Drony w budownictwie kubaturowym

Zapanować nad placem budowy

W poprzedniej edycji dodatku DRONY DLA GEODETY opisywaliśmy wykorzystanie bezzałogowych statków latających w monitoringu projektów infrastrukturalnych. To jednak nie jedyny typ zleceń, jakie realizujemy.

W ubieg­łym roku wykazaliśmy, że pozyskiwana za pomocą dronów szybka i dokładna informacja o placu budowy jest nieoceniona przy realizacji przedsięwzięć drogowych, kolejowych czy gazociągowych. W budownictwie kubaturowym obszar inwestycji zmienia się jeszcze dynamicznej, a zatem również tutaj pole do zastosowania dronów jest bardzo szerokie. Dzieje się tak za sprawą możliwoś­ci szybkiego i bezpiecznego wykonania nalotu fotogrametrycznego i pozys­kania aktualnych danych. W niniejszym artykule pokażemy, jak użycie przetworzonych danych z pokładu drona może wspomóc pracę na budowach kubaturowych i pozwala wejść firmom na nowy poziom, którego osiągnięcie stanie się niedługo niezbędne, aby konkurować na trudnym rynku budowlanym.

Rys. 1. Ortofotomapa (GSD 1,5 cm) zintegrowana z mapą zasadniczą

Przygotowanie do budowy

Już na etapie ofertowania kosztorysanci stają przed wyzwaniem poprawnej wyceny danego przedsięwzięcia na poszczególnych etapach: projektowania, przygotowania działki pod plac budowy oraz realizacji inwestycji. Aby wycena była precyzyjna, uwzględniała aktualną sytuację w terenie i potencjalne ryzyko, należy zidentyfikować i uwzględnić wiele aspektów. Do tej pory firmy budowlane podczas przygotowywania ofert korzystały zazwyczaj z następujących danych: zasobów geoportali, zdjęć satelitarnych czy opracowanych specjalnie na cele inwestycji map geodezyjnych (w tym obligatoryjnych map do celów projektowych). Częs­to dane te są mało aktualne lub niedokładne (nierzetelnie przygotowane) i nie pokazują ważnych informacji, które są potrzebne do właś­ciwego sporządzenia oferty. I tutaj jest miejsce dla dronów.

Rysunek 1 przedstawia wykonaną przez naszą firmę SkySnap ortofotomapę (GSD 1,5 cm) zintegrowaną z mapą zasadniczą. Opracowanie powstało na zlecenie generalnego wykonawcy w ramach przygotowania oferty na przebudowę terenu przemysłowego, w tym hali produkcyjnej. W wyniku analizy pozyskanego materiału wykryto błędy na mapie do celów projektowych (rozbieżności ze stanem istniejącym). Produkty fotogrametryczne odpowiedziały również na potrzebę uwzględnienia elementów niewchodzących w zakres wspomnianego dokumentu.

Na tym etapie warto ponadto wspomnieć o użyciu prostszych materiałów uzys­kanych z pułapu UAV, tj. zdjęć, filmów czy panoram sferycznych 360°. Nie są to, co prawda, produkty fotogrametryczne, ale mogą stanowić użyteczny zestaw materiałów reklamowych i marketingowych na potrzeby generalnego wykonawcy i inwestora.

Wsparcie na etapie projektowania

Koncepcja architektoniczna, a następnie projekt wykonawczy nie powinny stanowić jedynie surowych dokumentów. Ważne jest, aby odnosiły się do przestrzeni, w której będą realizowane i będą dobrze wpisywały w istniejącą zabudowę. W tym celu na etapie projektowania można wykorzystać modele 3D mesh do przeprowadzenia konsultacji społecznych oraz wpasowania projektu w istniejącą przestrzeń. Za przykład niech posłuży centrum miasta Piaseczno, dla którego wykonaliśmy model 3D mesh oraz ortofotomapę. Na rys. 2. zaprezentowano porównanie aktualnego modelu 3D strażnicy OSP z projektem po przebudowie. Do wykonania modelu wykorzystano zdjęcia ukośne pozyskane z drona DJI Phantom 4 RTK.

