3D-modeller af infrastruktur vil snart være en forudsætning for vedligeholdelsesarbejde

16.03.2018 / Finn Raun Gottfredsen

Det traditionelle asset management-system, der er baseret på specifikationer, tegninger og andre dokumenter, forventes at uddø. Dette vil medføre en øget efterspørgsel efter 3D-modeller af eksisterende store infrastrukturkomponenter. De potentielle fordele med hensyn til at fremskynde og optimere vedligeholdelsesarbejde er åbenlyse, men hvordan får vi de ”gammeldags” systemer med ind i den nye digitale tidsalder?
 
I de senere år har konceptet med og brugen af et Building Information Modelling (BIM) tiltrukket sig øget opmærksomhed, og de anvendes nu ofte i byggefasen. Hjertet i et BIM er en 3D-model af de elementer, der skal undersøges. For nye konstruktioner er dette ikke noget problem, da de som regel er designet ved hjælp af 3D-modeller.

For eksisterende konstruktioner er dette imidlertid en udfordring, da der som regel ikke vil findes 3D-modeller af konstruktionerne.

Vi arbejder i øjeblikket sammen med nogle af vores større kunder for at skabe et grundlag for anvendelse af BIM-principperne på eksisterende infrastrukturfaciliteter som en del af et asset management-system (AMS).

Formålet er at undersøge og udnytte BIM til at optimere og forbedre effektiviteten i forbindelse med vedligeholdelsesarbejde. Da asset management-systemer baseret på et alfanumerisk objektidentifikationssystem forventes at uddø og blive erstattet af systemer baseret på BIM, har branchen også brug for et alternativ til de eksisterende konstruktioner.

Detaljerede digitale billeder afslører tilstanden af infrastruktur

Et af de projekter, hvor vi har indført ny teknologi og nye koncepter for at få mere viden og få vedligeholdelsen af eksisterende infrastruktur med ind i den digitale alder, er et projekt vedrørende inspektions- og renoveringsplanlægning af de 106 tunneler på jernbanelinjen Vrbnica – Bar i Montenegro. Det er den primære jernbanelinje gennem Montenegro fra Adriaterhavet i syd til den serbiske grænse i nord.

Det første skridt hen imod at etablere et BIM i driftsfasen var at etablere en 3D-model af alle de 106 tunneler. Dette blev gennemført med en kombination af laserscanning og videobilleder taget med et 360°-kamera kaldet COWI Panoramic View (CPV).

Alle observationer, der viser tilstanden af infrastrukturen, blev herefter registreret på en struktureret måde i en inspektionsdatabase. Fra databasen er det muligt at eksportere data i formater, der kan indlæses i et BIM-baseret asset management-system.

CPV-registreringsenheden blev installeret oven på en bil, der var placeret på en fladvogn, der blev kørt gennem alle tunneler og gallerier af en dræsine.

Mange fordele i forhold til et papirbaseret system

Som en alsidig måde at håndtere og præsentere georefererede data indhentet fra CPV og laserscanning anvendte vi et særligt værktøj kaldet COWI MultiViewer.

Dette værktøj, som er udviklet af COWI, er 100 procent webbaseret og kan bruges til at lagre og præsentere georefererede data i en række forskellige formater.

En særlig applikation i COWI MultiViewer – kaldet COWI Virtual Inspection Tool (CVI) – kan bruges til at udføre skrivebordsinspektioner af konstruktioner baseret på digitale billeder indlæst i vieweren.

Effektiv håndtering af data fra den detaljerede inspektion ved hjælp af en specialfremstillet inspektionsdatabase gjorde det muligt at udvikle individuelle renoveringsplaner for alle de 106 tunneler langs den primære jernbane gennem Montenegro.

Der er en række fordele ved at bruge databaser i stedet for papirbaserede systemer:

  • Foruddefinerede defekter.
  • En af kernekomponenterne i databaserne er et hierarki af foruddefinerede defekter. De foruddefinerede defekter vil som regel dække over 95 procent af observationerne. Brugen af foruddefinerede defekter sikrer en ensartet registrering af defekter, også selvom inspektionen udføres af fem eller flere inspektører.
  • Nem registrering i marken.
  • Databasen er installeret på en tablet-PC, så data kan indtastes direkte i databasen under en inspektion.
  • Optimal datahåndtering.
  • Da 95 procent (eller flere) af defekterne er beskrevet ved et ret lille antal foruddefinerede defekter, er det nemt at behandle dataene og oprette rapporter direkte fra databasen.
  • Nem udveksling af data mellem systemer.
  • Data fra inspektionsdatabaserne kan nemt udveksles med asset management-systemer på et højere niveau eller BIM ved hjælp af standardiserede dataformater som f.eks. Excel, csv-format, txt-format eller lignende.
  • Intuitivt link til data
  • I BIM kan der ydermere etableres et direkte link mellem en primær konstruktionskomponent og den inspektionsdatabase, der indeholder inspektionsdata. COWI er aktuelt involveret i udviklingen af værktøjer, der kan kombinere data i sådanne inspektionsdatabaser med COWIs virtuelle inspektionsværktøj i COWI MultiViewer.

