Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 18:15, 1 Μαρτίου 2024

Πρότυπος Τίτλος Συντήρηση ιστορικής κληρονομιάς μέσω προσεγγίσεων Scan-to-BIM: η περίπτωση του περιπτέρου της Αγροτικής Έκθεσης στη Λισαβόνα

Τίτλος Historical Heritage Maintenance via Scan-to-BIM Approaches: A Case Study of the Lisbon Agricultural Exhibition Pavilion

Ημερομηνία δημοσίευσης 02/2024

Πηγή https://www.mdpi.com/2220-9964/13/2/54

Συγγραφείς Gustavo Rocha, Luís Mateus, Victor Ferreira

Λέξεις κλειδιά scan-to-BIM (σάρωση σε Μοντέλο Δομικών Πληροφοριών), 3D laser scanning (Τρισδιάστατη σάρωση με λέιζερ) , point cloud (νέφος σημείων), ΗΒΙΜ (Historical Building Information Modeling), πολιτιστική κληρονομιά, LiDAR

Το BIM έχει αναδειχθεί σε επαναστατικό εργαλείο στον τομέα της αρχιτεκτονικής συντήρησης και τεκμηρίωσης. Όταν συνδυάζεται με επίγεια τρισδιάστατη σάρωση με λέιζερ, αποτελεί μια ισχυρή μέθοδο για τη λεπτομερή καταγραφή και την αναπαράσταση των ιστορικών κτιρίων. Η μετάβαση από τα δεδομένα σάρωσης σε περιβάλλον BIM αποτελεί περίπλοκη και χρονοβόρα διαδικασία. Η ιδιαιτερότητα των ιστορικών κτιρίων δεν έγκειται μόνο στη γεωμετρική τους μορφή, αλλά και στην κατανόηση και διατήρηση της λογικής του σχεδιασμού τους, των τυπικών κανόνων σύνθεσης και της πρωταρχικής τους γεωμετρίας. Επομένως είναι σημαντικό κατά την ψηφιακή τους μεταφορά να διατηρείται η πιστότητα στην αναπαράσταση των αναλογιών, των σχημάτων και των συμμετριών στο μοντέλο που προκύπτει. Λαμβάνοντας υπόψη αυτές τις προθέσεις και τις δυνατότητες, το παρόν άρθρο εμβαθύνει στην διαδικασία ψηφιοποίησης και μοντελοποίησης ΒΙΜ του περιπτέρου της Αγροτικής Έκθεσης της Λισαβόνας. Η μελέτη δομείται σε τρία μέρη: την επίγεια τρισδιάστατη σάρωση με λέιζερ του περιπτέρου, στη συνέχεια την ολοκληρωμένη καταγραφή, επεξεργασία και ευθυγράμμιση των σαρώσεων και τέλος το λεπτομερές μοντέλο ΒΙΜ με τη χρήση του λογισμικού Revit 2020.

Το Building Information Modeling (BIM), η τρισδιάστατη σάρωση με λέιζερ και η φωτογραμμετρία έχουν επηρεάσει την αρχιτεκτονική, τη μηχανική και την κατασκευαστική βιομηχανία μέσω της εισαγωγής προηγμένων τεχνολογιών. Το BIM, το οποίο βασίζεται σε τρισδιάστατα μοντέλα, αλλάζει τον τρόπο διαχείρισης πληροφοριών στον κατασκευαστικό τομέα, επηρεάζοντας τομείς όπως η διαχείριση πληροφοριών, οι τεχνικές οπτικοποίησης και η ευκολία στο κομμάτι της συντήρησης. Η χρήση της σάρωσης με λέιζερ και της φωτογραμμετρίας δίνει τη δυνατότητα για ακριβή καταγραφή δεδομένων από υφιστάμενα περιβάλλοντα, συμβάλλοντας στην ψηφιοποίηση και οπτικοποίηση του BIM. Αυτός ο συνδυασμός τεχνολογιών αποδεικνύεται εξαιρετικά αποτελεσματικός στη δημιουργία ακριβών μοντέλων χώρων και κτιρίων με παράλληλη δυνατότητα τεκμηρίωσής τους.

