História do cliente: Meridian e Genesis Energy

Como otimizar dados de digitalização 3D para gêmeos digitais

As principais empresas de energia otimizam suas digitalizações 3D para aplicativos de gêmeos digitais

"Com o Cintoo, muitos especialistas e não especialistas do escritório estão virtualmente navegando pelas usinas de energia e fazendo medições em seus monitores. Todos estão obtendo valor com as digitalizações 3D Digital Twin muito tempo depois que o objetivo inicial de captura foi alcançado."

Rolagem

Yanosh Irani,

Equipe de digitalização e modelagem 3D
Meridian Energy Ltd

Histórico

Muitos proprietários de ativos vêm capturando dados de digitalização em 3D há mais de uma década para ajudar em casos específicos de projeto, construção, manutenção ou operações para aplicativos AEC BIM ou Digital Twin. No entanto, depois que o objetivo inicial era alcançado, os dados geralmente eram perdidos ou inacessíveis, com altos custos de armazenamento. Este caso de uso trata de como a Meridian Energy e a Genesis Energy chegaram a usar independentemente a mesma plataforma baseada em nuvem da Cintoo para armazenar seus dados de digitalização em 3D, os desafios técnicos e organizacionais que tiveram de superar e algumas ideias sobre o futuro dessa tecnologia para Digital Twin e AEC BIM.

São apresentadas as várias opções e desafios da captura de dados. Isso inclui escaneamento a laser terrestre, fotografia panorâmica e fotogrametria 3D.

São apresentados exemplos práticos de como os dados de digitalização em 3D foram usados muito tempo depois da captura original:

Fornecer melhor contexto e conectividade de dados para ativos e equipamentos para o Digital Twin
Apoiar melhores decisões, maximizando a percepção e o entendimento da condição dos ativos
Melhorar o envolvimento, o planejamento e a comunicação do projeto
Economizar o custo do projeto e reduzir o risco

São apresentados exemplos em que diferentes tipos de dados foram integrados na mesma plataforma. As considerações sobre o gerenciamento de longo prazo desses dados são discutidas, incluindo opções econômicas para mantê-los atualizados. Ambos os proprietários de ativos estão apenas começando a arranhar a superfície do que é possível. O documento termina com uma discussão sobre os caminhos que a plataforma e essa tecnologia podem seguir no futuro e fornece algumas orientações para outros proprietários de ativos que queiram seguir o mesmo caminho.

As soluções para o gerenciamento moderno de informações de ativos podem incluir uma combinação de sistemas de gerenciamento de documentos de engenharia (EDMS), desenhos técnicos, registros de ativos, gerenciamento de nuvem de pontos 3D, gêmeos digitais, gerenciamento de modelos 3D e modelagem de informações de construção (BIM), para citar alguns. O proprietário de um ativo precisa examinar uma infinidade de produtos, fornecedores, consultores, jargões e estruturas para encontrar clareza antes de determinar o que atende às suas necessidades comerciais dentro de suas restrições operacionais.

Este documento trata da experiência da Genesis Energy e da Meridian Energy em aproveitar as vantagens das fontes modernas de dados de ativos para o Digital Twin - especificamente dados de nuvem de pontos 3D, conforme mostrado abaixo. Os dados geralmente são capturados por scanners a laser 3D ou fotogrametria, o que é explicado neste artigo.

A situação

Os dados de nuvem de pontos 3D têm sido coletados para ativos no setor de energia da Nova Zelândia há mais de uma década. Alguns exemplos anteriores de casos de uso incluem:

Projeto de firewalls ao redor de transformadores em estações hidrelétricas
Identificação de amianto na estação de Huntly
Revisão da conformidade com incêndios para as instalações da usina hidrelétrica Genesis
Avaliação das folgas de 220 kV em todos os pátios de manobra conectados à Meridian

Exemplo de desenhos técnicos ampliados com dados de nuvem de pontos 3D

Fluxos de trabalho utilizados

Scanner a laser: Terrestre, portátil e drone

Nuvem Cintoo

Software de nuvem de pontos: Faro Webshare

Software de modelagem: Autodesk ReCap

Os dados foram coletados usando scanners terrestres a laser operados por consultores. Os resultados finais foram desenhos técnicos complementados com um instantâneo dos dados da nuvem de pontos.

