Особенности подготовки данных для 4D моделирования
График проведения работ, линейный или сетевой, подготавливается специалистом заранее, так как программа моделирования сама его составить не может. Сейчас в мире есть задача автоматизировать данный процесс. Например, с помощью технологий искусственного интеллекта (https://www.alicetechnologies.com/). Но такие продукты довольно дороги и поэтому имеют мало примеров реализации (хотя мы активно следим за их развитием). Таким образом, достаточно подробный и грамотно разработанный график строительства обеспечивает качественное моделирование и далее – качественный менеджмент в процессе строительства объекта.
Устройство строительного 3D принтера, принцип работы
Стоит отметить, что аддитивные технологии и способы 3D печати бывают разные: лазерное плавление, спекание, стереолитография, наплавления. Следовательно, устройства принтеров тоже различны.
В строительстве используется два типа печати:
- метод экструзии LDM, аналогичный FDM, но без нагрева;
- 3DP или 3D печать сухим порошковым материалом. Данный способ аналогичен SLS (лазерному спеканию), но вместо лазера материал склеивают связующим раствором.
Метод экструзии является самый распространённым. С его помощью можно создавать отдельные строительные элементы, а также полностью возводить здание непосредственно на участке. Второй способ применяется в основном для изготовления декоративных строительных элементов, малых архитектурных форм.
Печать осуществляется специально печатающей головкой, оснащённой шнековым экструдером и бункером для смеси. Специальная мелкозернистая смесь подаётся в бункер вручную или с помощью насоса и послойно выдавливается на участок согласно проектной документации. Таким образом формируются отдельные детали или стены дома.
Существует три основных вида строительного принтера:
- портальный;
- с дельтовидным приводом;
- кранового типа;
- манипулятор.
Портальный строительный принтер
Наиболее перспективный вид строительного 3D принтера. Он напоминает козловой кран, но вместо крюка на тросе у него ферма с печатающей головкой. Этот тип ещё называют XYZ-принтер, поскольку при печати он перемещается по трём взаимно перпендикулярным осям.
В качестве привода обычно используются шаговые двигатели. Такие принтеры способны печатать отдельные детали, малые архитектурные формы, а также небольшие здания целиком, при условии, что они помещаются под аркой устройства.
Простота и надёжность конструкции, а также возможность возведения здания непосредственно на участке являются важными преимуществами данного оборудования. В тоже время, большие габариты и трудоёмкий процесс сборки ограничивают возможность оперативного перемещения.
Трёхосевой (дельтовидный) принтер
Конструкция трёхосевых принтеров похожи на портальную. Основой конструкции также является металлическая ферма. Но она не перемещается на рельсах, а фиксирована. Также отличается крепление печатающей головки. Бункер с экструдером закреплены на рычагах, представляющих собой перевёрнутый штатив с телескопическими «ногами», которые закреплены на направляющих. Таким образом обеспечивается большая подвижность печатающего устройства, но ограничивается площадь печати.
Именно небольшое пространство рабочей зоны дельтавидного 3D принтера и трудоёмкий процесс сборки существенно сужают сферу применения данного оборудования.
Крановый принтер и манипулятор
Иногда печатающее устройство ставят не по периметру, а в середину объекта. Такие принтеры напоминают башенные строительные краны. Их обычно размещают внутри здания, поскольку рабочая зона такого оборудования ограничена вылетом стрелы. Однако они имеют небольшие габариты и вес, что позволяет легко транспортировать. К тому же подготовка такого оборудования к работе происходит достаточно быстро.
Принтеры-манипуляторы используют роботизированную руку для перемещения печатающей головки. Они мобильны, имеют большую гибкость по сравнению с оборудованием кранового типа. Но из-за своей технологичности их цена гораздо выше аналогов.
Стоит отметить, что разработчики не останавливаются на стандартных решениях. Кроме создания непосредственно 3D принтеров, существует оборудование для печати строительных конструкций, являющееся сменным оборудованием. Например, французская компания оснастила кран-паук бетононасосным оборудованием, которое подаёт раствор на закреплённую на конце стрелы печатающую головку. Таким образом базовая машина может выполнять функции крана или возводить бетонные внутренние перегородки.