Η ακριβής αναπαράσταση ενός κτιρίου με τη χρήση απλών τεχνικών μέτρησης είναι αρκετά δύσκολη ειδικότερα σε περιπτώσεις πολύπλοκων και σύνθετων κατασκευών. Η χρήση μεθόδων όπως η τρισδιάστατη σάρωση με λέιζερ και η ψηφιακή φωτογραμμετρία μπορούν να προσφέρουν καλύτερα, ακριβέστερα και ταχύτερα αποτελέσματα.

Η διαδικασία scan-to-BIM, ο συνδυασμός δηλαδή του BIM με τεχνολογίες όπως το LiDAR (Light Detection And Ranging) και η ψηφιακή φωτογραμμετρία περιλαμβάνει τη μετατροπή δεδομένων Point Cloud σε τρισδιάστατα μοντέλα BIM. Σημαντικά οφέλη του scan-to-BIM όπως η βελτιωμένη διαχείριση των πληροφοριών ενός κτιρίου στον κύκλο ζωής του και η ακριβής οπτικοποίηση αρχιτεκτονικών λεπτομερειών, το καθιστούν σημαντικό εργαλείο για τη διατήρηση και συντήρηση της αρχιτεκτονικής πολιτιστικής κληρονομιάς. Ωστόσο η μετάβαση στη μέθοδο αυτή έχει προκλήσεις σχετικά με το κόστος (πλατφορμών, εκπαίδευσης, φύση του έργου) με αποτέλεσμα να μην είναι ιδιαίτερα διαδεδομένη.

Στην περίπτωση του HBIM προκύπτουν επιπλέον δυσκολίες λόγω της ετερογένειας των δομικών στοιχείων των ιστορικών κτιρίων, η οποία έρχεται σε σύγκρουση με τη λογική τυποποίησης και παραμετροποίησης του BIM.

Η μοντελοποίηση σε BIM είναι πιο εύχρηστη για ορθοκανονικές κατασκευές, δημιουργώντας μια ακόμη δυσκολία στις περιπτώσεις κατασκευών με μη ορθοκανονική γεωμετρία. Λόγω αυτής της ιδιότητας του BIM είναι πιθανό να επηρεαστεί η ακρίβεια της αναπαράστασης στις περιπτώσεις των ιστορικών κτιρίων. Ένας σημαντικός παράγοντας για τη μοντελοποίηση είναι η ανοχή στην ακρίβεια, έτσι ώστε και να επιτευχθεί η αξιόπιστη αναπαράσταση αλλά και να μην δημιουργηθούν υπερβολικά πολύπλοκα μοντέλα που θα επηρεάσουν το κόστος και τη ροή της εργασίας. Το επίπεδο ακρίβειας (Level Of Accuracy-LOA) και το επίπεδο ανάπτυξης (Level Of Development-LOD) χρησιμοποιούνται για την ταξινόμηση ενός μοντέλου BIM σε σχέση με το επίπεδο ακρίβειάς του.

Ένα μοντέλο BIM πέρα από την τρισδιάστατη αρχιτεκτονική απεικόνιση, αποτελεί τη βάση για την ενσωμάτωση δεδομένων που αφορούν τη διαχείριση στον κύκλο ζωής του κτιρίου από τον σχεδιασμό και την κατασκευή του έως τη συνεχή συντήρησή του ακόμη και την ενδεχόμενη καθαίρεση ή επανάχρησή του. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως κεντρικό αποθετήριο πληροφοριών για διεπιστημονική συνεργασία.

Συγκεκριμένα στα ιστορικά κτίρια, η λεπτομερής καταγραφή και ανάλυσή τους βοηθά τους ειδικούς να αποκτήσουν γνώσεις σχετικά με τις σχεδιαστικές προθέσεις μέσα στο ιστορικό τους πλαίσιο και έτσι να διασφαλίσουν στο μέλλον ότι πιθανές τροποποιήσεις και προσθήκες θα γίνουν με σεβασμό και αρμονία στην αρχική δομή διατηρώντας τον ιστορικό χαρακτήρα και την αρχιτεκτονική συνοχή.

Παρόλο που το BIM χρησιμοποιείται κυρίως σε νέα κατασκευαστικά έργα, οι δυνατότητές του στο πλαίσιο της αρχιτεκτονικής κληρονομιάς δεν έχουν διερευνηθεί πλήρως. Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η δημιουργία ενός μοντέλου BIM για ένα ιστορικό κτίριο με τη διαδικασία scan-to-BIM.

