História do cliente: Meridian & Genesis Energy

Como optimizar os dados de digitalização 3D para gémeos digitais

Empresas líderes em energia optimizam as suas digitalizações digitais 3D para aplicações de gémeos digitais

"Com o Cintoo, muitos especialistas e não especialistas no escritório estão virtualmente a navegar nas centrais eléctricas e a fazer medições a partir dos seus monitores. Todos estão a tirar partido das digitalizações 3D Digital Twin muito depois de o objetivo inicial de captura ter sido atingido."

Pergaminho

Yanosh Irani,

Equipa de digitalização e modelação 3D
Meridian Energy Ltd

Antecedentes

Muitos proprietários de activos têm vindo a captar dados de digitalização 3D há mais de uma década para ajudar em casos específicos de conceção, construção, manutenção ou operações para aplicações AEC BIM ou Digital Twin. No entanto, depois de cumprido o objetivo inicial, os dados eram normalmente perdidos ou inacessíveis, com custos de armazenamento elevados. Este caso de utilização explica como a Meridian Energy e a Genesis Energy chegaram, de forma independente, à utilização da mesma plataforma baseada na nuvem da Cintoo para armazenar os seus dados de digitalização 3D, os desafios técnicos e organizacionais que tiveram de ultrapassar e algumas ideias sobre o futuro desta tecnologia para Digital Twin e AEC BIM.

São apresentadas as várias opções e desafios com a recolha de dados. Isto inclui digitalização a laser terrestre, fotografia panorâmica e fotogrametria 3D.

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

Fornecer melhor contexto e conectividade de dados para bens e equipamento para Gémeos Digitais
Apoiar melhores decisões, maximizando a percepção e compreensão da condição dos bens
Melhorar o envolvimento, planeamento e comunicação do projecto
Poupar custos do projecto enquanto reduz o risco

São apresentados exemplos em que diferentes tipos de dados foram integrados na mesma plataforma. São discutidas considerações sobre a gestão a longo prazo destes dados, incluindo opções rentáveis para os manter actualizados. Ambos os proprietários de activos apenas começaram a arranhar a superfície do que é possível. O documento termina com uma discussão sobre os caminhos futuros que a plataforma e esta tecnologia poderão seguir e fornece algumas orientações para quaisquer outros proprietários de activos que pretendam seguir o mesmo caminho.

As soluções para a gestão moderna da informação sobre activos podem incluir uma combinação de Sistemas de Gestão de Documentos de Engenharia (EDMS), desenhos técnicos, registos de activos, gestão de nuvens de pontos 3D, gémeos digitais, gestão de modelos 3D e Modelação da Informação da Construção (BIM), para citar alguns. O proprietário de um ativo tem de analisar uma miríade de produtos, fornecedores, consultores, jargão e enquadramentos para encontrar clareza antes de determinar o que satisfaz as suas necessidades comerciais dentro das suas limitações operacionais.

Este documento trata da experiência da Genesis Energy e da Meridian Energy que tiram partido de fontes modernas de dados de activos para o Digital Twin - especificamente dados de nuvens de pontos 3D, como se mostra abaixo. Os dados são normalmente capturados por scanners laser 3D ou fotogrametria, o que é explicado neste artigo.

A Situação

Há mais de uma década que se recolhem dados de nuvens de pontos 3D para bens na indústria energética da Nova Zelândia. Alguns exemplos anteriores de casos de utilização incluem:

Concepção de firewalls em torno de transformadores em estações hidroeléctricas
Identificação do amianto na estação Huntly
Revisão de conformidade com o fogo para sítios hidrográficos Genesis
Avaliação das autorizações de 220 kV em todos os pátios de distribuição ligados ao Meridian

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

Fluxos de trabalho utilizados

Scanner laser: Terrestre, de mão e drone

Nuvem de Cintoo

Software de nuvens de pontos: Faro Webshare

Software de modelação: Autodesk ReCap

Os dados foram recolhidos utilizando scanners laser terrestres operados por consultores. Os resultados finais foram desenhos técnicos aumentados com um instantâneo dos dados da nuvem de pontos.

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

Noutros casos, os dados foram apresentados ao proprietário do ativo em visualizadores baseados na nuvem, mas estes tiveram um sucesso limitado. Isto deveu-se geralmente à utilização de tipos de ficheiros proprietários que limitavam a partilha, 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 o subcontratante de digitalização.