Em alguns casos, a nuvem de pontos foi armazenada e visualizada por meio de um software de desktop como o Autodesk ReCap®. Isso teve sucesso limitado devido às licenças limitadas em uma grande organização, aos enormes tamanhos de arquivos e aos custos de armazenamento associados às unidades de rede. Uma solução comum era armazenar os dados em discos rígidos portáteis e pen drives USB, o que tornava o compartilhamento impraticável e não era o melhor resultado do ponto de vista da segurança dos dados.

Em outros casos, os dados foram apresentados ao proprietário do ativo em visualizadores baseados em nuvem, mas o sucesso foi limitado. Em geral, isso se deveu ao uso de tipos de arquivos proprietários que limitavam o compartilhamento, a exportação e a manipulação dos dados. Em alguns casos, os dados nunca foram solicitados pelo proprietário do ativo e foram deixados com o consultor de projeto ou subcontratado de digitalização.

Soluções de metodologia

A Genesis Energy e a Meridian Energy investigaram de forma independente soluções e métodos para capturar dados de digitalização 3D, armazená-los, gerenciá-los e compartilhá-los.

Opções de captura da realidade

Há várias soluções de escaneamento da realidade disponíveis, dependendo do nível de precisão e detalhes necessários, da escala do escaneamento e do tempo disponível.

Imagens panorâmicas 360: Podem ser obtidas com soluções disponíveis comercialmente e relativamente baratas. Frequentemente obtidas automaticamente por scanners a laser terrestres. Captura rápida de dados. Algumas plataformas oferecem medição de baixa precisão. Pode ser combinada com varreduras a laser na maioria das plataformas. Por si só, não oferece o mesmo desempenho de preço que o escaneamento a laser, uma vez que as visitas ao local são consideradas.
Escaneamento a laser:
Scanners a laser terrestres - Precisão razoavelmente alta e adequada para trabalhos grandes e pequenos. Precisão de 2-3 mm, 5-10 minutos por escaneamento.

Mapeamento móvel portátil - Há várias soluções disponíveis, incluindo versões montadas em capacete/mochila, que permitem a captura rápida e de baixa qualidade de grandes áreas.

Dispositivo portátil de alta precisão - Para necessidades detalhadas de alta precisão. Precisão de 03-0,05 mm. Somente em ambientes internos, com superfícies limpas e muitos adesivos de alvo necessários, conforme mostrado abaixo.

Drone/Robótico - Adequado para locais grandes ou aplicações especiais
Fotogrametria: Dados 3D extraídos de alta resolução A precisão depende dos pontos de controle/levantamento medidos. Pode ser feita por drone ou câmera portátil. Pode ser combinada com dados de nuvem de pontos para melhorar os resultados

A Meridian e a Genesis optam por uma combinação de escaneamento a laser terrestre e aumentam essa combinação com imagens panorâmicas de 360 graus, quando viável ou eficiente, para coletar dados mais granulares.

Escaneamento portátil de alta precisão

Importância do processamento de dados

A parte mais importante e frequentemente subestimada da criação de nuvens de pontos 3D digitalmente navegáveis é o registro. O registro é o processo pelo qual as digitalizações individuais são vinculadas usando um software especial no mesmo sistema de coordenadas com dados associados, como imagens panorâmicas e mapas de profundidade, para produzir o que é chamado de digitalização estruturada.

Dependendo do método de captura da realidade, pode haver uma compensação entre o tempo gasto no local e o tempo gasto no processamento. Mais tempo no local colocando alvos de referência pode acelerar o processamento no escritório e vice-versa, onde um método de captura rápido pode resultar em um longo processamento fora do local. Ambos os proprietários de ativos escolheram métodos com base nos respectivos custos de tempo gasto no local e tempo gasto no pós-processamento.