Στην περίπτωση μελέτης του περιπτέρου της Αγροτικής Έκθεσης της Λισαβόνας απεικονίζεται η μεθοδολογία από την αρχική έρευνα έως τη δημιουργία του μοντέλου BIM. Στόχος είναι η παράθεση ενός ολοκληρωμένου μεθοδολογικού οδηγού για την ένταξη και χρήση του BIM ως εργαλείου στον τομέα της διαχείρισης της πολιτιστικής κληρονομιάς.

Το περίπτερο της Αγροτικής Έκθεσης της Λισαβόνας είναι ιδιοκτησία του Instituto Superior de Agronomia και χτίστηκε σε σχέδια του Luis Caetano Pedro de Avila για την 3η Αγροτική Έκθεση το 1884. Το 1984 με αφορμή την εκατονταετηρίδα του ανακαινίστηκε και εντάχθηκε στην πολιτιστική κληρονομιά της πόλης. Σήμερα λειτουργεί ως χώρος πολλαπλών χρήσεων με μέγιστη χωρητικότητα 1000 ατόμων.

Αναπτύσσεται σε δύο επίπεδα, με το κύριο επίπεδό του να σχηματίζει μια ανοιχτή ημιωοειδή κάτοψη που συνδέεται με τρία οκταγωνικά δωμάτια, δύο στα άκρα και ένα κεντρικά. Η στέγαση των οκταγωνικών δωματίων γίνεται με θόλους οι οποίοι στηρίζονται σε μεταλλικά πλαίσια, ενώ η κύρια πτέρυγα έχει δίρριχτη στέγη που στηρίζεται σε μεταλλικά ζευκτά. Η είσοδος από τον περιβάλλοντα χώρο γίνεται μέσω κλιμάκων και οι προσβάσεις στον κύριο όροφο μέσω των περιμετρικών εξωτερικών διαδρόμων.

Οι τοίχοι είναι κατασκευασμένοι από τούβλα και στα ανοίγματα των όψεων συναντάμε μεγάλα υαλοστάσια με μεταλλικά πλαίσια. Στους εξωτερικούς διαδρόμους. Στο κάτω επίπεδο του περιπτέρου εντάσσονται βοηθητικές χρήσεις.

Για την αποτύπωση του κτιρίου χρησιμοποιήθηκαν σαρωτής λέιζερ 3D Faro Focus 120S για τη λήψη μετρήσεων, Trimble R8 GNSS GPS για τη γεωαναφορά και ένα κινητό για τη φωτογραφική τεκμηρίωση. Οι λήψεις στο πεδίο κατέγραψαν δεδομένα από 176 σταθμούς-στάσεις σάρωσης. Η έκταση που καλύφθηκε ήταν 1655τμ για τους κλειστούς χώρους του κτιρίου, 700τμ για τους υπαίθριους χώρους του και 14 στρέμματα για τον περιβάλλοντα χώρο. Τα δεδομένα ενοποιήθηκαν σε ένα Point Cloud το οποίο τοποθετήθηκε στις πραγματικές συντεταγμένες με βάση το σταθμό GPS που χρησιμοποιήθηκε.

Η σάρωση με λέιζερ αποτύπωσε λεπτομέρειες της όψης, ενώ η φωτογραφική τεκμηρίωση διασφάλισε μια ολοκληρωμένη και ακριβή αναπαράσταση στο μοντέλο BIM. Το ανάγλυφο και οι κλίσεις του περιβάλλοντα χώρου επέτρεψαν στο σαρωτή λέιζερ να καταγράψει αποτελεσματικά τα ψηλότερα σημεία του κτιρίου (στέγες, θόλους).

Για την καταγραφή του Point Cloud χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό Faro Scene (έκδοση 7.5). Οι σαρώσεις κατηγοριοποιήθηκαν σε πέντε συστάδες και ευθυγραμμίστηκαν στις χωρικές τους θέσεις ανάλογα με το επίπεδο στο οποίο βρίσκονταν. Για κάθε συστάδα πραγματοποιήθηκε προ-ευθυγράμμιση χειροκίνητα. Προεργασίες τέτοιου τύπου είναι κρίσιμες για τη μείωση του υπολογιστικού φόρτου που πρέπει να εκτελέσει το λογισμικό ώστε να προσανατολιστεί κατάλληλα η κάθε σάρωση.

