História do cliente: Meridian & Genesis Energy
Como optimizar os dados de digitalização 3D para gémeos digitais
"Com o Cintoo, muitos peritos e não peritos no escritório estão praticamente a navegar nas centrais eléctricas e a tirar medidas dos seus monitores. Todos estão a obter valor das digitalizações 3D Digital Twin muito depois de o objectivo inicial de captação ter sido alcançado".
Yanosh Irani,
3D Scan & Modeling Team
Meridian Energy Ltd
Antecedentes
Muitos proprietários de bens têm vindo a captar dados de digitalização 3D há mais de uma década para ajudar em casos específicos de concepção, construção, manutenção ou operações para aplicações AEC BIM ou Digital Twin. No entanto, após esse objectivo inicial ter sido alcançado, os dados eram geralmente perdidos ou inacessíveis com elevados custos de armazenamento. Este caso de utilização é sobre como Meridian Energy e Genesis Energy chegaram independentemente a utilizar a mesma plataforma baseada na nuvem da Cintoo para armazenar os seus dados de digitalização 3D, os desafios técnicos e organizacionais que tinham de superar, e algumas reflexões 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 dados 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 só agora começaram a riscar a superfície do que é possível. O documento termina com uma discussão sobre os caminhos futuros que a plataforma e esta tecnologia poderiam tomar e fornece alguma orientação para quaisquer outros proprietários de activos que pretendam percorrer o mesmo caminho.
As soluções para a gestão moderna de informação de bens podem incluir uma combinação de Sistemas de Gestão de Documentos de Engenharia (EDMS), desenhos técnicos, registos de bens, gestão de nuvens de pontos 3D, gémeos digitais, gestão de modelos 3D e Modelação de Informação de Edifícios (BIM), para citar alguns. Um proprietário de bens deve peneirar através de uma miríade de produtos, fornecedores, consultores, jargão e estruturas para encontrar clareza antes de determinar o que satisfaz as suas necessidades comerciais dentro das suas restrições operacionais.
Este artigo é sobre a experiência da Genesis Energy e Meridian Energy tirando partido das modernas fontes de dados de activos para Gémeos Digitais - 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
- Software de nuvens de pontos: Faro Webshare
- Nuvem de Cintoo
- Software de modelação: Autodesk ReCap
Os dados foram recolhidos utilizando scanners laser terrestres operados por consultores. Os resultados finais eram 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 a licenças limitadas numa grande organização, enormes tamanhos de ficheiros e custos de armazenamento associados para unidades de rede. Uma solução comum era armazenar os dados em discos rígidos portáteis e unidades de polegar 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 dos activos em telespectadores baseados na nuvem, mas estes tiveram um sucesso limitado. Isto deveu-se geralmente à utilização de tipos de ficheiros proprietários que limitaram a partilha, exportação e manipulação dos dados. Em alguns casos, os dados nunca foram solicitados pelo proprietário do activo e foram deixados com o consultor de design ou subempreiteiro 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.
- 360 imagens panorâmicas: Podem ser tiradas com soluções relativamente baratas disponíveis comercialmente. Frequentemente tomadas automaticamente por scanners laser terrestres. Captura rápida de dados. Algumas plataformas oferecem medições de baixa precisão. Pode ser combinado com scanners a laser na maioria das plataformas. Por si só, não oferece o mesmo desempenho de preço que a digitalização a laser, uma vez consideradas as visitas ao local.
2. Digitalização a laser: Scanners laserterrestres - Razoavelmente de alta precisão e adequados para trabalhos grandes e pequenos. Precisão de 2-3 mm, 5-10 mins por varrimento.
Cartografia móvel portátil - Estão disponíveis numerosas soluções, incluindo versões montadas em capacete/mochila que permitem a captura rápida e de baixa qualidade de grandes áreas.
Portátil de alta precisão - Para necessidades detalhadas de alta precisão. 03-0.05 mm Precisão. Interior apenas com superfícies limpas e muitos autocolantes de alvo necessários, como se mostra abaixo.
Drone/Robotic - Adequado para grandes sítios ou aplicações especiais
- Fotogrametria: Dados 3D extraídos de alta resolução A precisão depende dos pontos de controlo/levantamento medidos. Pode ser feito através de drone ou câmara fotográfica portátil. Pode ser combinado com dados de nuvens de pontos para melhorar os resultados
Meridian e Genesis optam por combinar a digitalização terrestre a laser e aumentá-la com 360 imagens panorâmicas 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 muitas vezes subestimada da criação de nuvens de pontos 3D navegáveis digitalmente é o registo. O registo é o processo pelo qual as varreduras individuais são ligadas entre si utilizando 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 varredura estruturada.