Pode ser tentador evitar o processamento para economizar tempo e custos, armazenando dados de digitalização não estruturados depois que a finalidade específica do projeto for atendida. No entanto, isso é uma falsa economia, pois a estrutura da digitalização pode se perder e pode ser impossível fazer upload e navegar em plataformas futuras. É altamente recomendável que todas as digitalizações em 3D sejam registradas para criar digitalizações estruturadas, a fim de deixar o máximo de possibilidades futuras abertas para armazenar, manipular e usar os dados da digitalização.

O processo de registro de digitalizações 3D

A plataforma de dados é essencial

A plataforma certa para armazenar dados de nuvem de pontos 3D para gêmeos digitais e aplicativos AEC BIM é um fator crítico que determina se os dados agregam valor ao proprietário do ativo ou se são negligenciados após um único uso.

Os fatores importantes a serem considerados em uma plataforma incluem:

Proprietária ou aberta: Garanta que você não fique preso a um único sistema e que os dados possam ser transferidos livremente para outra plataforma no futuro.

Armazenamento em nuvem: Essencial para arquivos grandes, da ordem de terabytes - nem a Genesis nem a Meridian consideraram o armazenamento local viável para dados 3D em termos de custo, segurança ou ROI de experiência do usuário.

Estrutura de custos: Descobriu-se que as plataformas e soluções por usuário e por varredura limitam o dimensionamento e o uso da plataforma. O licenciamento com usuários ilimitados foi considerado essencial para a aceitação e o valor subsequente gerado pela plataforma.

Compartilhamento e colaboração: Para garantir o uso e a adoção, bem como a segurança, é imperativo o gerenciamento do compartilhamento, das permissões e do acesso remoto para vários usuários.

Segurança de TI e de dados: O logon único com segurança de TI integrada é imprescindível.

Exportação de dados: A capacidade de alguns usuários de exportar dados para ajudar no design foi considerada essencial.

Integrações com outras ferramentas e plataformas: Geralmente, são necessárias integrações inerentes ou por meio de APIs, como sistemas de gerenciamento de desenhos e plataformas BIM.

Experiência do usuário: Plataformas intuitivas com documentação completa para o usuário são importantes para reduzir a quantidade de treinamento necessário e garantir o envolvimento do usuário por usuários não técnicos e técnicos.

Funcionalidade: é essencial que todos os tipos de arquivos sejam aceitos, inclusive imagens 360º, juntamente com a rotulagem de ativos.

Depois de analisar várias opções de forma independente, os dois proprietários de ativos escolheram o Cintoo Cloud® como a plataforma ideal. Com o licenciamento por digitalização e uma boa experiência do usuário, o Cintoo Cloud atendeu a todos os requisitos, além de alguns recursos adicionais.

Painel de controle do Cintoo Cloud

Implementação e casos de uso

Tanto para a Meridian quanto para a Genesis, a implementação da plataforma Cintoo foi concluída por um revendedor local da Cintoo e por um provedor de serviços de digitalização 3D, Revisia Ltd. Alguns desafios interessantes durante o processo incluíram:

