3D-modeller av infrastruktur vil snart være en forutsetning for vedlikeholdsarbeid

23.10.2019 / Poul Linneberg

Det tradisjonelle ressursforvaltningssystemet basert på spesifikasjoner, tegninger og andre dokumenter forventes å dø ut. Dette vil føre til et økt behov for 3D-modeller av eksisterende store infrastrukturkomponenter. De potensielle fordelene med hensyn til å få fart på og optimalisere vedlikeholdsarbeid er åpenbare, men hvordan får vi de gamle systemene med inn i den nye digitale tidsalderen?

De siste årene har konseptet og bruken av et Building Information Modelling System (BIM) tiltrukket seg stadig mer interesse, og det blir nå mye brukt under bygging. Kjernen i et BIMS er en 3D-modell av ressursene som vurderes. For nye konstruksjoner er ikke dette et problem, siden de vanligvis vil bli utformet ved hjelp av 3D-modeller.

For eksisterende konstruksjoner er det derimot en utfordring, siden det vanligvis ikke finnes 3D-modeller av konstruksjonene.

Sammen med noen av våre største kunder arbeider vi for øyeblikket med å skape et grunnlag for å bruke prinsippene fra BIMS på eksisterende infrastrukturanlegg som en del av et ressursforvaltningssystem (AMS).

Målet er å utforske og bruke BIMS til å optimalisere og forbedre effektiviteten innen vedlikeholdsarbeid.

Detaljerte digitale bilder avdekker infrastrukturens tilstand

Ett av prosjektene hvor vi har introdusert ny teknologi og nye konsepter for å skaffe ytterligere kunnskap og digitalisere vedlikeholdet av eksisterende infrastruktur, er et prosjekt som gjelder inspeksjons- og rehabiliteringsplanlegging av de 106 tunnelene på jernbanestrekningen Vrbnica–Bar i Montenegro. Dette er hovedstrekningen gjennom Montenegro fra Adriaterhavet i sør til grensen mot Serbia i nord.

Første skritt for å opprette en BIMS i driftsfasen var å lage en 3D-modell av alle de 106 tunnelene. Dette ble gjort med en kombinasjon av laserskanning og videofilming med et 360° kamera kalt COWI Panoramic View (CPV).

Alle observasjoner som avdekket infrastrukturens tilstand, ble deretter registrert på en strukturert måte i en inspeksjonsdatabase. Fra databasen er det mulig å eksportere data i formater som kan mates inn i et BIMS-basert ressursforvaltningssystem.

CPV-registreringsapparatet ble installert på en bil som ble satt på en flatvogn og kjørt gjennom alle tunnelene og galleriene av en dresin.

Mange fordeler fremfor et papirbasert system

Som en allsidig måte å håndtere og presentere geodata fra CPV og laserskanning brukte vi et spesielt verktøy kalt COWI MultiViewer.

Dette verktøyet, utviklet av COWI, er fullstendig nettbasert og kan brukes til å lagre og presentere geodata i en rekke forskjellige formater.

En egen applikasjon i COWI MultiViewer – COWI Virtual Inspection Tool (CVI) – kan brukes til å utføre skrivebordsinspeksjoner av konstruksjoner basert på digitale bilder som mates inn i visningsapparatet.

Effektiv håndtering av data fra den detaljerte inspeksjonen, ved hjelp av en spesialbygd inspeksjonsdatabase, gjorde det mulig å utvikle individuelle rehabiliteringsplaner for alle de 106 tunnelene på hovedjernbanestrekningen gjennom Montenegro.

Bruken av databaser har en rekke fordeler fremfor et papirbasert system:

Forhåndsdefinerte defekter.
En kjernekomponent i databasene er et hierarki av forhåndsdefinerte defekter.De forhåndsdefinerte defektene vil vanligvis dekke mer enn 95 prosent av observasjonene.Bruken av forhåndsdefinerte defekter sikrer en ensartet registrering av defekter også når fem eller flere inspektører er involvert i en inspeksjon.
Enkel registrering i felten.
Databasen er installert på bærbar PC, så data kan angis direkte i databasen mens inspeksjonen utføres.
Optimal datahåndtering.
Siden 95 prosent (eller mer) av defektene beskrives av et nokså lite antall forhåndsdefinerte defekter, er det enkelt å behandle dataene og lage rapporter direkte fra databasen.
Enkel datautveksling mellom systemer.
Data fra inspeksjonsdatabasene kan enkelt byttes med ressursforvaltningssystemer eller BIMS på et høyere nivå ved hjelp av standardiserte dataformater som Excel, csv-format, txt-format eller lignende.
Intuitiv forbindelse til data
Videre kan det i BIMS opprettes en direkte forbindelse mellom en strukturell hovedkomponent og inspeksjonsdatabasen som inneholder inspeksjonsdata.COWI deltar for øyeblikket i utviklingen av verktøy som kan kombinere data i slike inspeksjonsdatabaser med COWI Virtual Inspection Tool i COWI MultiViewer.