Краткое описание проектов, выполненных инженерной компанией «НГКИ» в сегменте точного 3D моделирования зданий и сооружений:
Специалисты инженерного предприятия «НГКИ» выполнили обмеры и 3D моделирование исторического особняка в центре Ярославля на площади Челюскинцев для целей подготовки проекта его реставрации и реконструкции. Заброшенный исторический особняк был выкуплен в частное пользование, но по действующему законодательству при приспособлении здания к современному использованию в качестве жилого строения должен быть сохранён его исторический внешний вид и интерьеры. В связи с этим новые собственники обратились к реставраторам, которые для обмеров и 3D моделирования привлекли нашу компанию. Обмерные работы были произведены по технологии лазерного сканирования. Заброшенное и сильно захламлённое здание со сложным подвалом было отсканировано за два рабочих дня. Сшивка сканов в единое облако точек лазерного сканирования также заняла у нас два дня. А вот построение точной обмерной 3D модели в ArchiCAD (формат PLN) заняла гораздо больше времени из-за того, что программное обеспечение для проектирования зданий предоставляет очень немного возможностей для точного моделирования далеко не идеальных стен старинных зданий и сооружений.
Специалисты инженерной компании «НГКИ» провели лазерное сканирование фасадов Американского университета в Каире (Арабская Республика Египет) и по данным обмерных работ построили точную обмерную модель для целей 3D mapping. 3D мэппинг (видео-мэппинг) — современная технология проведения световых и лазерных представлений, главный принцип которой заключается в проецировании аудиовизуального или же статичного изображения на какой-либо физический объект с учётом его геометрии, размеров и расположения. Лазерное сканирование было проведено системой Leica ScanStation P40 всего за четыре часа, столько же потребовалось на сшивку облаков точек, а создание обмерной модели фасадов здания университета заняло три дня.
Инженерная компания «НГКИ» завершила выполнение крупного проекта по точным обмерам и 3D моделированию производственной площадки предприятия по производству синтетических смол широкого спектра применения в Пермском крае. Обмерные работы химического завода были произведены по технологии лазерного сканирования. Целью работы являлось создание исполнительной трёхмерной цифровой модели для целей проектирования новых сооружений и замены оборудования на объекте. Полевой этап длился 4 дня при низких температурах и обильных осадках в виде снега. 3D моделирование объекта на камеральной стадии работ заняло ещё 25 дней. Заказчику была передана актуальная исполнительная модель объекта в формате DWG с точностью 1 см.
Моделирование квартиры по чертежу
Для начала подготавливаем наш план. Убираем с него все лишние надписи, чтобы не мешались. Мой чертеж выглядит вот так:
Далее запускаем 3д макс и выбираем визуализатор — у меня это Corona Renderer. Не забудьте также настроить единицы измерения. Создаем на виде Top плоскость Plane, пока что произвольных размеров. Create – Geometry — Standard Primitives – Plane.
Переключаемся в режим Shaded отображения вьюпорта, чтобы план стал виден.
Вставляем чертеж в 3д макс
Открываем редактор материалов Material Editor и выбираем чистый слот. Меняем тип материала Standard на CoronaMtl (или VrayMtl, если вы работаете в Вирей).
Теперь жмем на пустой квардатик около Color (или пустой квадратик около Diffuse для Vray) и выбираем тип карты Bitmap.
Находим на компьютере наш план, файл формата jpg или png, и применяем готовую текстуру к созданной плоскости. Если чертеж не отображается на Plane, в редакторе материалов нажимаем на кнопку Show Shaded Material in Viewport.
Начинаем подгонять размеры. Для этого нарисуем полосочку Plane нужной нам длины. Той, которая указана на чертеже (у меня это длина стены).
Сейчас видно, что размеры указанные на чертеже и размер Plane не совпадают. Накидываем на чертеж модификатор UVWMap.
Выбираем тип редактирования Box и растягиваем план, регулируя параметр Length так, чтобы размер на плане совпал с размером полосочки.
Затем растягиваем по вертикали, параметром Width (нужно снова создать полосочку Plane). Кстати, существует целых 10 способов, как делать замеры в 3ds max.
Теперь нашу «линейку» можно удалить. Если подогнанный по размерам чертеж не влазит на подложку, нужно увеличить ее. Для этого выделяем план, возвращаемся на уровень Plane и меняем размеры.