Sistemas de coordenadas: A decisão era implementar um sistema de coordenadas relativas ou georreferenciadas com controle de levantamento. Em um site, a Meridian tinha digitalizações georreferenciadas existentes para vincular as novas digitalizações. No geral, essa decisão teve mais desvantagens do que benefícios, pois todos os novos modelos, fotos ou artefatos precisavam ser pré-configurados com coordenadas ou a origem padrão (0,0,0) estenderia os limites da digitalização e travaria o sistema. As digitalizações 3D futuras foram adicionadas com coordenadas relativas a um ponto de referência fixo sem controle de levantamento.
Processamento e upload de dados históricos de digitalização: O sucesso da plataforma Cintoo fez com que os dois proprietários de ativos se esforçassem para encontrar dados antigos de nuvens de pontos em discos rígidos e servidores de arquivos em posse de consultores e empreiteiros. Embora a maioria dos dados tenha sido encontrada no formato adequado para ser carregada na Cintoo, alguns deles não foram registrados ou processados. Alguns dos dados anteriores foram perdidos pelos consultores de projeto devido à mudança de equipe e à migração de dados. Isso evidenciou por que é importante definir claramente com antecedência quais são os resultados esperados dos prestadores de serviços. Como resultado, a Meridian desenvolveu uma especificação de digitalização 3D para ajudar a esclarecer os requisitos futuros.
Mudança cultural: Havia um ceticismo interno considerável sobre os benefícios desse investimento na utilização de arquivos de nuvem de pontos. Isso está começando a mudar, com as pessoas buscando dados 3D para responder a perguntas antes de pegar o telefone, enviar um e-mail ou agendar uma visita ao local. Os dados agora são vistos como um ativo que continua a agregar valor.

Foto tirada no local e exemplo de informações contextuais de digitalizações

Escopo, projeto conceitual e caso de uso de licitação

No período de um ano desde a implementação, a Meridian aproveitou os dados de digitalização em 3D para concluir alguns projetos conceituais e propostas de fornecimento de equipamentos ou serviços de construção sem uma visita ao local para o consultor de projeto ou fabricante.

Substituições de TCs de 220 kV em pátios de manobra - Projeto conceitual, avaliações de liberação e licitação, tudo realizado remotamente
Substituições de transformadores de serviços locais - Projeto conceitual, avaliação de opções, trabalhos no local e licitação, tudo concluído remotamente
Vários trabalhos envolvendo estimativa de quantidade de andaimes, cabos e tubulações antes de viajar para o local

Caso de uso de iterações de design de gêmeos digitais mais rápidas

As equipes de projeto remoto geralmente precisam verificar conflitos, ajustes e informações contextuais no local durante o projeto. Exemplos típicos incluem: qual é o tamanho da penetração do piso ou se esse painel caberá?

Medidas ortográficas para verificar o ajuste e um exemplo de equipamento instalado no local

Esses tipos de dúvidas técnicas levam a atrasos, aumento da demanda das equipes de campo para investigar ou visitas adicionais ao local para resolver. Descobriu-se que ter os dados da digitalização em 3D reduziu substancialmente o tempo, o custo, os recursos e as emissões de carbono necessários para resolver as dúvidas técnicas do projeto, pois os projetistas podiam verificar e medir os itens por si mesmos.

Os dados também permitiram reduzir os riscos do projeto. As unidades nos locais de geração são idênticas na teoria, mas nem sempre na prática, conforme mostrado abaixo, o que leva a mudanças inesperadas de última hora no projeto. Em várias ocasiões, as digitalizações em 3D permitiram que os engenheiros identificassem as diferenças entre as unidades, evitando erros.

Um grande projeto de atualização de automação na estação hidrelétrica de Manapouri realizou uma digitalização completa em 3D do local, incluindo a infraestrutura localizada a 200 metros de profundidade. Em um ano, o investimento nos dados gerou um retorno positivo sobre o investimento original por meio da resolução mais rápida de consultas técnicas, menos visitas ao local e menor risco de conflitos de projeto. Esse processo também proporcionou benefícios semelhantes para vários projetos subsequentes, incluindo obras de proteção contra incêndio, atualizações de iluminação de emergência e substituição de transformadores.

Diferenças mostradas de unidades idênticas que foram instaladas de forma diferente no mesmo local

Caso de uso da progressão do projeto em um ambiente COVID

A Meridian implementou a plataforma Cintoo e fez o upload de todos os dados de varredura novos e históricos antes de alguns dos bloqueios da Covid-19. Os dados e a plataforma se tornaram mais valiosos em um ambiente com viagens restritas entre os locais de geração. Os projetos na fase conceitual e de design receberam uma ajuda, pois puderam continuar progredindo apesar das restrições às visitas aos locais.