Laserskanningen førte til en punktsky for hver tunnel. Punktskyene er så detaljerte at de nesten ligner et svart og hvitt 3D-bilde av tunnelene.

Et effektivt screeningverktøy – men må ikke brukes alene

Prosjektet i Montenegro bekreftet at videoopptak og høyoppløselige digitale bilder er effektive screeningverktøy for å optimalisere planleggingen av detaljerte inspeksjoner. De må imidlertid ikke brukes alene siden visse defekter ikke effektivt kan observeres uten å være nær konstruksjonen, men digitale bilder kan brukes på kontoret til å forberede og planlegge detaljerte inspeksjoner, støtte konstruksjonsvurdering og gi innspill til rapportering.

Hvis en hel videoinspeksjon gjentas regelmessig, er dette også en effektiv måte å overvåke endringer i infrastrukturens tilstand som ofte er store i størrelse og en utfordring å få detaljert tilgang til.

Det vil snart også være mulig å oppdage visse defekter ved hjelp av automatisert bildebehandling. Dette kan omfatte:

utvikling og endringer i sprekkmønstre
betongavskalling
vanninntrenging i betongkonstruksjoner
korrosjon på stålflater
nedbryting av overflatebehandling på stålstrukturer
setninger
endringer i erosjonssikring

I fremtiden vil all ovenstående informasjon sannsynligvis bli håndtert, dokumentert og kommunisert ved hjelp av et BIMS.

Vær klar for fremtiden

Den viktigste fordelen med å implementere et ressursforvaltningssystem som omfatter spesialfunksjonene fra BIM på eksisterende infrastrukturkomponenter sammenlignet med et tradisjonelt AMS, er at det kan oppnås en direkte og intuitiv forbindelse mellom komponentene og den relaterte informasjonen ved hjelp av en 3D-modell.

Prosjektet i Montenegro var et eksempel på en rasjonell måte å etablere en funksjonell 3D-modell for eksisterende ressurser på.

Som nevnt tidligere forventes det dessuten at systemer som er basert på et alfanumerisk objektidentifiseringssystem, vil dø ut. Vi – og våre kunder – må forberede oss på dette.

Fremtiden vil vise oss mer om hvordan AMS og BIM kan sameksistere og kombineres for å gi en mer effektiv og rasjonell måte å håndtere de store mengdene informasjon om infrastrukturkomponenter fra de første konseptstudiene via idriftsetting og drift til endelig avvikling på.

Én ting er sikkert: Å etablere 3D-modeller er vesentlig hvis vi skal være klare, høste fordelene og digitalisere eksisterende infrastruktur.

FAKTA

National Building Information Model Standard Project Committee definerer BIM som:
Building Information Modeling (BIM) er en digital representasjon av fysiske og funksjonelle egenskaper ved en fasilitet. Et BIM er en delt kunnskapsressurs for informasjon om en fasilitet som danner et pålitelig grunnlag for beslutninger under livsløpet, definert som å eksistere fra den tidligste planlegging til rivning. (NBIMS-US 2017)

BIMS brukes for øyeblikket hovedsakelig på nye byggeprosjekter som del av Computer Aided Engineering (CAE). I et BIMS tilordnes hvert objekt en unik kode som beskriver dets type og beliggenhet. Typekoden vil også vise objektets posisjon i hierarkiet i strukturen, objektsammensetningen.
En rekke attributter som inneholder informasjon om objektet, tilordnes deretter til alle objektene.
Attributter gjelder tradisjonelt materialegenskaper, leverandørinformasjon, kjøpsdato/levering, spesifikasjon av reservedeler, osv.
I fremtiden forventes det at attributter knyttet til drift og vedlikehold også vil bli lagt til. Dette kan omfatte spesifikasjoner, tegningsreferanser, inspeksjonsdata, tilstandsvurderingsdata, osv.

Møt Finn Raun Gottfredsen

Jeg er sivilingeniør og spesialist på vedlikehold av bruer. Jeg har arbeidet innenfor dette området i mer enn 20 år på en rekke viktige prosjekter i Danmark og utenlands.

Drift og vedlikehold er et utfordrende arbeidsfelt siden det integrerer kunnskap om konstruksjoner med en forståelse av materialer og svekkelsesmekanismer.

Gjennom mitt arbeid med store infrastrukturprosjekter er jeg svært interessert i utviklingen av verktøy for hurtig og effektiv innsamling og håndtering av store mengder data fra inspeksjoner.