Μετά την προεργασία ακολούθησε αυστηρός οπτικός έλεγχος για την τελική ευθυγράμμιση ώστε να παραχθεί το οριστικό Point Cloud (εικ. 1)

εικ. 1 πάνω αριστερά: προ-ευθυγράμμιση στο κατώτερο επίπεδο του κτιρίου, πάνω δεξιά: επεξεργασία πριν την εισαγωγή σε Faro, κάτω αριστερά: οριστική ευθυγράμμιση όλων των επιπέδων, κάτω δεξιά: ενοποιημένο οριστικό Point Cloud

Στόχος ήταν να διεξαχθεί μια αρχιτεκτονική έρευνα του κτιρίου και να δημιουργηθεί ένα μοντέλο BIM της τρέχουσας κατάστασής του, έτσι ώστε το μοντέλο να μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ένα έργο αποκατάστασης και, στο μέλλον, για τη διαχείριση των εγκαταστάσεων, υποστηρίζοντας έτσι την αποτελεσματική λειτουργία και συντήρηση του κτιρίου.

Καθορίστηκε η περιοχή προς μοντελοποίηση, προσδιορίστηκαν αρχιτεκτονικά και δομικά στοιχεία που θα συμπεριληφθούν στο μοντέλο και ορίστηκαν τα απαιτούμενα επίπεδα λεπτομέρειας για διαφορετικά στοιχεία, ώστε να αποφευχθεί περιττή εργασία.

Αποφασίστηκε ότι το μοντέλο θα περιλαμβάνει τα κύρια αρχιτεκτονικά στοιχεία που είναι τυπικά στα περισσότερα κτίρια, όπως εμφανή φέροντα στοιχεία (υποστυλώματα, δοκοί), τοίχοι, δάπεδα, στέγες, πόρτες, παράθυρα, πάγκοι, είδη υγιεινής, σκάλες αλλά και στοιχεία διαμόρφωσης του περιβάλλοντα χώρου όπως πεζοδρόμια, μονοπάτια και τοίχοι αντιστήριξης.

Το επίπεδο λεπτομέρειας κυμαίνεται από LOD 200 έως LOD 300 με βάση τα πρότυπα που ορίζει το BIM Forum. Στοιχεία που αποτυπώθηκαν στο Point Cloud αλλά αποφασίστηκε να μην ενσωματωθούν στο μοντέλο, όπως βλάστηση, φωτισμός εξωτερικού χώρου και σωληνώσεις μπορούν να ενταχθούν σαν πληροφορία μέσω μελλοντικών ενημερώσεων.

Το Point Cloud ευθυγραμμίστηκε μέσω του λογισμικού Faro Scene (έκδοση 7.5) και έγινε καθαρισμός των ανεπιθύμητων σημείων του στο Autodesk Recap. Το αρχείο RCP (εικ. 2) που προέκυψε, χρησιμοποιήθηκε αργότερα στο Autodesk Revit με σκοπό τη μοντελοποίηση BIM.

εικ. 2 Point Cloud του κτιρίου

Το περίπτερο της Αγροτικής Έκθεσης αποτελεί παράδειγμα νεοκλασικής αρχιτεκτονικής με βασικά χαρακτηριστικά την αρμονία, τη συμμετρία και τις αναλογίες που καθορίζονται από μαθηματικές σχέσεις και μετρήσεις, όπως η χρυσή τομή. Για την μοντελοποίηση του κτιρίου με βάση το Point Cloud είναι κρίσιμο να αναγνωριστούν πρώτα οι σχεδιαστικές αρχές του κτιρίου και να εντοπιστούν τα σημαντικά δομικά στοιχεία καθώς και η ιεραρχία και η διάταξή τους.

Η διαδικασία μοντελοποίησης ξεκινά με την αναγνώριση και τη δημιουργία των κατασκευαστικών αξόνων του κτιρίου (εικ. 3). Στη συνέχεια τοποθετούνται τα φέροντα στοιχεία, τα στοιχεία πλήρωσης, η τοπογραφία του περιβάλλοντα χώρου και τέλος δευτερεύοντα αρχιτεκτονικά και δομικά χαρακτηριστικά. Η προσέγγιση αυτή από τα πιο βασικά στα πιο λεπτομερή διασφαλίζει την τήρηση των σχεδιαστικών αρχών της αρχικής κατασκευής, ενώ εμπλουτίζει στο μοντέλο με λεπτομέρειες στο στάδιο της τελειοποίησης.

