Využití mračen bodů od geodetů pro praxi architektů a projektantů

Středa, 20. Únor 2019 - 0:00
| Napsal: | Zdroj: ERA 21

Článek shrnuje možnosti využití mračen bodů v geodetické praxi s ohledem na požadavky architektů a projektantů. Mračna bodů, nebo také z angličtiny převzatý a též hojně v odborné praxi používaný pojem PointCloud, jsou datovým výstupem tzv. 3D laserového skenování, využívaného stále častěji pro sběr dat při zaměřování stávajících budov a staveb. 

Využití mračen bodů od geodetů - Rodinný dům Klánova. Zdroj: ERA 21
Fotoalbum: 

Stručně řečeno, jedná se o technologii, která pomocí laserového paprsku zachytí prostorové souřadnice skenovaného prostoru. Z těchto souřadnic vznikne síť bodů v závislosti na nastavené hustotě, respektive požadavku na přesnost. Po zpracování dat ze skeneru vzniknou již zmiňovaná mračna bodů, chcete-li PointCloud. Výhodou technologie 3D laserového skenování je bezesporu rychlost sběru dat v místě jejich pořizování, přesnost a komplexní zachycení zaměřovaných prostor. Podklady pro vynesení zaměření v podobě mračen bodů jsou čím dál více populárnější. Je to dáno jednak čím dál větší dostupností různých typů laserových skenerů v geodetických kancelářích a v druhé řadě také zvýšenou poptávkou ze strany architektonických a projekčních ateliérů.
Poptávku ze strany architektů a projektantů si lze vysvětlovat jednoznačně tím, že již několik let dokáží CAD/BIM nástroje s mračny bodů pracovat. Práce s mračny v těchto nástrojích však především (a pouze) spočívá v jejich podložení jako podkladu zaměření do modelovacího prostoru, který poslouží pro vynesení 3D modelu zaměřované stavby, který můžeme vnímat jako výborný základ pro další fáze projektovaní metodou BIM.

Mračno bodů: Nadhledová perspektiva skenu novostavby rodinného domu včetně pozemku – stav před dokončením terénních úprav. Mračna pomohou projektantovi zjistit kubatury půdních deponií na pozemku a ověřit vyrovnanou bilanci zemních prací. 

Mračna bodů nejsou model!

A tím méně 3D model a už vůbec ne BIM model. Mračna bodů jsou v zásadě "shlukem" bodů rozmístěných v prostoru, nesoucích s sebou informaci o pozici (X,Y,Z souřadnice a informace o barvě bodu (intenzita, odstín šedi či RGB hodnota)). Samotná mračna bodů je potřeba opravdu vnímat jako "pouhý" podklad pro modelování zaměřovaného objektu. Momentálně neexistuje magické tlačítko ani kouzelná hůlka v žádném softwarovém nástroji, která by dokázala z mračen bodů (polo)automatizovaně vygenerovat stavební objekty typu zeď, deska, sloup, okenní výplň a podobné, se kterými standardně pracuje architekt či projektant v BIM modelovacích softwarových nástrojích.

Geodetickou zakázku, zaměřování lze v zásadě rozdělit na dvě zásadní fáze. Na sběr dat na stavbě a na jejich následné zpracování.

Sběr dat

Jak již bylo řečeno, sběr dat zaměřované budovy či stavby se v místě zaměřování díky 3D laserové technologii časově rapidně zkrátil ve prospěch práce v kanceláři, kde geodet musí vyskenovaná data zpracovat, zkontrolovat jejich kvalitu, případně redukovat dle požadavků hustotu mračen bodů. Výstupem pak může být několik souborových formátů, které v zásadě zprostředkovávají informaci o jednotlivých bodech mračna. Před zadáním požadavku na souborový formát by si měl architekt ověřit jaké souborové formáty jeho program podporuje. Zdaleka ne všechny nástroje pro architekty budou podporovat nativní formáty jednotlivých skenerů firem Faro, Riegl, Leica nebo Topcon. Podpora importu mračen bodů je většinou zajištěna pomocí souborových formátů *.xyz, *.txt nebo *.e57.