Как вставить чертеж в 3ds maх разобрались, теперь переходим к построению стен.
Возводим стены по чертежу
Построение стен будем производить с помощью сплайнов. Выбираем Create – Shapes – Splines – Line и начинаем обводить внутренний контур стен. Чтобы линии получались ровными, рисовать их нужно с зажатой клавишей Shift. Обозначаем края дверей и окон точками.
В конце замыкаем сплайн с первой точкой. Получается вот такой контур:
Перенести контуры нам удалось, теперь нужно сделать стены объемными. Выделяем сплайн, переходим во вкладку Modify и выбираем модификатор Extrude из списка модификаторов.
В разделе Amount вводим высоту стен.
Вот как выглядит наша «коробка». Проставленные заранее точки на сплайне помогли построить 3-d объект, с уже обозначенными границами оконных проемов и дверей.
Если все соответствует плану, конвертируем модель в Editable Poly. ПКМ — Convert to – Convert to Editable Poly.
Давайте пока отделим верхнюю крышку коробки и скроем ее, чтобы удобнее было работать. Выделяем «коробку», переходим во вкладку Modify, затем на уровень Polygon и выбираем потолок квартиры. Жмем кнопку Detach. Теперь потолок — это отдельный объект.
Скроем его. Выбираем потолок, затем ПКМ — Hide Selection. В принципе, также можно поступить и с полом (выделить, сделать Detach и скрыть), чтобы стало видно подложку-план.
Теперь создадим проемы. Выбираем стены. Переходим в Modify и на уровень Edge. Выбираем три грани там, где предполагается окно и дверь.
Жмем кнопочку Connect. Появится Edge, соединяющий вертикальные линии горизонтальной. Это будет верхний край окна и двери.
Его можно сразу же поднять, прописав ему координату Z 2000 мм.
Теперь выделяем грани, относящиеся только к окну.
И снова жмем Connect, затем прописываем высоту.
По такому принципу делаем все окна и двери. Затем переходим на уровень Polygon и выбираем все созданные проемы.
И выдавливаем их с помощью копки Extrude. В разделе Amount указываем насколько.
Затем жмем Delete на клавиатуре и удаляем эти полигоны.
Осталось только заполнить проемы.
Наполняем интерьер мебелью
Такая работа по чертежам также поможет при визуализации, так как мебель в реальных размерах уже расставлена по своим местам. Не удаляя подложку, загружаем модель. И подгоняем ее по размерам.
Кстати, если понадобится сделать диван поменьше без возни с полигонами или создать для него кресло, читайте вот этот урок.
По такому же принципу, на основе готовых чертежей в трех проекциях, в 3-d графике моделируются автомобили и другие сложные модели.
Автор урока: Алиса Куб
Что такое аддитивные технологии
С внедрением новых технологий появляются и новые, не всем понятные, слова и выражения. Большинство из них заимствованы из английского языка. Аддитивные технологии – это как раз тот случай. Означает наращивание объекта по слоям. Если при обычном способе производства, например, стены панельного дома происходит заливка бетоном сразу всей формы, то при 3D печати она возводится постепенно, слой за слоем. Причём без необходимости установки опалубки, как потребовалось бы при монолитном строительстве.
Впервые о трёхмерной печати заговорили в 80х года прошлого века, а первый в мире 3D принтер появился в 1986 году. Для строительной отрасли знаковым стал 2014-й, когда китайская компании сообщила о возведении 10 домов за сутки.
Российские разработки строительных принтеров тоже не заставили себя ждать. Первый промышленный образец был готов уже в конце 2015 года.
Общие требования
4.1. Работы по лазерному сканированию производятся на территории действующей электроустановки.
4.2.Работы организуются и проводятся в соответствии с требованиями Правила по охране труда при эксплуатации электроустановок» (ПОТЭЭ) введены в действие Приказом Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации от 24.07.2013г. №328н.
4.3.Подрядчик обеспечивает работников прибывающих для проведения лазерного сканирования защитными средствами и спецодеждой обеспечивающих защиту персонала от возникающих при производстве лазерного сканирования на территории Подстанции опасных и вредных факторов.