εικ. 3 Σχεδιασμός πριν τη μοντελοποίηση BIM α: πορεία προσδιορισμού των δομικών αξόνων (με πράσινο χρώμα οι άξονες, με κόκκινο οι κύκλοι που ορίζουν το κτίριο και με μπλε τα σημεία του Point Cloud β: Προκαταρκτικές μελέτες μοντελοποίησης για την τελική σχεδίαση των κατασκευαστικών αξόνων (με πράσινο), των εξωτερικών τοίχων και του άξονα της στέγης (ροζ χρώμα)

Τα system families του Revit (τοίχοι, στέγες, δάπεδα, σκάλες) μοντελοποιήθηκαν ως παραμετρικά στοιχεία, ώστε να υπάρχει η δυνατότητα προσαρμογής τους. Αντιθέτως, άλλα στοιχεία με δυνατότητα εισαγωγής επί-τόπου (load in-place) όπως πόρτες, παράθυρα, υποστυλώματα κα, μοντελοποιήθηκαν κατά περίπτωση και μοναδικά.

Τα τυπικά στοιχεία, όπως οι κοινές πόρτες στο κάτω επίπεδο και οι δοκοί οροφής και τα ζευκτά, μοντελοποιήθηκαν με προϋπάρχουσες οικογένειες και παραμετρικές διαστάσεις. Τα προσαρμοσμένα στοιχεία παραμετροποιήθηκαν μόνο εάν είχαν διαφορετικές διαστάσεις εντός του έργου, όπως ορισμένα υποστυλώματα.

Η προϋπάρχουσα παραμετροποίηση αξιοποιήθηκε για εξοικονόμηση χρόνου χωρίς να υποβαθμίζεται η ποιότητα του έργου. Σε κάθε περίπτωση, ανεξάρτητα από τις παραμέτρους των διαστάσεων, δημιουργήθηκαν families με παραμέτρους τελειώματος υλικού. Καθώς είναι families του Revit, ακόμη και αυτά με προσαρμοσμένη μοντελοποίηση μπορούν να ενημερώσουν τα χαρακτηριστικά και τις άλλες παραμέτρους τους, όπως απαιτείται, διευκολύνοντας την ενσωμάτωση σε μια ροή εργασιών. Η γεωμετρική ανακατασκευή αυτού του κτιρίου έθεσε σημαντικές προκλήσεις πέρα από τον προσδιορισμό της δομικής λογικής, των αξόνων και των συμμετριών που περιγράφηκαν προηγουμένως. Ιδιαίτερα, η αναπαραγωγή περίπλοκων σχημάτων που αποκλίνουν από τις τυπικές φόρμες που προσαρμόστηκαν στα εργαλεία BIM αποδείχθηκε απαιτητική. Τέτοιες πολυπλοκότητες περιελάμβαναν τους θόλους, τα κιγκλιδώματα των κλιμάκων, τις κλασικές λεπτομέρειες πρόσοψης, τα υποστυλώματα και τις τυπολογίες των θυρών μέσα στα υαλοστάσια των όψεων.

Το περίπτερο έχει τρεις οκταγωνικούς θόλους (εικ. 4), τους δύο τοποθετημένους στα άκρα του και έναν μεγαλύτερο κεντρικό θόλο. Το λογισμικό Revit 2020 έχει εγγενείς περιορισμούς στη μοντελοποίηση μη τυπικών γεωμετριών, καθιστώντας έτσι αναγκαία την ανάλυση του αντικειμένου στα βασικά γεωμετρικά του συστατικά.