Soluções metodológicas

Genesis Energy e Meridian Energy investigaram independentemente soluções e métodos para a captura de dados de varrimento 3D, armazenamento, gestão e partilha dos mesmos.

Opções de captura da realidade

Há múltiplas soluções de digitalização da realidade disponíveis dependendo do nível de precisão e detalhe requerido, da escala da digitalização e do tempo disponível.

Imagens panorâmicas de 360º: Podem ser obtidas com soluções relativamente baratas disponíveis no mercado. Frequentemente obtidas automaticamente por scanners laser terrestres. Captura rápida de dados. Algumas plataformas oferecem medições de baixa precisão. Pode ser combinada com varrimentos laser na maioria das plataformas. Por si só, não oferece o mesmo desempenho em termos de preço que a varredura a laser, uma vez que as visitas ao local são consideradas.
Digitalização a laser:
Scanners laser terrestres - Precisão razoavelmente elevada e adequados para trabalhos grandes e pequenos. Precisão de 2-3 mm, 5-10 minutos por digitalização.

Cartografia móvel portátil - Estão disponíveis várias soluções, incluindo versões montadas em capacetes/mochilas que permitem a captação rápida e de baixa qualidade de grandes áreas.

Unidade portátil de alta precisão - Para necessidades detalhadas de alta precisão. Precisão de 03-0,05 mm. Apenas em interiores com superfícies limpas e muitos autocolantes de alvos necessários, como se mostra abaixo.

Drone/Robótico - Adequado para locais de grandes dimensões ou aplicações especiais
Fotogrametria: Dados 3D extraídos de alta resolução A precisão depende dos pontos de controlo/levantamento medidos. Pode ser efectuada através de um drone ou de uma câmara portátil. Pode ser combinada com dados de nuvens de pontos para melhorar os resultados

A Meridian e a Genesis optam por uma combinação de digitalização laser terrestre e aumentam-na com imagens panorâmicas de 360º sempre que possível ou eficiente para recolher dados mais granulares.

Digitalização Manual 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 registo. O registo é o processo pelo qual as digitalizações individuais são ligadas entre si utilizando um software especial no mesmo sistema de coordenadas com dados associados, como imagens panorâmicas e mapas de profundidade, para produzir aquilo a que se chama uma digitalização estruturada.

Dependendo do método de captação da realidade, pode haver um compromisso 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 num processamento demorado fora do local. Ambos os proprietários de activos escolheram métodos com base nos custos respectivos do tempo gasto no local e do tempo gasto no pós-processamento.

Pode ser tentador evitar o processamento para poupar tempo e custos, armazenando dados de digitalização não estruturados depois de cumprido o objetivo específico do projeto. No entanto, trata-se de uma falsa economia, uma vez que a estrutura da digitalização pode perder-se e pode ser impossível carregar e navegar em plataformas futuras. Recomenda-se vivamente que todas as digitalizações 3D sejam registadas para criar digitalizações estruturadas, de modo a permitir o máximo de possibilidades futuras de armazenamento, manipulação e utilização dos dados de digitalização.

O processo de registo das digitalizações 3D

A Plataforma de Dados é Essencial

A plataforma certa para armazenar dados de nuvens de pontos 3D para gémeos digitais e aplicações AEC BIM é um fator crítico que determina se os dados acrescentam valor ao proprietário do ativo ou se são negligenciados após uma única utilização.

Os factores importantes a considerar numa plataforma incluem:

Proprietária vs Aberta: Assegurar que não fica preso a um único sistema e que os dados podem ser transferidos livremente para outra plataforma no futuro.

Armazenamento na nuvem: Essencial para ficheiros de grandes dimensões, na ordem dos terabytes - nem a Genesis nem a Meridian consideraram o armazenamento no local viável para os dados 3D em termos de custos, segurança ou ROI da experiência do utilizador.

Estrutura de custos: Verificou-se que as plataformas e as soluções baseadas em custos por utilizador e por digitalização limitavam a expansão e a utilização da plataforma. O licenciamento com utilizadores ilimitados foi considerado fundamental para a aceitação e o subsequente valor gerado pela plataforma.

Partilha e colaboração: Para garantir a utilização e a adoção, bem como a segurança, é imperativo gerir a partilha, as permissões e o acesso remoto de vários utilizadores.

Segurança informática e dos dados: O início de sessão único com segurança informática integrada é uma obrigação.

Exportação de dados: A possibilidade de alguns utilizadores exportarem dados para ajudar na conceção foi considerada essencial.