A Genesis conseguiu progredir em um projeto na usina de Tuai durante um período de lockdown da Covid-19 no final de 2019. O projeto foi concebido, coordenado e construído enquanto os empreiteiros e consultores de projeto estavam impedidos de visitar o local para validar as medições. O uso dos dados de digitalização em 3D ajudou o consultor de projeto a entender as áreas de interesse e também a evitar conflitos resolvidos, ao mesmo tempo em que validava os limites no local pela equipe da Genesis Energy. Isso levou à criação bem-sucedida de desenhos de construção, conforme mostrado, sem uma visita ao local pelo consultor de projeto.

Desenhos de construção criados com dados de digitalização 3D e trabalhos no local

Caso de uso de identificação de perigos

Um dos primeiros usos em larga escala de dados de nuvem de pontos 3D na Genesis foi a criação de um registro virtual de riscos conhecidos/suspeitos de amianto na usina de Huntly. O sucesso inicial desse trabalho foi limitado pela plataforma Faro webshare® que hospedava esses dados devido às restrições de licenciamento inerentes, à falta de estabilidade e à exigência de tipos de arquivos proprietários. A nova plataforma Cintoo não tinha nenhuma dessas restrições e os riscos do amianto estarão visíveis para qualquer pessoa usando recursos como anotações e a função "assets", que permite a rotulagem estruturada de componentes na digitalização.

A análise de eventos após incidentes de saúde e segurança ou eventos de segurança de processos geralmente envolve várias partes, algumas das quais podem não estar familiarizadas com o local. As digitalizações em 3D têm sido usadas durante discussões em equipe para fornecer a todos informações contextuais sobre o local onde o incidente ou evento ocorreu e o que havia na área ao redor. Com o Cintoo Cloud, todos os usuários podem se beneficiar da colaboração das várias versões anteriores da captura de dados da realidade que ocorreram. Além disso, todas as partes envolvidas têm evidências colaborativas de suas anotações de trabalho e histórico para apoiar totalmente seus esforços e anotações de trabalho.

Colocação de IDs de gêmeos digitais em ativos usando o Cintoo Cloud

Oportunidades e desafios futuros

Oportunidade de dados de modelo 3D

A Genesis tem planos de armazenar modelos 3D na plataforma Cintoo. Isso permite que os modelos sejam sobrepostos aos dados de digitalização e visualizados no contexto com o restante do ativo. Um exemplo dessa funcionalidade é mostrado abaixo, onde um modelo de uma plataforma de trabalho elevada foi criado a partir de dados de nuvem de pontos capturados enquanto estava estacionada no local. O modelo pode então ser colocado no escaneamento e movido.

O Cintoo oferece um recurso adicional que acelera a criação e a integração de modelos 3D. Uma seção de dados de nuvem de pontos pode ser exportada como uma malha vendida, permitindo que ela seja aberta diretamente em um pacote de software de modelagem 3D.

Sobreposição de um objeto gerado por modelo 3D na digitalização

Desafio de manter os dados atualizados

Uma pergunta frequente sobre os dados é "como eles serão mantidos atualizados?" No curto espaço de tempo desde a implementação, há várias opções planejadas, conforme listado abaixo, na ordem do menor custo para o mais caro.

Anotação: As alterações na planta podem ser anotadas na plataforma de digitalização 3D de maneira semelhante às marcações de linha vermelha em desenhos técnicos
Fotografia 360: Fotos panorâmicas atualizadas das alterações podem ser sobrepostas à digitalização por um custo adicional mínimo
Modelo 3D: Modelos 3D de alterações na planta podem ser sobrepostos à digitalização
Varreduras atualizadas: Se os dados continuarem a agregar valor, pode haver um caso de negócios para a realização de novas varreduras de rotina, conforme mostrado abaixo.