Zpracování mračen bodů

I samotné zpracování dat je možné vidět v několika rovinách. V praxi může nejběžněji nastat v zásadě dvojí situace. V prvním případě geodeti předají projektantům hrubá data mračen bodů a může být věcí dohody, zda-li mračna bodů z jednotlivých stanovišť mají být spojena do logických celků či nikoliv. V obou variantách nasnímaných dat se jedná o surová data mračen bodů. Na rozdíl od ručního zaměření v podobě zápisu a skic s naměřenými hodnotami může se surovými mračny bodů projektant bez větších problémů začít pracovat. Je samozřejmě věcí dohody a rozdělení zakázky, zda-li modelování stávajícího stavu do podoby 3D modelu, jakožto základu budoucího komplexního BIM modelu zajistí projektant či tento požadavek zajistí geodetická kancelář jako novou, do budoucna standardní součást svých služeb.

Shrňme si, na příkladu zakázky rekonstrukce rodinného či bytového domu, co mohu jako architekt od geodeta požadovat při zakázce zaměření?

Tradiční požadované výstupy ze zadání zaměření geodetům:

  • Polohopis a výškopis - Situace řešeného území (polohopis a výškopis) ve formátu *.dwg nebo *.dgn, umístěné v souřadnicovém systému S-JTSK a výškovém systému Bpv

  • Seznam souřadnic – seznam zaměřených geodetických bodů ve formátu *.txt

  • Zaměření stávajícího stavu budovy (půdorysy, řezy, pohledy) ve formátu *.dwg, *.pdf

Takto byli architekti zvyklí od dob, ještě před tím, než se počítače nadobro prosadili při navrhování. Jen původní papírovou dokumentaci časem nahradili elektronické souborové formáty.

Nicméně časy se mění a možnosti nových technologií sběru dat posouvají využití výstupů od geodetů mnohem dál.

Nově požadované výstupy ze zadání zaměření geodetům tak mohou dnes navíc obsahovat:

  • Mračna bodů (PointCloud) - surová mračna bodů ve formátu *.txt, *.xyz nebo *.e57

  • 2D dokumentace zaměření stávajícího stavu– z mračen bodů vygenerované 2D půdorysy, řezy a pohledy.

  • 3D model zaměření stávajícího stavu – geodet vytvoří z mračen bodů 3D model stávajícího stavu budovy. 


Mračno bodů jako podklad pro zaměření stávajícího stavu budovy. Pohled na nároží fasády činžovního domu.

Mračna bodů (PointCloud) – Princip 3D laserového skenování umožňuje zachytit objekty, které jsou viditelné, z toho je zřejmé, že na vyskenování jednoho objektu, jedné stavby je potřeba rozmyslet a zvážit jednotlivá stanoviště skenování tak, aby byla zachycena stavba a vše v/na ní. Mračna bodů vytvořená z jednotlivých stanovišť musí zpravidla geodet zpracovat – spojit jednotlivá stanoviště do celkového mračna bodů. Někdy je naopak pro další práci strategičtější zvolit více souborů mračen bodů, například zaměřovanou budovu uložit samostatně od okolí stavby nebo jinak dle potřeby rozdělit celková mračna bodů na celky odpovídající logice stavby.

2D dokumentace zaměření stávajícího stavu – Mračna bodů mohou docela dobře posloužit jako podklad pro vynesení výkresů stávajícího stavu tradiční cestou 2D výkresové dokumentace. Z mračen bodů může geodet připravit tzv. rastrovou výkresovou dokumentaci. Takto vytvořené rastrové 2D výkresy obsahují v měřítku uložený rastrový podklad vytvořený libovolným vedením řezu (horizontálního či vertikálního) v požadovaném místě mračen bodů. Takto vygenerované 2D rastrové podklady mohou posloužit jako podklad pro vynesení 2D vektorizovaného zaměření v tradičních CAD programech, které neumožňují práci s mračny bodů.

