんどのデータはCintooにアップロードするのに適切なフォーマットで見つかりましたが、一部のデータは登録も処理もされていませんでした。過去のデータの中には、設計コンサルタントがスタッフの異動やデータ移行によって紛失したものもあった。このことから、サービス・プロバイダーに期待する成果物を事前に明確に定義することが重要であることが浮き彫りになった。その結果、メリディアンは3Dスキャン仕様書を作成し、今後の要件を明確にしました。
文化の変化：社内では、点群ファイルを活用することに投資するメリットについて、かなり懐疑的な見方がありました。しかし、電話をかけたり、電子メールを送ったり、現場視察のスケジュールを立てたりする前に、3Dデータで質問に答えようとするようになり、その傾向は変わり始めています。今では、データは付加価値を与え続ける資産とみなされています。

現地で撮影した写真とスキャンによる文脈情報の例

スコーピング、コンセプトデザイン、入札のユースケース

導入から1年、メリディアンは3Dスキャンデータを活用し、設計コンサルタントやメーカーが現場を訪れることなく、数件のコンセプト設計や機器供給・建設サービスの入札を完了させました。

配電所220kVのCT交換 - 概念設計、クリアランス評価、入札をすべてリモートで実施
ローカルサービストランスの交換 - 概念設計、オプション評価、現場作業、入札をすべてリモートで完了。
足場、ケーブル、パイプの数量見積もりを行う。

Digital Twinのデザインイテレーションを高速化するユースケース

遠隔地にいる設計者は、設計中に現場での衝突や適合性、文脈の情報を確認する必要があることがよくあります。典型的な例としては、床の貫通部の大きさや、このパネルに合うかどうか？

適合を確認するための正投影図と、現場に設置された装置の例

この種の技術的な問い合わせは、遅延や現場チームへの調査要求の増加、解決のための追加的な現場訪問につながります。3Dスキャンデータがあれば、設計者が自分で確認したり測定したりできるため、技術的な設計上の問題に対処するのに必要な時間、コスト、リソース、二酸化炭素排出量を大幅に削減できることがわかりました。

また、このデータによって設計リスクの低減も可能になった。発電所のユニットは、理論的には同じですが、実際には以下のように必ずしも同じではありません。3Dスキャンによって、エンジニアは何度もユニット間の違いを確認することができ、ミスを防ぐことができました。

マナポウリ水力発電所の大規模な自動化アップグレードプロジェクトでは、地下200メートルにあるインフラを含むサイトの完全な3Dスキャンを実施しました。このデータへの投資は、技術的なクエリの迅速な解決、現場訪問の減少、設計の衝突リスクの減少を通じて、1年間で当初の投資に対するプラスのリターンを生み出した。このプロセスは、防火工事、非常用照明のアップグレード、変圧器の交換など、その後の多くのプロジェクトにも同様のメリットをもたらしている。

同一敷地内に設置された同一機種の差異を示す。

COVID環境におけるプロジェクト進行のユースケース

メリディアンはCintooプラットフォームを導入し、Covid-19がロックダウンされる前に、すべての新規および過去のスキャンデータをアップロードした。世代間の移動が制限される環境において、データとプラットフォームはより貴重なものとなった。コンセプトや設計段階のプロジェクトは、現場訪問の制限にもかかわらず進行を続けることができ、命綱を投げられた。

ジェネシスは、2019年後半のCovid-19ロックダウン期間中、トゥアイ発電所のプロジェクトを進めることができた。このプロジェクトは、請負業者や設計コンサルタントが測定を検証するために現場を訪れることが制限されている間に、設計、調整、建設が行われた。3Dスキャンデータを使用することで、設計コンサルタントは関心領域を理解し、ジェネシスエナジースタッフによる現場での境界制限を検証しながら、解決された衝突を回避することができました。その結果、設計コンサルタントが現場を訪れることなく、図のような施工図を作成することができました。

3Dスキャンデータと現場作業で作成した施工図

ハザード識別ユースケース

ジェネシスでは、3D点群データを大規模に利用した最初の例として、ハントリー発電所におけるアスベストの危険性（既知/疑い）の仮想登録簿を作成した。この作業の最初の成功は、このデータをホスティングしていたFaro webshare®プラットフォーム特有のライセンス制限、安定性の欠如、独自のファイルタイプの要件によって制限されました。新しいCintooプラットフォームには、このような制約がなく、アスベストの危険性は、注釈やスキャン中のコンポーネントの構造化されたラベリングを可能にする "assets "機能などの機能を使って誰でも見ることができます。

安全衛生インシデントやプロセス安全イベント後のイベント分析には、通常複数の関係者が関与します。3Dスキャンは、インシデントやイベントが発生した場所や、その周辺に何があったかというコンテキスト情報を全員に提供するために、チームディスカッションで使用されてきました。Cintoo Cloudを使用することで、すべてのユーザーは過去に行われた様々なバージョンの現実データキャプチャのコラボレーションから恩恵を受けることができます。さらに、すべての関係者は、彼らの努力と作業メモを完全にサポートするために、彼らの作業メモと履歴のコラボレーション証拠を持つ。

