Inwentaryzacja konstrukcji stalowych – Kompromisy kosztem dokładności ?

Inwentaryzacja konstrukcji stalowych – wstęp do zagadnienia.

W poniższym artykule pragnę przybliżyć wszystkim zagadnienie jakim jest inwentaryzacja skomplikowanych konstrukcji stalowych w podejściu tworzenia obiektów metodą Scan2BIM. Będzie o tym jak wydawać by się mogło idealne podejście do tematu przysparza wielu problemów, rodzi pytania i wątpliwości.  Jednak zacznijmy do początku…

Temat inwentaryzacji konstrukcji stalowych jest zagadnieniem niejednokrotnie problematycznym. Wynika to z dokładność jaka obowiązuje przy obiektach budowlanych wykonanych z tego materiału. Dlatego w tym przypadku moje żartobliwe powiedzenie „centymetr nie metr” nie ma zupełnie odniesienia gdyż jestem świadom specyfiki pracy ze stalą. Tutaj właśnie ten centymetr a nawet jego cześć jest niejednokrotnie granicą jakiej nie możemy przekroczyć. Zagadnienie robi się znacznie ciekawsze gdy dodam, że mowa tutaj w większości przypadków o inwentaryzacji przestrzennej konstrukcji stalowej. Sprowadza się to do modelu 3D nie jedynie rysunkach płaskich.

Dla sprecyzowania obiekty dla których przyszło mi opracowywać inwentaryzację do tej pory to m.in. konstrukcje wsporcze (słupy energetyczne różnych gabarytów[rys.1], podkonstrukcje pod urządzenia w przemyśle) suwnice, hale o konstrukcji stalowej.     

Rysunek 1. Konstrukcja wsporcza – słup energetyczny

Jak działamy ?

Jeśli wiemy już o czym mówimy to teraz słów kilka jak to robimy. Na początku hardware: przestrzenny pomiar geodezyjny obiektu za pomocą skanera laserowego[rys.2]. Brzmi dumnie, daje możliwości pomiaru tam gdzie normalnie metoda klasyczna rozkłada ręce. Dodatkowo możemy – i korzystamy z tego – łączyć skaning z fotogrametrią na podstawie zdjęć z drona.   

Połączenie różnych technik i zaawansowanego sprzętu pozwala nam pozyskać z terenu dane które z wysoką dokładnością odzwierciedlają stan faktyczny konstrukcji. Mówimy tu o dokładnościach nawet do 3mm na 50m. Ideał … ale i zmora o czym za chwilę.

Software: może to być AutoCad, może Sketchup albo Revit. Wszystko zależy od preferencji zamawiającego i tego co dalej będzie się działo z naszym produktem. Obecnie widoczny jest trend przetwarzania danych przestrzennych na tak samo przestrzenne modele więc środowisko 3D dominuje.  Coraz częściej również jest zapotrzebowanie na modele nasycone informacjami i tu pojawiają się modele BIM których tworzeniem tez się zajmujemy.  

​

Rysunek 2. Skaner laserowy wykorzystywany do inwentaryzacji

Gdzie leży problem ?

Po latach modelowania czy to samodzielnego czy nadzorując pracę modelarzy zauważyłem z jakim problemem borykamy się najczęściej. Jest nim dylemat pomiędzy dokładnością a funkcjonalnością i logicznością modelu. Piszę o modelu gdyż na tym rodzaju opracowania chce się skupić. Chmura punktów a następnie wykonywany na jej podstawie model 3D który może być częścią składową inwentaryzacji konstrukcji stalowej. 

Jak wspomniałem już wcześniej dokładność jest częstym problemem. Ta z kolei jest potrzebna np. ze względu na rozbudowę fragmentu całości i potrzeby zmieszczenia dodatkowego zestawu elementów. Może się zdarzyć, że dana konstrukcja będzie musiała zostać zweryfikowana pod względem nośności – rozbudowy i wynikające z tego dodatkowe obciążenie.
W obu z powyższych przypadków decydujące mogą być milimetry.

Oczekiwania Vs Rzeczywistość.

Często podczas inwentaryzacji spotykamy się z tym, że dany mierzony obiekt stalowy odbiega od tego co jest w projekcie. Powodem mogą być błędy montażowe bądź wyboczenia/zwichrzenia elementów. Te drugie czasami nie widoczne gołym okiem są znaczące w momencie analizy danych pozyskanych podczas pomiaru – chmury punktów.

Oprogramowanie którego używamy do tworzenia opracowań pozwala na dużą dowolność kreacji. Mając na uwadze funkcjonalność wydawanych przez nas modeli staramy się nie tworzyć czegoś co będzie „tylko ładne”. Na opracowaniach powinno się dać dalej pracować. Stąd pojawia się pytanie co w przypadku elementów wyboczonych ?

Studium przypadku.