4.4.Подрядчик обеспечивает соблюдение требований охраны труда, пожарной безопасности и экологического законодательства при производстве работ.
4.5.Использование техники на территории объекта при производстве работ не предполагается.
4.6.Энергоснабжение оборудования при лазерном сканировании производится от индивидуальных источников, подключение к системе электропитания собственных нужд ПС не предполагается.
4.7.Все созданные в процессе работ материалы лазерного сканирования и трёхмерные модели являются собственностью Заказчика и не могут быть использованы без его письменного разрешения.
4.8.Результат работ поставляется Заказчику в виде исполняемого модуля (файла или группы файлов). Все права на исполняемый модуль принадлежат Заказчику.
Требования к точности и детальности 3D моделей
Требования к точности и детальности создаваемых 3D моделей могут существенно различаться в зависимости от её назначения.
При лазерном сканировании и моделировании для целей реконструкции и реставрации зданий необходимы наиболее точные и наиболее детальные 3D модели здания, но в данном случае большой объем файлов моделей существенно затрудняет их оперативное использование
Для этого типа моделей существенно важно «послойное представление» модели здания
Для целей 3D мэппинга детальная модель фасада требуется только в тех местах, на которые будет осуществляться проецирование изображения, тогда как остальные части фасада здания, напрямую не участвующие в демонстрации визуального ряда, могут быть отмоделированы схематично.
При лазерном сканировании и моделировании для целей проектирования декоративных навесных фасадов особенно важным фактором является передача точных трехмерных координат всех угловых точек оконных и дверных проемов здания, балконных плит, пространственных координат линий изгибов и поворотов фасадов, а также точных координат всех прочих выступающих элементов фасада.
Общим у всех этих задач является только представление модели объекта или же его части в трехмерных координатах. Все остальные требования настолько различны и пока настолько не стандартизированы и не узаконены, что требуют индивидуального подхода к каждой задаче или объекту.
Наша компания активно занимается лазерным сканированием с 2003 года. Тем не менее, вплоть до 2012 года в 95% случаев основным результатом наших работ были комплекты традиционных 2D обмерных чертежей. Активный рост запросов на обмерные 3D модели зданий начался лишь в 2013 году. В настоящее время многие наши Заказчики еще не готовы отказаться от плоских 2D чертежей, поэтому в большинстве случаев (в основном, в зависимости от наличия в штате Заказчика собственных специалистов по 3D проектированию) нам заказывают создание 3D моделей объектов, по которым Заказчики самостоятельно подготавливают комплекты 2D чертежей.
Виды выполняемых работ
— обмеры фасадов; — обмеры внутренних помещений; — обмеры элементов декора фасадов и интерьеров; — обмеры сетей теплоснабжения, водоснабжения, канализации, энергоснабжения; — построение 3D моделей зданий и сооружений по результатам обмеров.
— фотографии объекта; — имеющиеся чертежи объекта; — требования к формату модели; — вид модели (каркасная или твердотельная); — требования к точности 3D модели объекта; — требования к детальности моделирования различных элементов объекта; — требования к представлению 3D модели по слоям; — для сложных объектов обязательным условием является предварительный выезд наших специалистов на объект с целью детального ознакомления.
Отчётные материалы
— точечные, каркасные и твердотельные 3D модели объектов обмерных работ.
Обмерные работы и оформление 3D моделей и обмерных чертежей осуществляется в соответствии с требованиями ГОСТ Р 21.1101-2009 «Основные требования к проектной и рабочей документации».
Результаты выполненных обмерных работ передаются Заказчику в согласованной единой системе координат и высот, а также в заданном формате (в большинстве случаев, в формате .DWG).
Этапы работ
5.1. Полевые работы:
— 3D лазерное сканирование Подстанции;
— Контроль качества сканирования;
5.2. Работы по обработке и представлению результатов сканирования:
— создание геометрической трёхмерной модели Подстанции
— создание трехмерной модели Подстанции, адаптированной для интерактивной визуализации;
— создание исполняемого модуля в соответствии с требованиями настоящего технического задания (раздел 9);
— разработка инструкции по использованию исполняемого модуля, включающего трёхмерные модели Подстанции;
— представление данных сканирования в виде сферических панорам для оперативного доступа чрез веб-браузер в соответствии с п. 9.3.
