Брусов В.А.
ЛАЗЕРНОЕ СКАНИРОВАНИЕ И ФОТОГРАММЕТРИЯ В РЕКОНСТРУКЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ BIM ТЕХНОЛОГИЙ *
Аннотация:
в данной статье рассматриваются возможности и преимущества двух методов обследования здания: лазерного сканирования и фотограмметрии, для решения задач проектирования и реконструкции зданий и сооружений.
Ключевые слова:
лазерное сканирование, фотограмметрия, BIM-технологии, цифровой двойник, реконструкция
При проектировании реконструкции здания ключевой проблемой является отсутствие точных исходных данных, так как многие объекты возводились до появления BIM-технологий, а их чертежи часто утрачены. Современные методы обследования, такие как лазерное сканирование и фотограмметрия, позволяют получить точную информацию об интересующем объекте в трехмерном формате и применять ее в рабочем процессе.Создание полноценной 3D-модели здания приобретает всё большую актуальность благодаря значительным преимуществам перед традиционными методами обследования. Использование такой модели позволяет сократить время работы на объекте, проводить обработку данных удалённо, а также получить максимально точное представление о положении здания в пространстве и его деформациях, что значительно ускоряет процесс обследования.Лазерное сканирование и фотограмметрия – это методы получения геометрической информации об объекте исследования представленной в виде облака точек.Облако точек – это набор вершин в трёхмерной системе координат. Эти вершины, как правило, определяются координатами X, Y и Z и, как правило, предназначены для представления внешней поверхности объекта. С помощью облака точек можно определить точную геометрию объекта (планы, разрезы, фасады, территорию и положение в пространстве), деформацию объекта (отклонение формы от ожидаемой), состояние объекта (поверхностные дефекты, сколы, процент готовности), а также отслеживать деформации во времени (мониторинг объекта, наблюдение за осадками и кренами, мониторинг прогибов при монтаже).Рис. 1. Пример выполнения облака точек (стропильная система здания).Лазерное сканирование.Лазерное сканирование – это передовой метод получения трёхмерных данных о зданиях и сооружениях с высокой точностью. Он позволяет оперативно создать цифровую 3D-модель объекта, фиксируя его геометрию, рельеф и деформации. Этот метод широко применяется в архитектуре, строительстве, реконструкции, реставрации и инженерных изысканиях.Сканирование выполняется с помощью лазерного сканера, который излучает лазерные импульсы в направлении объекта. Эти лучи отражаются от поверхностей и возвращаются обратно, фиксируя расстояние до каждой точки. В результате создаётся облако точек — набор координат, представляющих цифровую копию объекта.Замеры производятся с высокой скоростью (до миллионов измерений в секунду).Качество получаемого облака точек зависит от количества определенных пространственных координат точек объекта, чем выше количество определенных координат – тем выше качество облака и соответственно выше качество получаемого изображения.К недостаткам данного метода можно отнести: зависимость от метеорологических условий, дорогостоящее оборудование (стоимость сканера от 1,5 млн/р).Для обработки облака точек и создания цифровой модели используются следующие ПО: Autodesk ReCap, ScanIMAGER, Leica Cyclone и др.Лазерное сканирование может выполняться тремя способами:Наземное – проводится с помощью стационарных сканеров, установленных на штативе. Позволяет детально сканировать фасады и внутренние помещения зданий.Воздушное – выполняется с помощью дронов или вертолётов, используется для картографирования больших территорий или сканирования сложных по форме объектов.Мобильное – осуществляется с движущихся платформ (автомобилей, поездов, судов), применяется для сканирования улиц, мостов и дорожных покрытий.Рис. 2. Воздушное лазерное сканирование интерьера Собора Парижской Богоматери.Рис. 3. BIM-модель Собора Парижской Богоматери, созданная на основе облака точек.Фотограмметрия.Фотограмметрия — это метод получения метрически точных трёхмерных моделей объектов на основе анализа фотографий. Фотограмметрия основана на принципе триангуляции: объект фотографируется с разных точек, а затем программное обеспечение анализирует совпадающие точки на изображениях и вычисляет их пространственное положение.Для анализа полученных фотографий используется следующее ПО: Agisoft Metashape, RealityCapture, Pix4D, Meshroom.Фотограмметрический метод используется для анализа деформаций плоских объектов. Его суть заключается в получении серии снимков из одной неподвижной точки, например, до, во время и после нагрузки. Камеру устанавливают так, чтобы плоскость объекта оставалась параллельной плоскости рамки, а параметры съёмки были неизменными.