Comparação da imagem de digitalização 3D antes e depois da substituição de um transformador

Modelos de informações de construção (BIM) e gêmeos digitais

O trabalho descrito neste documento é um pequeno passo em um roteiro abrangente para aproveitar os mais recentes paradigmas e estruturas de modelagem de informações de ativos. Muitos outros proprietários de ativos enfrentaram esse problema com iniciativas estratégicas, como a implementação de processos, software, padrões e administração de modelagem de informações de construção (BIM). Vários fornecedores agora oferecem plataformas de gêmeos digitais, proporcionando um único "painel de vidro" para visualizar e implementar tudo, desde dados de ativos em tempo real até desenhos, análises preditivas, documentação, registros de manutenção, modelos 3D e dados de digitalização.

A abordagem apresentada neste documento foi adotada de forma independente pela Genesis e pela Meridian, pois atendia às suas necessidades e restrições comerciais. Ela exigiu um mínimo de recursos internos para ser implementada e teve um curto período de tempo desde o início até o retorno verificável do investimento. E o mais importante é que ele não impede ou dificulta futuros roteiros em um caminho BIM ou gêmeo digital, pois os dados podem ser integrados, vinculados ou migrados quando necessário.

Conclusões

Novas soluções, como a Cintoo Cloud, iniciaram uma mudança de paradigma em que os dados de digitalização em 3D são tratados como um ativo que continua a agregar valor muito tempo depois de sua finalidade original ter sido atingida. A solução apresentada pode ser adequada para outros proprietários de ativos que buscam um ponto econômico ideal entre a abordagem anterior "use e depois esqueça" e o "padrão ouro" de modelagem de informações de construção (BIM) mais predominante no desenvolvimento de campos verdes.

Grandes obras de capital multidisciplinares são alguns dos beneficiários e coletores imediatos de dados 3D do local. Os projetos geralmente concluem uma digitalização 3D as-built do local existente no início. Em locais remotos, a economia identificada abaixo foi maior do que em locais mais acessíveis. A tecnologia não elimina as visitas ao local, mas permite que elas sejam mais direcionadas e informadas, reduzindo assim os custos e o tempo. Além disso, os usuários descobriram que as digitalizações complementam a fotografia do local, fornecendo contexto e reduzindo a quantidade de fotos necessárias para informar o trabalho de design.

Uma abordagem simples para o gerenciamento de dados de digitalização em 3D foi apresentada com base em experiências independentes da Meridian e da Genesis Energy. Ela envolveu a coleta de dados de nuvem de pontos 3D novos e antigos, anteriormente armazenados em uma série de locais indesejáveis, e sua migração para uma única plataforma baseada em nuvem chamada Cintoo Cloud®. Isso liberou o valor potencial dos dados 3D Digital Twin e AEC BIM para centenas de pessoas que trabalham com ativos de eletricidade muito tempo depois de terem servido ao seu propósito inicial para um projeto específico.

Ambas as empresas experimentaram o uso de dados de nuvem de pontos 3D em uma série de casos de uso que reduziram os prazos, os custos e os riscos do projeto, aumentando a colaboração. Os sinais de resultado são óbvios, e uma mudança cultural foi observada com maior uso dos dados interna e externamente para resolver problemas.

O sucesso desse trabalho abre muitas oportunidades e desafios futuros, incluindo uma mudança para integrar modelos 3D, oferecer tours de ativos e manter os dados atualizados para que continuem agregando valor. Alguns exemplos de benefícios obtidos incluem a continuidade do trabalho de design por meio de bloqueios devido à Covid-19, reduções de emissões de carbono devido a menos viagens ao local e comunicação mais informada entre as partes com base no contexto físico.

Foram apresentados exemplos práticos de como os dados de digitalização 3D foram usados muito tempo depois da captura original:

Fornecer melhor contexto de gêmeo digital e conectividade de dados para ativos e equipamentos
Apoiar melhores decisões, maximizando a percepção e o entendimento da condição dos ativos
Melhorar o envolvimento, o planejamento e a comunicação do projeto
Economizar o custo do projeto e reduzir o risco