Poddajmy analizie jedną z naszych inwentaryzacji konstrukcji stalowej. Przypadek jak na zrzucie ekranu [rys. 3]. Co powinna zrobić osoba opracowująca daną inwentaryzację konstrukcji stalowej gdy wyboczenie elementu stalowego, w typ przypadku kątownik, jest przekraczające 19mm ? Najprościej w środku elementy powinien zostać on podzielony i każda z jego połówek powinna zostać wpasowana[fot. 4]. Pod kątek dokładności z chmura punktów jest bardzo dobrze jednak co z logiką i funkcjonalnością modelu? Przykładowo Autodesk Revit nie zezwala przy pomocy podstawowych narzędzi na stworzenie wyboczonej belki która była by czymś więcej niż tylko bryłą. Zastosowanie natomiast podziału belki na dwie przez program jest zupełnie inaczej interpretowane i uwzględniane. Widać to w zestawieniach (mamy dwie belki krótsze a nie jedną długą)  a nawet w modelach analitycznych.

Rysunek 3. Wyboczenie elementu stalowego

Rysunek 4. Wpasowanie elementów w chmurę punktów

Dodajmy do tego, że wyboczona belka na środku posiada węzeł [rys. 5]. Przesunięcie węzła zmienia położenie wszystkich dochodzących do niego elementów.  Sytuacja zaczyna się komplikować gdyż podział elementu na części nie jest logiczny a wpasowanie go zgodnie z chmurą punktów tworzy dylemat. Czy element ma być wpasowany na swoich końcach ? Czy istotniejsze jest wpasowanie elementu w miejscu węzła ?

Rysunek 5. Połączenie konstrukcyjne elementów – węzeł

W tym miejscu należy bardzo poważnie zastanowić się nad konsekwencjami podjętych decyzji na początku opracowania inwentaryzacji konstrukcji stalowych. Musimy już od samego początku spojrzeć całościowo na konstrukcję którą odwzorowujemy w postaci cyfrowej. Pójście na jakieś z kompromisów pozwolą uzyskać efekt zadowalający dla twórcy jak i dla zamawiającego.

Jak sobie radzimy ?

Przy powyższych założeniach ze zwykłej inwentaryzacji konstrukcji stalowej robi się przypadek gdzie musimy zacząć myśleć a nie jedynie „rysować, rysować, rysować”. Nie mam złotego rozwiązania takich sytuacji. Każdy przypadek jest inny jednak postaram się podać kilka porad by może chociaż trochę uprościć temat. 

Na początku pracy ustalam priorytety z zamawiającym. Rozmowa z klientem pozwala już na samym początku zaoszczędzić wielu zmarnowanych godzin. Praca nad elementami które w perspektywie późniejszego wykorzystania opracowania mogą być nieistotne, a problematyczne do odwzorowania. Tak przykładowo raz istotą zadania jest precyzyjne określenie węzłów natomiast innym razem dane ilościowe. Klient może chcieć wiedzieć ile farby potrzebuje do zabezpieczenia konstrukcji.

Ustalenie co jest najistotniejsze w zleceniu pozwala przyjąć założenia których należy się trzymać w trakcie pracy. Niekonsekwencja w tworzeniu modelu – pomijanie założeń początkowych niejednokrotnie generowała do 40% więcej czasu potrzebnego na poprawki.   Właśnie w związku z wszystkim powyższym na początku pracy warto ustalić główne elementy konstrukcji [rys.6] i trzymać się ich zależności pomiędzy sobą – na przykład tworząc płaszczyzny na których będą osadzane kolejne elementy.  W ten sposób możemy zachować staranność w pracy i unikniemy np. niechcianego przenikania elementów [rys. 7] które w naszej hierarchii są wysoko i wymodelowani ich wymaga dużej dokładności.

Rysunek 6. Geometria bazowa

Rysunek 7. Przenikanie elementów w węźle

Zdarza się przy wykonywaniu modeli, że i przy głównych elementach występują już niechciane odchyłki. Wynika to z wyboczenia bądź zwichrzenia elementu. Wtedy możliwe, że musi pojawić się tytułowy kompromis… dokładność czy jakość ?

Moje doświadczenie inwentaryzacjach konstrukcji stalowych zawsze mi podpowiada, że na początku pracy z modelem lepiej jest postawić na jakość całego opracowania kosztem dokładności. Takie założenie możemy dokonać oczywiście w granicach rozsądku i po konsultacji z zamawiającym.
Sytuacja zmusza nasz do znalezienia pozycji elementu względem danych z pomiaru tak by niedoskonałości można było uznać za akceptowalne.

Podsumowanie.

Mam nadzieje, że udało mi się przybliżyć temat pt. Inwentaryzacja konstrukcji stalowych w kontekście tworzenia modeli 3D na podstawie chmury punktów. Dodatkowo liczę na to, że rozważania na temat podejścia do przygotowania wysokiej jakości opracowań pomogą komuś zaoszczędzić czasu. W końcu dobrą formą nauki jest nauka na cudzych błędach.

Oczywiście ja i moja firma nie stoimy w miejscu. Nieustannie szukamy sposobów by móc dostarczać Wam jeszcze szybciej i jeszcze lepszych – dokładniejszych – opracowań. 

Paweł Hawryluk

ekspert d/s BIM, PKIG sp. z o. o.