εικ. 4 Ο κεντρικός θόλος, εσωτερική και εξωτερική απεικόνιση

Πρόκειται ουσιαστικά για συνδυασμό δύο σταυροθολίων που προκύπτουν από τις τομές δυο ζευγών οξυκόρυφων θόλων, με το δεύτερο ζεύγος να πραγματοποιεί στροφή 45 μοιρών (εικ. 5). Κατά συνέπεια, ο οκταγωνικός θόλος προέρχεται από τη διασταύρωση αυτών των δύο σταυροθολίων και παρουσιάζει μια ακανόνιστη βάση. Αυτή η σύνθετη γεωμετρία εισάγει μια δυναμική διακύμανση, προσδίδοντας λιγότερη ομοιομορφία και πρόσθετη κίνηση στη μορφή του αντικειμένου, διατηρώντας ωστόσο τη συμμετρία.

εικ. 5 Ανάλυση σε βασικές γεωμετρίες του οκταγωνικού θόλου

Η χρήση του Revit και παρόμοιων λογισμικών μοντελοποίησης κτιριακών πληροφοριών (BIM) στην αρχιτεκτονική μοντελοποίηση συνοδεύεται από ορισμένους περιορισμούς στα σύνολα των εργαλείων τους. Κάθε family εντός του λογισμικού έχει τη δική του λογική μοντελοποίησης, κατάλληλη για τη βασική ανακατασκευή αρχιτεκτονικών στοιχείων. Ενώ υπάρχει ένα εργαλείο μοντελοποίησης ελεύθερης φόρμας στο Revit, περιορίζεται σε βασικές τεχνικές πρωτόγονης γεωμετρίας, όπως η εξώθηση, η σάρωση, η περιστροφή και η ανάμειξη, χωρίς να περιλαμβάνει τη μοντελοποίηση NURBS (Non-Uniform Rational Basis Spline) για περίπλοκες γεωμετρίες.

Στην περίπτωση του σχεδιασμού θόλων για το περίπτερο της έκθεσης, το εργαλείο μοντελοποίησης όγκου στο Revit χρησιμοποιήθηκε αρχικά για τη δημιουργία της επιφάνειας του θόλου, στην οποία αργότερα θα ενσωματώνονταν κατασκευαστικά στοιχεία. Αυτό περιλάμβανε την προεκβολή προφίλ από την αρχική γεωμετρία και τη χρήση τεχνικών εξώθησης στερεών και κενών, καθώς και αφαίρεσης μορφής, για να σχηματιστεί ο όκγος για κάθε θόλο. Το επίπεδο χρησίμευσε στη συνέχεια ως βάση για τη δημιουργία του εξωτερικού στρώματος της επένδυσης της στέγης με τη χρήση του εργαλείου "wall by face", καθώς το τυπικό εργαλείο "roof by face" ήταν ακατάλληλο για την κλίση και το πολύπλοκο σχήμα της στέγης. Δημιουργήθηκε ένα προσαρμοσμένο family στέγης που περιλάμβανε όλα τα απαραίτητα χαρακτηριστικά (εικ. 6).

Επιπλέον, το εργαλείο "curtain system by face" χρησιμοποιήθηκε για τον σχεδιασμό ενός κεκλιμένου συστήματος υαλοπετασμάτων, το οποίο ενσωμάτωσε επίσης τα υπάρχοντα χαλύβδινα δομικά προφίλ εντός του θόλου. Τέλος, προστέθηκαν λεπτομέρειες φινιρίσματος και διακοσμητικά στοιχεία.

εικ. 6 βήματα δημιουργίας της στέγης στο Revit a: αναγνώριση των βασικών γεωμετριών, εφαρμογή ένωσης και τομής όγκων για την εξαγωγή της τελικής γεωμετρικής φόρμας και εφαρμογή της εντολής "wall by face" b: εφαρμογή του εργαλείου "curtain system by face" για να σχεδιαστούν τα δομικά στοιχεία. c: αξονομετρική τομή του τελικού θόλου

Η στρατηγική μοντελοποίησης για τα διάφορα δομικά στοιχεία προσαρμόστηκε ανάλογα με τη φύση τους και το επιθυμητό επίπεδο λεπτομέρειας. Διακοσμητικά χαρακτηριστικά όπως γείσα δημιουργήθηκαν με το εργαλείο μοντελοποίησης ελεύθερης μορφής του Revit in-place, χρησιμοποιώντας προφίλ που σχεδιάστηκαν από τα δεδομένα του Point Cloud. Πολύπλοκες γεωμετρίες τοίχων, ιδίως κάτω από σκάλες, απαιτούσαν επίσης το εργαλείο ελεύθερης μορφής λόγω των μη τυποποιημένων σχημάτων τους.