Integrações com outras ferramentas e plataformas: É normalmente necessária, por inerência ou através de API, a integração com sistemas de gestão de desenhos e plataformas BIM.

Experiência do utilizador: As plataformas intuitivas com documentação completa para o utilizador são importantes para reduzir a quantidade de formação necessária e garantir a participação de utilizadores não técnicos e técnicos.

Funcionalidade: É essencial que todos os tipos de ficheiros sejam aceites, incluindo imagens 360º, juntamente com a etiquetagem de activos.

Depois de analisarem várias opções, ambos os proprietários de bens seleccionaram independentemente a Cintoo Cloud® como a plataforma ideal. Com o licenciamento por digitalização e uma boa experiência do utilizador, o Cintoo Cloud satisfazia todos os requisitos, juntamente com algumas funcionalidades adicionais.

Cintoo Cloud Dashboard

Casos de implementação e utilização

Tanto para a Meridian como para a Genesis, a implementação da plataforma Cintoo foi efectuada por um revendedor Cintoo local e por um fornecedor 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 controlo de levantamento. No caso de um sítio, a Meridian dispunha de digitalizações geo-referenciadas existentes para ligar as novas digitalizações. No cômputo geral, esta decisão teve mais desvantagens do que vantagens, uma vez que todos os novos modelos, fotografias ou artefactos tiveram de ser pré-configurados com coordenadas ou a origem predefinida (0,0,0) iria alargar os limites da digitalização e bloquear o sistema. As futuras digitalizações 3D foram adicionadas com coordenadas relativas a um ponto de referência fixo, sem controlo de levantamento.
Processamento e carregamento de dados históricos de digitalização: O sucesso da plataforma Cintoo fez com que ambos os proprietários de activos se esforçassem por encontrar dados antigos de nuvens de pontos em discos rígidos e servidores de ficheiros na posse de consultores e empreiteiros. Embora a maioria dos dados tenha sido encontrada no formato adequado para ser carregada na Cintoo, alguns dos dados não foram registados ou processados. Alguns dos dados anteriores foram perdidos pelos consultores de projeto devido à mudança de pessoal e à migração de dados. Este facto evidenciou a importância de definir claramente, com antecedência, os resultados esperados dos prestadores de serviços. Como resultado, a Meridian desenvolveu uma especificação de digitalização 3D para ajudar a clarificar os requisitos futuros.
Mudança cultural: Havia um considerável ceticismo interno quanto aos benefícios deste investimento na utilização de ficheiros de nuvens de pontos. Esta situação está a começar a mudar, com as pessoas a recorrerem aos dados 3D para responder a perguntas antes de pegarem no telefone, enviarem um e-mail ou agendarem uma visita ao local. Os dados são agora vistos como um ativo que continua a acrescentar valor.

Foto tirada no local e exemplo de informação contextual de varreduras

Âmbito de aplicação, Concepção do conceito e caso de utilização de concurso

No ano desde a implementação, a Meridian aproveitou os dados de digitalização 3D para completar um punhado de concepções e concursos para fornecimento de equipamento ou serviços de construção sem uma visita ao local para o consultor de concepção ou fabricante.

Substituições de CT de 220 kV no pátio de comutação - Concepção do conceito, avaliações de espaço livre e concursos, todos realizados remotamente
Substituições de transformadores de serviços locais - Concepção do conceito, avaliação de opções, trabalhos no local e concurso, todos concluídos remotamente
Vários trabalhos que envolvem a estimativa da quantidade de andaimes, cabos e tubagens antes de viajar para o local

Caso de utilização de iterações de desenho de gémeos digitais mais rápidos

As equipas de desenho à distância encontram-se muitas vezes a precisar de verificar os confrontos, as informações de ajuste e contextuais no local durante o desenho. Exemplos típicos incluem quão grande é a penetração do pavimento ou será que este painel vai caber?

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

Este tipo de questões técnicas leva a atrasos, ao aumento da procura de equipas de obra para investigar ou a visitas adicionais à obra para as resolver. Verificou-se que a existência de dados de digitalização 3D reduziu substancialmente o tempo, os custos, os recursos e as emissões de carbono necessários para resolver questões técnicas de projeto, uma vez que os projectistas podiam verificar e medir os elementos por si próprios.

Os dados também permitiram reduzir os riscos de projeto. As unidades nos locais de produção são teoricamente idênticas, mas nem sempre o são na prática, como se mostra abaixo, o que leva a alterações inesperadas de última hora no projeto. Em várias ocasiões, as digitalizações 3D permitiram aos engenheiros identificar as diferenças entre as unidades, evitando erros.

