Цифровой двойник для мониторинга, безопасности и прозрачности процессов в строительстве

Цифровой двойник — это виртуальная копия физического объекта, которая обновляется в реальном времени на основе данных, получаемых в ходе анализа его текущего состояния. В строительстве технология цифровых двойников играет критическую роль, повышая точность и эффективность управления процессами, улучшая координацию между участниками проекта, помогая своевременно выявлять проблемы и избегать дорогостоящих исправлений.

Цифровой двойник в планировании и проектировании

На этапе планирования и проектирования созданный с помощью технологии информационного моделирования здания (ТИМ) цифровой двойник представляет собой детализированную виртуальную 3D-модель здания или сооружения.

Проектировщики могут тестировать различные сценарии и решения, не затрачивая ресурсы на физические эксперименты, предлагать заказчику различные варианты решения с подробной визуализацией. Это способствует более точному проектированию, сокращению числа ошибок и недоразумений уже на этапах строительства.

Кроме того, цифровой двойник позволяет интегрировать данные различных дисциплин — архитектуры, инженерии, электромеханических систем — в единую модель, обеспечивая согласованность и целостность проекта.

Управление строительным процессом

В процессе строительства цифровой двойник здания предоставляет возможности мониторинга, своевременного выявления нарушений, контроля сроков и анализа применяемых решений в реальном времени. Благодаря использованию технологий Интернета вещей (IoT), аэромониторинга и лазерного сканирования данные о текущем состоянии зданий и сооружений передаются в цифровую модель, где сравниваются с проектными решениями.

Мониторинг может включать информацию о температуре, влажности, вибрациях, расположении строительной техники и рабочих, что также позволяет проводить точный анализ происходящего на строительной площадке в виртуальном пространстве и повышает эффективность работ и использования ресурсов. Технология позволяет оперативно выявлять отклонения от графика или проектных параметров и принимать корректирующие меры.

Эффективность применения системы цифровых двойников вырастает в комбинации с постоянным цифровым мониторингом для отслеживания проектов в динамике. Эти технологии позволяют создавать высокоточные и детализированные модели текущего состояния строительного объекта, что значительно повышает точность и полезность цифрового двойника.

‍

Лазерное сканирование: точность и детализация

Лазерное сканирование представляет собой процесс создания высокоточных 3D-моделей объекта с помощью получаемых в ходе обследования облаков точек. Технология может применяться как снаружи здания, так и внутри объектов, в том числе подземных, обладающих сложной конфигурацией и заполненных оборудованием. В строительстве лазерное сканирование позволяет регулярно дополнять модель двойника, добавляя данные, отражающие текущие изменения на объекте, что помогает отслеживать динамику строительства или реконструкции. На производстве сканирование помогает отследить усадку и перемещение оборудование из-за вибраций.

Обновление цифрового двойника. Лазерное сканирование позволяет на регулярной основе обновлять виртуальную копию объекта, передавая данные в цифровой двойник и фиксируя малейшие изменения. Например, каждую неделю или чаще можно сканировать здания и сооружения, чтобы постоянно иметь под рукой актуальную цифровую модель фактического состояния объекта.

Сравнение с проектным решением. Сравнение полученных данных с исходным проектом позволяет своевременно выявлять ошибки и несоответствия. Если какая-то часть конструкции была возведена с отклонением от проекта, это сразу же отразится в его цифровой копии, что даст возможность быстро внести коррективы, избежав дорогостоящих переделок.

‍

Контроль качества и точности работ. Лазерное сканирование предоставляет возможность детального анализа качества выполненных работ. С помощью технологии цифровых двойников можно проверить соответствие геометрии возводимых конструкций проектным чертежам с точностью до миллиметра. Это особенно важно при возведении сложных архитектурных форм или инженерных сооружений, где даже небольшие ошибки могут привести к серьезным последствиям.

Аэрофотосъемка: мониторинг больших площадей

Аэрофотосъемка с использованием БПЛА предоставляет быстро и эффективно получать данные о текущем состоянии строительной площадки с высоты, охватывая значительные площади. Съемка позволяет создавать как 2D-ортофотопланы, так и 3D-модели, интегрирующиеся в цифровой двойник. Эти данные помогают отслеживать динамику строительства, оптимизировать расположение временных конструкций и дорог, а также логистику.