Cintooクラウドを利用した資産へのデジタルツインIDの付与

今後の可能性と課題

3Dモデルデータ機会

ジェネシスはCintooプラットフォームに3Dモデルを保存する計画を持っている。これにより、スキャンデータにモデルを重ね合わせ、資産の残りの部分と一緒に表示することができます。この機能の例を以下に示します。高所作業台のモデルは、現場に駐車しているときにキャプチャした点群データから作成されました。このモデルをスキャンデータ上に配置し、移動させることができます。

Cintooには、3Dモデルの作成と統合をスピードアップする追加機能があります。点群データの一部をソルドメッシュとしてエクスポートし、3Dモデリングソフトウェアで直接開くことができます。

3Dモデルで生成したオブジェクトをスキャンに重ね合わせる

データを最新に保つという課題

データについてよく聞かれるのは、"どうやって最新に保つのか "ということです。導入後間もないですが、以下のように、コストの安い順からいくつかのオプションが計画されています。

注釈：技術図面の赤線マークアップと同様の方法で、3Dスキャンプラットフォーム内でプラントの変更点を注釈することができます。
360度写真撮影：最小限の追加費用で、変更点の更新されたパノラマ写真をスキャンに重ね合わせることができます。
3Dモデル： 植物の変化の3Dモデルをスキャンに重ね合わせることができる。
スキャンの更新：データが付加価値を与え続けるのであれば、以下のように定期的に新たなスキャンを実施するビジネスケースが考えられる。

トランス交換前後の3Dスキャン画像の比較

BIM（ビルディング・インフォメーション・モデル）とデジタルツイン

本稿で述べた作業は、最新の資産情報モデリングのパラダイムとフレームワークを活用するための包括的なロードマップの小さな一歩である。他の多くの資産所有者は、ビルディング・インフォメーション・モデリング（BIM）プロセス、ソフトウェア、標準、管理の導入などの戦略的イニシアティブでこれに取り組んでいる。現在、複数のベンダーがデジタルツインプラットフォームを提供しており、リアルタイムの資産データから図面、予測分析、文書化、メンテナンス記録、3Dモデル、スキャンデータまで、すべてを単一の「ガラス窓」で表示し、実装することができる。

本稿で紹介するアプローチは、ジェネシスとメリディアンが、それぞれのニーズとビジネス上の制約を満たすために独自に採用したものである。導入に必要な社内の人材は最小限で済み、開始から投資回収が確認できるまでの期間も短かった。最も重要なことは、必要なときにデータを統合、リンク、または移行できるため、BIMまたはデジタルツインの経路を進む将来のロードマップを妨げたり、妨げたりしないことである。

結論

Cintoo Cloudのような新しいソリューションは、3Dスキャンデータを、本来の目的が達成された後も価値を与え続ける資産として扱うというパラダイムシフトを起こしました。このソリューションは、従来の「使ったら忘れる」アプローチと、グリーンフィールド開発でより一般的なビルディングインフォメーションモデリング（BIM）の「ゴールドスタンダード」の間の経済的なスイートスポットを探している他の資産所有者に適しているかもしれません。

大規模な複合施設は、3Dデータの直接的な受益者であり、収集者の一人である。多くのプロジェクトでは、最初に既存の敷地のAs-Built 3Dスキャンを完成させます。遠隔地のサイトでは、アクセスしやすい場所よりも、以下のような節約効果があります。この技術によって現地訪問が不要になるわけではありませんが、より的を絞った情報収集が可能になり、コストと時間が削減されます。さらに、スキャンは現場の写真撮影を補完し、設計に必要な写真の枚数を減らすことができます。

メリディアンとジェネシスエナジー両社の独自の経験に基づき、3Dスキャンデータを管理するためのシンプルなアプローチが紹介されました。それは、これまで様々な好ましくない場所に保存されていた新旧の3D点群データを、Cintoo Cloud®という単一のクラウドベースのプラットフォームに移行することでした。これにより、3DデジタルツインとAEC BIMデータは、特定のプロジェクトで当初の目的を果たした後も、電力資産に携わる何百人もの人々の潜在的価値を解き放つことができたのです。

両社とも、3D点群データを様々なユースケースに活用することで、プロジェクトの期間、コスト、リスクを削減し、コラボレーションを促進することを体験しました。その成果は明らかで、問題解決のために社内外でのデータ活用が進み、文化的な変化も見られました。

この仕事の成功は、3Dモデルの統合、資産ツアーの提供、データの更新など、多くの将来の機会と課題を生み出し、付加価値を高め続けることができました。Covid-19のロックダウンによる設計作業の継続、現場移動の減少による二酸化炭素排出量の削減、物理的状況に基づく関係者間のコミュニケーション向上など、実現した利点の例もあります。

3Dスキャンデータを撮影後、長期間にわたって活用した実践例が紹介されました。