Αυτόματη αναγνώριση τρισδιάστατη μοντέλων CAD από νέφος σημείων για δομικό έλεγχο

Abstract

Τα τελευταία χρόνια η μοντελοποίηση της κτιριακής πληροφορίας (Building Information Modeling) γίνεται όλο και πιο δημοφιλής στον κλάδο των μηχανικών. Η δυνατότητα ενοποίησης των διαδικασιών σχεδίασης, υλοποίησης και διαχείρισης ενός κτηρίου σε ένα τρισδιάστατο μοντέλο, είναι το βασικό πλεονέκτημα τους. Η αυτόματη δημιουργία τέτοιων μοντέλων για υφιστάμενες κατασκευές, προβλέπεται να παίξει σημαντικό ρόλο στον τομέα της επιθεώρησης και του ελέγχου των κτηρίων. Η αποτύπωση και ο έλεγχος ενός κτηρίου με τεχνικές τρισδιάστατης ανακατασκευής από φωτογραφίες ή με τη χρήση 3D Laser σαρωτών προϋποθέτει την χειροκίνητη επεξεργασία του νέφους σημείων που λαμβάνουμε από τις τεχνικές αυτές. Πρόκειται για μια διαδικασία χρονοβόρα και επιρρεπή σε σφάλματα, η οποία θα μπορούσε να επωφεληθεί σημαντικά από την αυτοματοποίησης της. Σε αυτή την εργασία, αναπτύξαμε μια μέθοδο ελέγχου συμμόρφωσης των κατασκευαστικών διαστάσεων ενός κτηρίου με τα όρια που θέτει ο οικοδομικός κανονισμός. Τα πειραματικά αποτελέσματα που παρουσιάζονται, βασισμένα σε δεδομένα που έχουν ληφθεί από προσομοιωμένες σαρώσεις κτηρίων, δείχνουν τη δυναμική της προτεινόμενης προσέγγισης για τον υπολογισμό των διαστάσεων και του ελέγχου της υφιστάμενης κατασκευής. Η μέθοδος υπολογίζει αναλυτικά διαστάσεις σε κατασκευαστικές περιοχές ενός κτηρίου, και τις αποκλίσεις τους από το θεωρητικό μοντέλο της οικοδομικής άδειας του κτηρίου. Οι αποκλίσεις αυτές υπολογίζονται σε επίπεδο επιφανειών των κατασκευαστικών στοιχείων που συνθέτουν το κτήριο. Με βάση αυτή την πληροφορία, εκτιμάται η συμμόρφωση της κατασκευής με τον οικοδομικό κανονισμό. Η αξιολόγηση του συστήματος βασίστηκε σε πειράματα, όπου διάφορες παραλλαγές ενός προσομοιωμένα κατασκευασμένου κτηρίου ελέγχθηκαν έχοντας ως αναφορά ένα θεωρητικό BIM μοντέλο. Τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται στην εργασία εμφανίζουν την ικανότητα της μεθόδου να αντιστοιχίζει επιτυχώς τις περιοχές του κατασκευασμένου κτηρίου με το θεωρητικό, να υπολογίζει τις αποκλίσεις ανάμεσα στις περιοχές και να ελέγχει τη συμμόρφωση των διαστάσεων με βάση τον οικοδομικό κανονισμό. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η μέθοδος μπορεί να έχει πιθανή επιτυχία στον έλεγχο των κτηρίων. Περαιτέρω πειράματα βασισμένα σε πραγματικές μετρήσεις θα ακολουθήσουν για την αξιολόγηση του συστήματος στην πράξη.

Building Information Models (BIMs) are becoming more popular in the construction industry for encoding, reusing, and exchanging information about structural assets. Automatically generating such representations for existing constructions is expected to play a significant role in building inspections. Image-based 3D reconstruction techniques or 3D scanners can be used to capture dense 3D measurements of a facility's as-built condition and the resulting point cloud can be manually processed to create an as-built BIM — a time-consuming, subjective, and error-prone process that could benefit significantly from automation. In this thesis we develop an automated method to assess the compliance of design specs in a building. Experimental results are presented with data obtained from simulated building scans and show the potential of the proposed approach for as-built dimension calculation and control. The method provides detailed information about the dimensional deviations of the as build model with respect to the as designed. These deviations are calculated at the level of individual building surfaces. Using this information the compliance to the building regulation is assessed. The evaluation of the system was based on experiments on a case study where different versions of a simulated scanned As-Built model were checked with the As-Designed BIM. The primary results presented in this thesis were successful in recognizing matching regions of building components between the examined models, calculating their dimensional deviations and assess the compliance of the As-Built model with the building regulation limits. The results provide evidence that this potential method can be successful in building inspections. More extensive field experiments will follow to characterize its performance in practice.