Dependendo do método de captura da realidade, pode haver um trade-off entre o tempo gasto no local e o tempo de processamento. Mais tempo no local colocando alvos de referência pode acelerar o processamento no escritório e vice-versa, onde um método de captura rápida pode resultar num longo processamento fora do local. Ambos os proprietários de bens escolheram métodos baseados nos respectivos custos 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 scan não estruturados uma vez cumprida a finalidade específica do projecto. Contudo, esta é uma falsa economia, uma vez que a estrutura do scan pode perder-se e pode ser impossível carregar e navegar em plataformas futuras. É altamente recomendável que todas as varreduras 3D sejam registadas para criar varreduras estruturadas de modo a deixar as mais futuras possibilidades abertas para armazenamento, manipulação e utilização dos dados de varrimento.
O processo de registo das digitalizações 3D
A Plataforma de Dados é Essencial
A plataforma certa para o armazenamento de dados em nuvem de pontos 3D para gémeos digitais e aplicações AEC BIM é um factor crítico que determina se os dados acrescentam valor ao proprietário do activo ou se são negligenciados após uma única utilização.
Factores importantes a considerar numa plataforma incluem:
Proprietário vs Aberto: Certifique-se de que não fica trancado num único sistema e que os dados podem ser livremente movidos para outra plataforma no futuro.
Armazenamento em nuvem: Essencial para ficheiros de grandes dimensões na ordem dos terabytes - nem Genesis nem Meridian consideraram o armazenamento no local viável para dados 3D a partir de um ROI de custo, segurança ou experiência do utilizador.
Estrutura de custos: Foram encontradas plataformas e soluções por utilizador, por varrimento, para limitar a escala e a utilização da plataforma. O licenciamento com utilizadores ilimitados foi considerado crítico para a aceitação e subsequente valor gerado pela plataforma.
Partilha e colaboração: Para assegurar a utilização e a adopção, bem como a segurança, é imperativo gerir a partilha e as permissões e o acesso remoto para múltiplos utilizadores.
TI e segurança de dados: A sinalização única com segurança informática integrada é uma obrigação.
Exportação de dados: A capacidade de alguns utilizadores exportarem dados para ajudar na concepção foi considerada essencial.
Integrações com outras ferramentas e plataformas: Por inerência ou através de API's tais como sistemas de gestão de desenhos e plataformas BIM é tipicamente necessário.
Experiência do utilizador: Plataformas intuitivas com documentação completa dos utilizadores é importante para reduzir a quantidade de formação necessária e assegurar o envolvimento dos utilizadores não técnicos, bem como dos utilizadores técnicos.
Funcionalidade: Ter todos os tipos de ficheiros aceites, incluindo 360 imagens, juntamente com a etiquetagem de bens é essencial.
Após a revisão independente de várias opções, ambos os proprietários de activos seleccionaram independentemente o Cintoo Cloud® como a plataforma ideal. Com licença por scan e uma boa experiência do utilizador, o Cintoo Cloud satisfez todos os requisitos, juntamente com algumas características adicionais.
Cintoo Cloud Dashboard
Casos de implementação e utilização
Tanto para Meridian como para Genesis, a implementação da plataforma Cintoo foi completada por um revendedor local Cintoo e fornecedor de serviços de digitalização 3D, Revisia Ltd. Alguns desafios interessantes durante o processo incluíram:
Sistemas de coordenadas: A decisão foi se implementar um sistema de coordenadas relativas ou georreferenciadas com controlo de levantamento. Para um site Meridian tinha varreduras geo-referenciadas já existentes para ligar as novas varreduras Em equilíbrio, esta decisão teve mais desvantagens do que benefícios, pois quaisquer novos modelos, fotografias ou artefactos tinham de ser pré-configurados com coordenadas ou a origem por defeito (0,0,0) iria esticar os limites da varredura e colidir com o sistema. As futuras digitalizações 3D foram adicionadas com coordenadas relativas a um ponto de referência fixo sem qualquer controlo de sondagem.
Processamento e carregamento de dados históricos de scan: O sucesso da plataforma Cintoo teve tanto os proprietários de bens como os proprietários de dados de "point cloud" antigos sentados em discos rígidos e servidores de ficheiros na posse de consultores e contratantes. Embora a maioria dos dados fosse encontrada no formato apropriado para carregar no Cintoo, alguns dos dados não foram registados ou processados. Alguns dos dados do passado foram perdidos por consultores de design devido a mudanças de pessoal e migração de dados. Isto realçou a importância de definir claramente, com antecedência, quais são os resultados esperados dos prestadores de serviços. Como resultado, a Meridian desenvolveu uma especificação de digitalização em 3D para ajudar a clarificar os requisitos futuros.
Mudança cultural: Houve um considerável cepticismo interno quanto aos benefícios deste investimento na utilização de ficheiros de nuvens de pontos. Isto está a começar a mudar com as pessoas a procurar dados 3D para responder a perguntas antes de pegar no telefone, enviar um e-mail ou agendar uma visita ao local. Os dados são agora vistos como um activo 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
Estes tipos de questões técnicas levam a atrasos, aumento da procura no local por parte das equipas para investigar ou visitas adicionais ao local para resolver. Descobriu-se que o facto de ter os dados de varrimento em 3D reduziu substancialmente o tempo, o custo, os recursos e as emissões de carbono necessários para responder às consultas técnicas de design, uma vez que os designers podiam verificar e medir as coisas por si próprios.