Стереофотограмметрический метод позволяет оценивать деформации в трёхмерном пространстве и применяется для исследования объемных объектов. В этом случае с одной точки снимаются стереопары (фотографии с 50% и более перекрытием) до, в процессе и после нагрузки. Полученные снимки обрабатываются для совмещения точек, что позволяет создать целостную 3D-модель объекта и выявить такие параметры, как глубина дефектов, размеры конструкции, отклонения от вертикали или горизонтали и другие характеристики.После получения необходимого количества фотографий производится их обработка, которая состоит в том, чтобы совместить точки со всех фотографий. При совмещении точки образуют целостный объект съемки, при обработке которого можно получить такие результаты как: глубина дефектов, размер объекта исследования, отклонение конструкций объекта исследования от вертикальной или горизонтальной плоскости, и т.п.Таблица 1. Сравнение лазерного сканирования и фотограмметрии.Таблица 2. Области применения лазерного сканирования и фотограмметрии.Исходя из таблиц видно, что лазерное сканирование и фотограмметрия -два взаимодополняющих метода, которые в связке обеспечивают максимально точное и детализированное представление о реконструируемых зданиях и сооружениях. Их совместное применение позволяет компенсировать недостатки каждого из методов и повысить качество итоговых цифровых моделей.Преимущества совместного применения лазерного сканирования и фотограмметрии:1. Повышенная точность и детализация.Лазерное сканирование (LiDAR) обеспечивает высокую точность геометрии (до нескольких миллиметров) за счет создания облаков точек.Фотограмметрия дополняет модель реалистичными текстурами и деталями, улучшая визуальное восприятие объекта.2. Оптимизация сбора данных.Лазерное сканирование эффективно для точного измерения сложных структур и внутренних пространств.Фотограмметрия, особенно с использованием дронов, позволяет оперативно получать данные о фасадах и крышах зданий.3. Снижение затрат и времени.Фотограмметрия позволяет удешевить процесс моделирования, а лазерное сканирование компенсирует возможные неточности. Объединение методов ускоряет сбор данных и уменьшает необходимость повторных обследований.4. Универсальность применения.Совместное использование технологий эффективно в архитектурной реконструкции, мониторинге деформаций, создании BIM-моделей и цифровых двойников.Принцип интеграции методов.1. Облака точек, полученные с лазерного сканирования, используются как базовая геометрическая модель.2. Фотограмметрические данные накладываются на облако точек, обеспечивая точные текстуры и визуализацию.3. Объединенные данные импортируются в BIM-системы для последующего анализа и проектирования.Варианты применения результатов сканирования:Использование результатов сканирования,Построение трехмерных информационных моделей,Вывод из обмерных моделей обмерных чертежей,Проверка обмерных чертежей на точность,Использование облаков точек непосредственно при проектировании инженерных сетей (без создания трехмерной модели),Использование 3D-панорам для дистанционных обмеров объекта,Детальное моделирование отдельных элементов,Сравнение проектной модели с фактической реализацией для поиска отклонений,Построение модели рельефа для быстрого определения объемов грунта.Использование лазерного сканирования и фотограмметрии для создания цифровых двойников реконструируемых зданий предоставляет значительные преимущества в области строительства и реконструкции. Эти технологии позволяют получать точные трехмерные модели с высокой детализацией, что облегчает анализ текущего состояния объектов, планирование реконструкции и мониторинг.Фотограмметрия, обладая высокой доступностью, обеспечивает быстрый сбор данных, в то время как лазерное сканирование гарантирует высокую точность измерений даже в сложных условиях. Комплексное применение этих методов повышает эффективность работы, снижает затраты (в сравнении отдельного применения методов) и минимизирует риски, связанные с ошибками при реконструкции.Таким образом, внедрение цифровых двойников на основе лазерного сканирования и фотограмметрии открывает новые перспективы для строительства и модернизации объектов, обеспечивая их долгосрочную эксплуатацию и адаптацию к современным требованиям.
Номер журнала Вестник науки №5 (86) том 2
Ссылка для цитирования:
Брусов В.А. ЛАЗЕРНОЕ СКАНИРОВАНИЕ И ФОТОГРАММЕТРИЯ В РЕКОНСТРУКЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ BIM ТЕХНОЛОГИЙ // Вестник науки №5 (86) том 2. С. 1030 - 1038. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/22954 (дата обращения: 20.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+