Мониторинг прогресса. БПЛА могут регулярно проводить облеты строительной площадки, фиксируя прогресс на большой площади. Полученные изображения и данные затем загружаются в систему, что позволяет визуализировать изменения и отслеживать динамику строительства на виртуальной копии. Это особенно полезно при возведении крупных инфраструктурных и промышленных объектов или комплексов зданий.

‍

Анализ логистики и управления ресурсами. Аэрофотосъемка позволяет оценивать расположение строительных материалов, техники и работников на площадке, что способствует оптимизации логистики. Например, можно определить эффективность использования площадок для складирования, оптимизировать маршруты передвижения техники, отследить наличие и количество необходимых строительных материалов. Цифровой двойник может применяться для разработки и тестирования гипотез по улучшению логистических решений, изменению временных дорог, координации движения техники.

‍

Оценка влияния на окружающую среду и управление ландшафтом. В процессе строительства часто возникают изменения в ландшафте, которые могут быть критичными для окружающей среды. Аэрофотосъемка позволяет отслеживать эти изменения в реальном времени и интегрировать их в цифровую модель. Это важно для анализа возможных рисков, связанных с эрозией почвы, изменением водоотводных каналов и другими экологическими аспектами.

Координация и коммуникация

Цифровой двойник в сочетании со специализированными инструментами для технического документооборота и коллективной работы с данными помогает в координации между различными участниками строительного проекта — архитекторами, инженерами, подрядчиками и заказчиками. Здесь он выполняет роль единой платформы для взаимодействия: все заинтересованные стороны имеют доступ к актуальной информации о проекте, вносят свои предложения или комментарии, отслеживают прогресс в реальном времени.

Такой подход существенно снижает вероятность возникновения конфликтов, связанных с несоответствием между проектом и фактом. Если данные мониторинга, внесенные в систему, не совпадают с проектными, это сразу видят все участники строительства. Есть возможность подсветить несоответствия, оставить замечания, внести необходимые корректировки в проект или поставить задачу на исправление ошибок на месте. 

Обеспечение безопасности

Концепция цифровых двойников помогает существенно повысить уровень технической безопасности, помогая предсказать потенциальные риски и предупредить аварийные ситуации.

Используя технологии IoT, цифровой двойник прогнозирует возможные обрушения конструкций, перегрузки или другие опасные ситуации. Сенсоры и датчики, в том числе носимые, позволяют выявлять нахождение техники и персонала в опасных зонах, обозначенных на модели.

Информация о таких рисках может быть передана ответственным лицам для немедленного реагирования. Кроме того, технология используется для обучения и подготовки персонала. С помощью симуляций можно моделировать аварийные ситуации и тренировать работников по правильному реагированию на них, что снижает вероятность несчастных случаев на реальной площадке.

Эксплуатация и техническое обслуживание

Цифровой двойник остается полезным и после завершения строительства. Во время эксплуатации здания или сооружения он помогает отслеживать его состояние, планировать техническое обслуживание, вести сопровождение на всем жизненном цикле. Например, данные о температурных режимах, уровне вибрации или износе строительных материалов и конструкций могут быть использованы для планирования ремонтов и замены определенных элементов. Это позволяет предотвращать серьезные аварии и продлевать срок службы объекта, особенно в таких отраслях, как атомная промышленность. 

Заключение

Цифровой двойник — мощный инструмент, повышающий эффективность строительства на всех его этапах. Он обеспечивает более точное планирование, улучшает координацию и коммуникацию между участниками проекта, повышает безопасность на строительной площадке и оптимизирует эксплуатацию объекта.

Использование технологии цифровых двойников в строительстве не только сокращает затраты и время на реализацию проектов, но и обеспечивает высокое качество и надежность построенных зданий и сооружений.

В условиях, когда требования к скорости, точности и безопасности строительства постоянно растут, подобная система становится необходимым инструментом для проектирования и реализации строительных проектов.