Rys. 2. Wpasowanie planowanej inwestycji w model 3D mesh centrum Piaseczna

Rynek budowlany rozwija się obecnie bardzo dynamicznie. Platforma analityczna Buil­ding Radar przewiduje, że do 2020 roku sektor ten uroś­nie w Polsce o ponad 10%. Dynamikę tę doskonale obrazuje rozwój centrów hand­lowych zyskujących kolejne hale i magazyny. Do przygotowania obszaru pod budowę takich obiektów potrzebne są szacunki związane m.in. z rozbiórkami, przeprojektowaniem obecnej infrastruktury czy pracami ziemnymi mającymi na celu wyrównanie lub ukształtowanie terenu.

W ramach inwentaryzacji terenu pod rozbudowę obiektu wielkopowierzchniowego w Gdańsku wykonaliśmy pomiary mas ziemnych humusu składowanego na obszarze planowanej inwestycji. Efektem obmiaru było określenie objętości wymagającej wywiezienia, a poziomem odniesienia była wysokość zrealizowanego obok parkingu (rys. 3). Jest to przykład aktualizacji modelu terenu ze względu na trwające prace budowlane. Ponadto wykonano porównanie z klasycznym pomiarem geodezyjnym. Różnica objętości wynosiła 15% ogólnej wartoś­ci i była spowodowana generalizacją pomiarów geodezyjnych. Zinwentaryzowany i przeanalizowany obszar miał powierzchnię około 1,5 ha.

Rys. 3. Przekrój przez masy ziemne w widoku 3D

Inwentaryzacja obiektów wokół planowanej inwestycji

Bardzo często inwestycja może mieć niekorzystny wpływ na już istniejące obiekty. Może dochodzić do naruszenia konstrukcji fundamentów czy pękania ścian. Z punktu widzenia inwestora ważne jest, aby zapobiegać takim sytuacjom i zabezpieczyć się przed nieuzasadnionymi roszczeniami. Na tym etapie inwentaryzacja stanu zerowego stanowi dla inwestora i generalnego wykonawcy swoistą polisę ubezpieczeniową. We współpracy z firmą METRIS – zajmującą się monitoringiem konstrukcji oraz instalacją czujników wibracji, hałasu i wskaźników rozwarcia rys – wykonaliśmy inwentaryzację terenu wokół przyszłej budowy parkingów podziemnych. Zakres prac obejmował pomiar elewacji i dachów budynków zabytkowej części Gdańska leżących w bezpośrednim sąsiedztwie inwestycji. Oprócz tradycyjnej inwentaryzacji fotograficznej (rozszerzonej o możliwości dronów – zdjęcia elementów trudno dostępnych dla człowieka z aparatem, jak np. dachy i gzymsy), przygotowaliśmy wysokorozdzielcze ortoobrazy fasad budynków (rys. 4 i 5) oraz modele 3D zamrażające w czasie stan obiektów przed rozpoczęciem inwestycji. W ramach tych prac zidentyfikowano miejsca uszkodzone oraz pęknięcia, które należy monitorować w trakcie trwania budowy.

Rys. 4. Ortoobraz elewacji głównej Akademii Sztuk Pięknych w Gdańsku

Rys. 5. Ortoobraz zabytkowego muru miejskiego w Gdańsku

Wsparcie na etapie realizacji

Mimo wcześniejszego przygotowania, czasem w trakcie trwania inwestycji należy wprowadzić zmiany, które wymagają przeprojektowywania i pozyskiwania nowych danych. Najczęściej problem ten pojawia się w przypadku budowy rozciągniętej w czasie. W ramach wsparcia procesu przeprojektowania wykonaliś­my obloty kompleksu rozrywkowo-wypoczynkowego. Dla fragmentu obszaru zrealizowano mikroniwelację służącą do zobrazowania koniecznych robót ziemnych w podziale na sektory (rys. 6).