Os dados também permitiram a redução do risco de concepção. As unidades nos locais de geração são idênticas em teoria mas nem sempre na prática, como se mostra abaixo, levando a alterações inesperadas de última hora no design. Em várias ocasiões, as varreduras 3D permitiram aos engenheiros identificar diferenças entre unidades, evitando erros.
Um grande projecto de melhoramento de automatização na estação hidroeléctrica de Manapouri realizou uma varredura 3D completa do local incluindo a infra-estrutura 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 das consultas técnicas, menos visitas ao local, risco reduzido de choques de concepção. Este processo também proporcionou benefícios semelhantes para uma série de projectos subsequentes, incluindo obras de protecção 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
Meridian implementou a plataforma Cintoo e carregou todos os dados novos e históricos de scan antes de alguns dos lockdowns do Covid-19. Os dados e a plataforma tornaram-se mais valiosos num ambiente com viagens restritas entre locais de geração. Os projectos na fase conceptual e de concepção foram lançados uma linha de vida, uma vez que podiam continuar a progredir apesar das restrições de visitas aos locais.
O Génesis conseguiu fazer avançar um projecto na central eléctrica do Tuai durante um período de encerramento da Covid-19 no final de 2019. O projecto 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 varrimento 3D ajudou o consultor de projecto a compreender as áreas de interesse e também a evitar confrontos resolvidos, ao mesmo tempo que validou os limites de fronteira no local pelo pessoal da Genesis Energy. Isto levou à criação bem sucedida de desenhos de construção, conforme demonstrado sem uma visita ao local por parte do consultor de design.
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 dos dados de nuvens de pontos 3D no Génesis foi a criação de um registo virtual dos perigos conhecidos/suspeitos do amianto na central eléctrica de Huntly. O sucesso inicial deste trabalho foi limitado pela plataforma Faro webshare® que hospedava 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 tinha nenhuma destas restrições e os perigos do amianto serão visíveis para qualquer pessoa que utilize características como a anotação e a função "bens", permitindo uma rotulagem estruturada dos componentes na varredura.
A análise de eventos após incidentes de saúde e segurança ou eventos de segurança do processo envolve geralmente múltiplas partes, algumas das quais podem não estar familiarizadas com o local. Os scans 3D têm sido utilizados durante as discussões de equipa para dar 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 passadas da recolha de dados da realidade que teve lugar. Além disso, todas as partes envolvidas têm provas de colaboração das suas notas de trabalho e história para apoiar plenamente os seus esforços e notas de trabalho.
Colocação de ID's de gémeos digitais em activos usando Cintoo Cloud
Oportunidades e desafios futuros
Oportunidade de dados de modelo 3D
Genesis tem planos para armazenar modelos 3D na plataforma Cintoo. Isto permite que os modelos sejam sobrepostos aos dados de scan e vistos em contexto com o resto do activo. 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 estacionado no local. O modelo pode então ser colocado na varredura e deslocado.
Cintoo fornece uma característica adicional que acelera a criação e integração de modelos 3D. Uma secção de dados de nuvens de pontos pode então ser exportada como uma malha vendida, permitindo a sua abertura directa 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 dentro da plataforma de digitalização 3D de forma semelhante às marcações de linhas vermelhas nos desenhos técnicos
- 360 fotografia: As fotografias panorâmicas actualizadas das alterações podem ser sobrepostas ao scan por um custo adicional mínimo
- Modelo3D: Os modelos 3D de mudanças de plantas podem ser sobrepostos ao scan
- Digitalizaçõesactualizadas: Se os dados continuarem a acrescentar valor, pode haver um caso de negócios para a realização de novos scans 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 estruturas de modelação de informação de activos. Muitos outros proprietários de activos abordaram esta questão com iniciativas estratégicas como a implementação de processos de modelação de informação de edifícios (BIM), software, normas e administração. Vários fornecedores oferecem agora plataformas gémeas digitais que fornecem um único "painel de vidro" para visualizar e implementar tudo, desde dados de bens em tempo real a desenhos, análises preditivas, documentação, registos de manutenção, modelos 3D e dados de digitalização.
A abordagem apresentada neste documento foi adoptada independentemente pelo Génesis e Meridian, uma vez que satisfazia as suas necessidades e limitações comerciais. Requeria recursos internos mínimos para ser implementada e tinha um curto período de tempo desde o início até ao retorno verificável do investimento. O mais importante é que não impede ou dificulta futuros roteiros num BIM ou via dupla 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
Projecto e ligações para os media
Saiba mais sobre a Meridian Energy no seu sítio web:
https://www.meridianenergy.co.nz/
Saiba mais sobre o Genesis Energy no seu sítio web:
https://www.genesisenergy.co.nz/
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