3D/BIM model zaměření stávajícího stavu– zpracování mračen bodů od geodeta do 3D modelu zaměření stávajícího stavu budovy. Před tím je však potřeba, aby si geodet s objednatelem zaměření definoval podrobnost detailu vznikajícího modelu v závislosti na jeho budoucím využití v dalších fázích projektových prací. V případě, kdy geodet dokáže dodat i 3D/BIM model je však nutné, aby modelování odpovídalo dohodnutým standardům, na kterých se domluví projektant s geodetem. Vezmeme-li v úvahu, že plánovaný projekt bude zpracováván metodou BIM, měla by být fáze zaměření a vynesení 3D/BIM modelu stávajícího stavu součástí tzv. BIM Execution Plan, kde kromě rolí a odpovědností za jednotlivé části modelu bychom měli mít na zřeteli i tzv. LOD (Level of Detail), tedy úroveň detailu a podrobností jaké si s sebou 3D/BIM model z fáze zaměření stávajícího stavu ponese.

Závěr

Myslet si, že celkový čas potřebný pro získání zaměření stávajícího stavu se výrazně zkrátí by bylo pošetilé. Z pohledu geodeta, který má dle zadání projektantovi předat dokumentaci zaměření stávajícího stavu, lze vidět zásadní výhody použití 3D laserového skenování především v:

1) Redukování času stráveného v terénu vlastním zaměřováním
Díky "virtualizování" stavu budovy pomocí mračen bodů do počítače se výrazně zkrátí čas strávený geodety na stavbě. Tuto skutečnost zcela jistě ocení geodeti zejména v době nepříznivého počasí. Uspořený čas ze stavby se díky tou přenesl do tepla kanceláře k počítači. Nejedná se o časovou úsporu, nýbrž z pohledu celé zakázky o přesun časové dotace z místa zaměřování k práci u počítače. Zcela jistě čas strávený u počítače je příjemnější než dříve čas trávený, mnohdy v zimě, na stavbě s tužkou, zápisníkem a metrem.

2) Minimalizování vícenákladů
Pokud geodeti pracující tradičními postupy v minulosti zapomněli nějaké rozměry stavby zaměřit, patrně jim nezbývalo nic jiného než vyrazit znovu na stavbu. Tím se jim samozřejmě zvyšovali výdaje na cestovní náklady a zakázka se tak mohla lehce stát méně výdělečnou, až nevýdělečnou, to podle vzdálenosti místa zakázky od jejich kanceláře. V případě 3D laserového skenování je obava, že něco zapomenete zaměřit v podstatě nulová. Na druhou stranu obsluha skeneru vyžaduje jisté dovednosti a zkušenosti. Zjednodušeně to, co je mimo dosah laserového paprsku, to prostě laserový sken nezaměří."

3) Přenesení stavby do virtuálního prostředí počítače
Díky digitalizaci zaměřované stavby je možné veškeré doměrky, které během vynášení stávajícího stavu vyvstanou, provést odečtem v počítači z mračen bodů.

Mračno bodů vyskenovaného hřiště a okolí sportovního areálu. Akční rádius – poloměr jednoho měření stanoviště skeneru byl až 70m v případě modelu FARO FOCUS M70. V rámci celého areálu a přilehlé komunikace bylo měřeno přes 30 stanovisek. 

Stejně tak, jak moderní technologie postupně vstupují do celého stavebnictví a mění se dosavadní způsoby práce a postupy, tak i v geodetické praxi se prosazují moderní technologie a trendy, které zásadně mění pohled na tradiční geodézii. Z pohledu architektů a projektantů je jen otázkou času, jak budou služby geodetů vnímány právě s ohledem na progresivní metody zaměřování. Pokud dnes geodet odevzdá polohopis a výškopis, včetně 2D dokumentace zaměření stávajícího stavu budovy určené k rekonstrukci, nikdo nebude tuto dokumentaci jakkoliv zpochybňovat. Jisté obavy zcela jistě nastanou v případě zpracování mračen bodů do podoby 3D/BIM modelu. Zásadní překážkou je absence standardů pro tvorbu 3D modelů zaměření stávajícího stavu. To se může jako zásadní pro komplexní svěření zakázky zaměření do rukou geodeta. Někdy může být také argumentem: „Vymodeluji si budovu sám, abych lépe pochopil samotnou budovu a její prostorové vztahy a lépe se s ní seznámil…“ to se může jevit jako výhoda pro další projekční práce, ale je také otázkou, zda-li by architekti neměli raději navrhovat a projektanti projektovat a výstupy související se zaměřováním neměli raději svěřit do rukou geodetů... 

Článek byl převzat z časopisu ERA 21.