Um grande projeto de atualização da automação na estação hidroelétrica de Manapouri realizou uma digitalização 3D completa do local, incluindo a infraestrutura localizada a 200 metros de profundidade. Num ano, o investimento nos dados gerou um retorno positivo sobre o investimento original através de uma resolução mais rápida de questões técnicas, menos visitas ao local e menor risco de conflitos de conceção. Este processo também proporcionou benefícios semelhantes para uma série de projectos subsequentes, incluindo trabalhos de proteção contra incêndios, actualizações de iluminação de emergência e substituições de transformadores.

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

Progressão do projecto num caso de utilização em ambiente COVID

A Meridian implementou a plataforma Cintoo e carregou todos os dados de digitalização novos e históricos antes de alguns dos confinamentos da Covid-19. Os dados e a plataforma tornaram-se mais valiosos num ambiente com viagens restritas entre locais de produção. Os projectos na fase concetual e de conceção receberam uma ajuda preciosa, uma vez que podiam continuar a progredir apesar das restrições às visitas aos locais.

A Genesis conseguiu avançar com um projeto na central elétrica de Tuai durante um período de confinamento devido à COVID-19 no final de 2019. O projeto foi concebido, coordenado e construído enquanto os empreiteiros e consultores de design estavam impedidos de visitar o local para validar as medições. A utilização dos dados de digitalização em 3D ajudou o consultor de projeto a compreender as áreas de interesse e também a evitar conflitos resolvidos, ao mesmo tempo que validava os limites das fronteiras no local pela equipa da Genesis Energy. Este facto levou à criação bem sucedida de desenhos de construção, tal como apresentado, sem uma visita ao local por parte do consultor de projeto.

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

Caso de utilização de identificação de perigos

Uma das primeiras utilizações em grande escala de dados de nuvens de pontos 3D no Genesis foi a criação de um registo virtual de riscos de amianto conhecidos/suspeitos na central eléctrica de Huntly. O sucesso inicial deste trabalho foi limitado pela plataforma Faro webshare® que alojava estes dados devido às suas restrições de licenciamento inerentes, à falta de estabilidade e à exigência de tipos de ficheiros proprietários. A nova plataforma Cintoo não tem nenhuma destas restrições e os riscos de amianto serão visíveis para qualquer pessoa, utilizando funcionalidades como anotações e a função "assets", que permite a rotulagem estruturada dos componentes na digitalização.

A análise de eventos após incidentes de saúde e segurança ou eventos de segurança de processos envolve normalmente várias partes, algumas das quais podem não estar familiarizadas com o local. As digitalizações 3D têm sido utilizadas durante as discussões de equipa para fornecer a todos informações contextuais sobre o local onde ocorreu o incidente ou evento e o que se encontrava na área circundante. Com o Cintoo Cloud, todos os utilizadores podem beneficiar da colaboração das várias versões anteriores da captura de dados da realidade que tiveram lugar. Além disso, todas as partes envolvidas dispõem de provas colaborativas das suas notas de trabalho e do seu historial para apoiar plenamente os seus esforços e notas de trabalho.

Atribuição de IDs gémeos digitais a activos utilizando Cintoo Cloud

Oportunidades e desafios futuros

Oportunidade de dados de modelo 3D

A Genesis tem planos para armazenar modelos 3D na plataforma Cintoo. Isto permite que os modelos sejam sobrepostos nos dados de digitalização e visualizados no contexto do resto do ativo. Um exemplo desta funcionalidade é mostrado abaixo, onde um modelo de uma plataforma de trabalho elevada foi criado a partir de dados de nuvens de pontos capturados enquanto estacionada no local. O modelo pode então ser colocado no scanner e deslocado.

O Cintoo oferece uma funcionalidade adicional que acelera a criação e a integração de modelos 3D. Uma secção de dados da nuvem de pontos pode então ser exportada como uma malha vendida, permitindo a sua abertura direta num pacote de software de modelação 3D.

Sobreposição de um objecto gerado por um modelo 3D no scan

Manter os dados actualizados desafio

Uma pergunta frequentemente colocada sobre os dados é "como serão mantidos actualizados". No curto espaço de tempo decorrido desde a implementação, existe uma série de opções planeadas, tal como listadas abaixo, na ordem dos custos mais baixos para os mais caros.