5.3. Сдача-приёмка работ.
— Тестирование исполняемого модуля, включающего трехмерные модели Подстанции. Устранение выявленных замечаний.
Стоимость производства обмерных работ и подготовки 3D модели объекта
Стоимость обмерных работ зданий и сооружений в существенной степени зависит от сложности конкретного объекта в целом, требований к детальности и точности съемки, а также от объема итоговой документации и требований к ней. Многообразие и индивидуальные особенности различных объектов оставляют единственную возможность адекватного определения стоимости работ — это расчет на основании учета предстоящих трудозатрат на съемку и изготовление чертежей и моделей по её результатам.
Трудозатраты и, соответственно, общая стоимость комплекса услуг по производству обмерных работ и построению 3D моделей зданий могут отличаться в разы в зависимости от требуемой итоговой точности и детальности конечной модели, а также сложности самого объекта. Длительность и трудоемкость самого процесса съемки напрямую зависит от расстояния до соседних зданий и высоты снимаемого здания, от возможности съемки с крыш близлежащих зданий.
Дополнительным фактором, оказывающим весьма существенное влияние на стоимость выполнения обмерных работ, является схема распределения этих работ по обмерам и созданию моделей между нашей компанией и Заказчиками. Подробное разъяснение схем возможного распределения работ представлено в разделе «Технологии» в специальном параграфе «Опыт оптимальной организации архитектурных обмеров».
При наличии достаточного объема фотографий и чертежей объекта, а также при изначально правильной постановке задачи на производство обмерных работ, предварительная оценка стоимости опытными специалистами компании «НГКИ» будет отличаться от окончательной оценки не более чем на 10–15%.
Дополнительно по данной категории
18.01.2021 — Инженерно-технические средства защиты объектов особой важности
17.01.2021 — Проектирование бани в MicroStation
17.01.2021 — Эскизная стадия проекта MicroStation TriForma
17.01.2021 — Совместное распределённое проектирование MicroStation TriForma
17.01.2021 — Концептуальная стадия проекта в MicroStation TriForma
23.09.2017 — Стадии проектирования предприятия
21.07.2017 — Автоматизация парковок и паркингов. Принцип проектирования
15.02.2017 — Вариантное проектирование: не вымысел, но реальность
09.11.2016 — Картотечные шкафы для проектных организаций
18.08.2016 — Допуск СРО за 1 день — думаете невозможно?
В каких программах разрабатывают 4D-модели?
Моделирование строительства может быть реализовано через различные программные продукты. Вот основные из них:
- Autodesk Navisworks
- Synchro Pro
- Bexel Manager
Самый простой вариант – Autodesk Navisworks, где на основе модели из Revit, например, можно сформировать 4D-модель строительства объекта, разделив все элементы на группы, соответствующие позициям в календарном плане строительства. Затем для групп элементов заполняется время их появления, и создаётся анимация процесса строительства.
Такая наглядность может быть оценена, в первую очередь, топ-менеджерами и специалистами заказчика. В большинстве случаев этого бывает достаточно для достижения целей 4D-моделирования. Однако, в случае крупных и сложных проектов может быть недостаточно. В таком случае применяют более сложный инструмент — например, Synchro Pro. В этом программном комплексе созданную в разных BIM-программах модель можно совместить с графиком работ из MS Project или Oracle Primavera. Дополнить полученную анимацию планом стройплощадки с местами движения строительной техники, и создать более качественный и профессиональный прогноз процесса строительства.
Программа BEXEL Manager имеет схожий функционал с перечисленным ПО и также позволяет реализовать 4D моделирование объекта.
После начала строительства 4D-модель позволит визуализировать планируемое и фактическое выполнение работ. Наглядно представлять разницу. В том числе и для тех, кто не очень погружён в процесс строительства (представители заказчика, или, например, покупатели квартир, если речь о жилом многоквартирном доме). Также некоторые программы для 4D-моделирования позволяют идти дальше и заполнять значения ресурсов, необходимых для создания отдельных элементов модели (то есть их стоимость). Для этого типа моделирования уже прижилось понятие 5D, где под пятым «измерением» подразумевают стоимость.