Laserscanningen medførte en punktsky for hver tunnel. Punktskyerne er så detaljerede, at de næsten ligner et sort-hvid 3D-billede af tunnelerne.

Et effektivt screeningsværktøj – men bør ikke stå alene

Projektet i Montenegro bekræftede, at videooptagelser og digitale billeder med høj opløsning er effektive screeningsværktøjer til at optimere planlægningen af detaljerede inspektioner. De bør dog ikke stå alene, da visse defekter ikke kan identificeres effektivt uden at være tæt på konstruktionen, men digitale billeder kan bruges på kontoret til at forberede og planlægge detaljerede inspektioner, understøtte styrkevurdering og give input til rapportering.

Regelmæssig gentagelse af en komplet videoinspektion er også en effektiv måde at monitorere ændringer i tilstanden af infrastruktur, der ofte har en betydelig størrelse og er en udfordring at få adgang til i detaljer.

Det vil også snart være muligt at identificere visse defekter ved hjælp af automatisk billedbehandling. Dette kan omfatte:

  • udvikling og ændringer i revnemønstre,
  • betonafskalning,
  • indtrængning af vand i betonkonstruktioner,
  • korrosion på ståloverflader,
  • nedbrydning af overfladebehandling på stålkonstruktioner,
  • sætningsskader,
  • ændringer i erosionsbeskyttelse

I fremtiden vil alle ovenstående informationer højst sandsynligt blive håndteret, dokumenteret og kommunikeret ved hjælp af BIMS.

Vær forberedt på fremtiden

Den vigtigste fordel ved at implementere et asset management-system, der integrerer de særlige funktioner i BIM i eksisterende infrastrukturkomponenter, er, i forhold til et traditionelt AMS, at det er muligt at opnå et direkte og intuitivt link mellem komponenterne og de tilknyttede informationer.

Projektet i Montenegro var et eksempel på en rationel måde at etablere en funktionel 3D-model til eksisterende elementer.

Som tidligere nævnt forventes systemer, der er baseret på et alfanumerisk objektidentifikationssystem, derudover at uddø.

Fremtiden vil vise mere om, hvordan AMS og BIM kan eksistere sammen og kombineres, så vi får en mere effektiv og rationel måde at håndtere store mængder af information vedrørende infrastrukturkomponenter fra de første konceptuelle undersøgelser til idriftsættelse, drift og endelig nedlæggelse.

Én ting er sikker: det er afgørende at etablere 3D-modeller, hvis vi skal være forberedt på, høste frugterne af og få den eksisterende infrastruktur med ind i den nye digitale tidsalder.

FAKTA

National Building Information Model Standard Project Committee definerer BIM som:
Building Information Modeling (BIM) er en digital gengivelse af fysiske og funktionelle karakteristika ved en facilitet. BIM er en fælles videnressource til information om en facilitet, der danner et pålideligt grundlag for beslutninger i løbet af dens livscyklus. (NBIMS-US 2017)

  • BIMS anvendes aktuelt hovedsageligt på nye byggeprojekter som en del af Computer Aided Engineering (CAE).
  • I et BIMS tildeles hvert projekt en unik kode, der beskriver projektets type og placering. Typekoden viser også objektets hierarkiske position inde i konstruktionen, objektmontagen.
  • En række attributter, der indeholder information om objektet, tildeles herefter til alle objekterne.
  • Attributter vedrører traditionelt materialeegenskaber, leverandøroplysninger, dato for køb/levering, specifikation af reservedele etc.
  • Det forventes, at der i fremtiden også vil blive tilføjet attributter, der vedrører drift og vedligeholdelse (O & M). Dette kunne omfatte O & M-specifikationer, tegningsreferencer, inspektionsdata, tilstandsvurderingsdata etc.

Mød Finn Raun Gottfredsen

Jeg er civilingeniør med speciale inden for vedligeholdelse af broer og tunneler. Jeg har arbejdet inden for dette område i over 20 år på en række større projekter i Danmark og udlandet.

Drift og vedligeholdelse er et udfordrende felt, da det kombinerer viden om konstruktioner med en forståelse af materialer samt forringelsesmekanismer.

Mit arbejde på store infrastrukturprojekter har givet mig en stor interesse for udvikling af værktøjer til hurtig og effektiv indsamling og håndtering af store mængder data fra inspektioner.

Kontakt

Finn Raun Gottfredsen
Project Director
Operation and Maintenance and Steel

Tel: +45 29662959