Rys. 6. Wizualizacja mikroniwelacji w postaci mapy wysokościowej

Wykonano również symulację powodziową dla terenu znajdującego się przy drodze publicznej, gdzie zaplanowano zbiornik retencyjny. Celem tej analizy było sprawdzenie, czy projektowana głębokość i objętość okażą się wystarczające w okresie wysokich opadów atmosferycznych czy roztopów. Ponadto generalny wykonawca otrzymał ortofoto­mapę oraz chmurę punktów, które mógł wykorzystać w procesie przeprojektowywania w środowisku REVIT – doprowadziło to do integracji danych fotogrametrycznych z modelem BIM inwestycji.

Kolejnym przykładem użycia dronów jest cykliczna kont­rola poprawności wykonania prac budowlanych w odniesieniu do projektu wykonawczego. Skoordynowanie wszystkich podwykonawców jest procesem niezwykle trudnym. Na rys. 7 zaprezentowano wynik zintegrowania projektu z ortofotomapą wykonaną ze zdjęć zebranych dronem Phantom 4 RTK (usprawnia on prace terenowe przez użycie małej liczby fotopunktów). Analiza obrazuje rozbieżnoś­ci wykonania ścian obiektu mieszkalno-użytkowego w Poznaniu. Wykryte nieprawidłowości były spowodowane złą komunikacją między podwykonawcami, brakiem ciągłej kontroli w trakcie realizacji inwestycji oraz wieloma zmianami projektowymi. Implementacja modelu BIM – i w związku z tym dobra koordynacja prac – w połączeniu z użyciem dronów mogłaby uchronić przed zaistniałą sytuacją. W czasie realizacji inwestycji drony mają zastosowanie również w nadzorze inwestycji oraz inspekcji BHP.

Rys. 7. Wynik integracji projektu z ortofotomapą w celu wykrycia błędów w wykonaniu prac budowlanych

Udostępnianie danych z drona na portalu on-line

Bardzo ważne dla odpowiedniego przebiegu procesu inwestycyjnego jest zarządzanie placem budowy. W tym celu istotne jest zbieranie cyklicznych i aktualnych informacji o budowie ze względu na dynamikę zmian w terenie. Najlepszym i najbardziej wydajnym sposobem jest tu wykorzystanie dronów. Dane takie należy jednak uporządkować w czasie w odpowiednim systemie, który pozwoli na dodatkowe analizy oraz udostępnianie ich różnym uczestnikom procesu inwestycyjnego. Firma SkySnap – w odpowiedzi na zapotrzebowanie klientów – zamiast przekazywania ogromu danych umieszcza je w dedykowanym portalu on-line. Umożliwia on dostęp do danych 2D/3D, wykonywanie prostych pomiarów (odległoś­ci, powierzchni, objętości) oraz prezentowanie wyników analiz, np. w postaci map różnicowych lub tabeli robót ziemnych. W portalu następuje integracja danych fotogrametrycznych z danymi środowisk GIS/CAD.

Rys. 8. Zrzut ekranu z portalu on-line SkySnap

Przyszłość wykorzystania dronów

Niniejszy artykuł przedstawia wyłącznie nasze doświadczenia. Perspektywy zastosowań dronów w budownictwie są jednak dużo szersze. Już teraz prowadzone są projekty wdrożeniowe specjalnych stacji dokujących, które będą automatycznie inicjalizować start misji drona, ładowanie baterii oraz bezpieczny powrót. Proces ten będzie w pełni zautomatyzowany oraz połączony z obliczeniami w chmurze publicznej. Sama obróbka zebranych danych zostanie wsparta elementami uczenia maszynowego, automatycznego wykrywania obiektów na zdjęciach czy integracji z modelami BIM. Należy jednak do tych zmian odpowiednio się przygotować.

Paweł Wójcik, Konrad Sosnowicz
SkySnap

Artykuł opublikowano w bezpłatnym niezbędniku sprzętowym DRONY DLA GEODETY 2019 – pobierz w formie interaktywnego flipbooka lub pliku PDF