Anotação: As alterações à planta podem ser anotadas na plataforma de digitalização 3D de forma semelhante às marcações de linha vermelha em desenhos técnicos
Fotografia 360: Podem ser sobrepostas fotografias panorâmicas actualizadas das alterações na digitalização por um custo adicional mínimo
Modelo 3D: Os modelos 3D das alterações das plantas podem ser sobrepostos na digitalização
Análises actualizadas: Se os dados continuarem a acrescentar valor, pode haver uma justificação comercial para efetuar novos exames de rotina, como se vê abaixo.

Comparação da imagem digitalizada em 3D antes e depois de uma substituição do transformador

Modelos de Informação de Construção (BIM) e Gémeos Digitais

O trabalho descrito neste documento é um pequeno passo num roteiro abrangente para tirar partido dos mais recentes paradigmas e quadros de modelação da informação sobre activos. Muitos outros proprietários de activos abordaram esta questão com iniciativas estratégicas, como a implementação de processos, software, normas e administração de modelação da informação da construção (BIM). Vários fornecedores oferecem agora plataformas gémeas digitais que proporcionam um único "painel de vidro" para visualizar e implementar tudo, desde dados de activos em tempo real a desenhos, análises preditivas, documentação, registos de manutenção, modelos 3D e dados de digitalização.

A abordagem apresentada neste documento foi adoptada de forma independente pela Genesis e pela Meridian, uma vez que satisfazia as suas necessidades e restrições comerciais. Exigiu um mínimo de recursos internos para a sua implementação e teve um curto período de tempo desde o início até ao retorno verificável do investimento. Mais importante ainda, não impede ou dificulta futuros roteiros numa via BIM ou de gémeo digital, uma vez que os dados podem ser integrados, ligados ou migrados quando necessário.

Conclusões

Novas soluções como o Cintoo Cloud iniciaram uma mudança de paradigma onde os dados de varrimento 3D são tratados como um bem que continua a acrescentar valor muito depois de o seu objectivo original ter sido alcançado. A solução apresentada pode servir a outros proprietários de bens que procuram um ponto doce económico entre a abordagem anterior "use-o e depois esqueça-o" e o "padrão de ouro" da modelação de informação de construção (BIM) mais prevalecente no desenvolvimento de campos verdes.

Grandes obras de capital multidisciplinar são alguns dos beneficiários imediatos e colectores de dados de sítios 3D. Os projectos completam frequentemente, no início, um scan as-built 3D do sítio existente. Em sítios remotos, as poupanças identificadas abaixo foram maiores do que em sítios mais acessíveis. A tecnologia não elimina as visitas aos locais, mas permite que estes sejam mais direccionados e informados, reduzindo assim os custos e o tempo. Além disso, os utilizadores descobriram que as digitalizações complementam a fotografia do local, fornecendo contexto e reduzindo a quantidade de fotografias necessárias para informar o trabalho de concepção.

Foi apresentada uma abordagem simples à gestão de dados de digitalização 3D baseada em experiências independentes tanto de Meridian como de Genesis Energy. Envolveu tomar novos e antigos dados de nuvens de pontos 3D previamente armazenados numa série de locais indesejáveis e migrá-los para uma única plataforma baseada em nuvens chamada Cintoo Cloud®. Isto desbloqueou o valor potencial dos dados 3D Digital Twin e AEC BIM para centenas de pessoas que trabalhavam em activos de electricidade muito depois de ter servido o seu objectivo inicial para um projecto específico.

Ambas as empresas experimentaram a utilização de dados de nuvens de pontos 3D para uma gama de casos de utilização que reduziram os prazos, custos e riscos do projecto, ao mesmo tempo que aumentaram a colaboração. Os sinais de fruição são óbvios, tendo sido observada uma mudança cultural com uma maior utilização dos dados a nível interno e externo para a resolução de problemas.

O sucesso deste trabalho abre muitas oportunidades e desafios futuros, incluindo uma mudança para integrar modelos 3D, fornecer excursões de bens e manter os dados actualizados de modo a continuar a acrescentar valor. Alguns exemplos de benefícios realizados incluem a continuidade do trabalho de concepção através de lockdowns Covid-19, reduções de emissões de carbono a partir de 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 utilizados muito depois da captura original:

Fornecer um melhor contexto digital de gémeos e conectividade de dados para bens e equipamento
Apoiar melhores decisões, maximizando a percepção e compreensão da condição dos bens
Melhorar o envolvimento, planeamento e comunicação do projecto
Poupar custos do projecto enquanto reduz o risco