Τα κιγκλιδώματα των εξωτερικών κιγκλιδωμάτων κατασκευάστηκαν χρησιμοποιώντας ένα ειδικό family στο Revit, με ακριβή αναφορά που παρέχεται από εισαγόμενα πλέγματα από το CloudCompare για διακοσμητικές λεπτομέρειες. Τα διακοσμητικά στοιχεία μοντελοποιήθηκαν με ακρίβεια, αξιοποιώντας την ανάλυση του Point Cloud, τη φωτογραφική τεκμηρίωση και τις χειροκίνητες μετρήσεις για να διασφαλιστεί η διατήρηση των αναλογιών.

Για στοιχεία με οργανικές λεπτομέρειες, έγιναν προσεγγίσεις μοντελοποίησης. Ορισμένα χαρακτηριστικά, όπως οι γυάλινες πόρτες, τα κυκλικά ανοίγματα των θόλων και οι περίπλοκες μαρκίζες της στέγης μοντελοποιήθηκαν αρχικά in-place στο Revit και αργότερα μετατράπηκαν σε families.

Η τοπογραφία του περιβάλλοντος του χώρου δημιουργήθηκε με τη χρήση του plug-in "Scan Terrain", εξασφαλίζοντας την ακριβή αναπαράσταση του πραγματικού εδάφους στο περιβάλλον BIM. Συνολικά, η προσέγγιση μοντελοποίησης εξισορρόπησε τη λεπτομέρεια και την απλούστευση για την αποτελεσματική επίτευξη των στόχων και του πεδίου εφαρμογής του έργου (εικ. 7).

εικ. 7 αριστερά το Point Cloud της κύριας εισόδου, δεξιά το αντίστοιχο σημείο όπως προέκυψε στο BIM

Η διαδικασία μοντελοποίησης BIM ακολούθησε μια προσέγγιση από πάνω προς τα κάτω, αυξάνοντας σταδιακά το επίπεδο λεπτομέρειας (LOD) καθώς το έργο προχωρούσε (εικ. 8). Ξεκίνησε με τον καθορισμό του γεωμετρικού πλαισίου και των κύριων στοιχείων του περιπτέρου και στη συνέχεια πρόσθεσε σταδιακά δευτερεύοντα στοιχεία και λεπτομέρειες. Αυτή η συστηματική προσέγγιση αντανακλούσε την πραγματική κατασκευαστική λογική, διατηρώντας τη σειρά και την ιεραρχία.

εικ. 8 η εξέλιξη της μοντελοποίησης από το Point Cloud στο μοντέλο BIM

Για ένα συνεκτικό μοντέλο BIM κατάλληλο για χρήση σε μελλοντικές ροές εργασίας ανακαίνισης και αποκατάστασης, η ακριβής κατηγοριοποίηση των στοιχείων είναι ζωτικής σημασίας. Το μοντέλο του περιπτέρου απέφυγε να στηριχθεί σε εξωτερικό λογισμικό ή σε μοντελοποίηση πλέγματος, διασφαλίζοντας ότι όλα τα στοιχεία αναπτύχθηκαν με τη χρήση εργαλείων Revit για ακριβή ταξινόμηση και κατηγοριοποίηση. Αυτή η μέθοδος διευκόλυνε την ακριβή εξαγωγή πληροφοριών, συμπεριλαμβανομένων μετρήσεων, ποσοτήτων υλικών και γεωμετρικών λεπτομερειών.

Διάφορα αρχιτεκτονικά στοιχεία μοντελοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας παραδοσιακές μεθόδους, προσαρμοσμένες λύσεις in-place ή αυτοματοποιημένα plugins (πίνακας 1).

πίνακας 1 αρχιτεκτονικά στοιχεία και οι τρόποι μοντελοποίησης τους

Μια συγκριτική ανάλυση μεταξύ του μοντέλου BIM και των δεδομένων του Point Cloud έδειξε υψηλή ακρίβεια που επιτεύχθηκε μέσω χειροκίνητων μεθόδων μοντελοποίησης. Οι αποκλίσεις μεταξύ του μοντέλου BIM και της πραγματικής δομής ποσοτικοποιήθηκαν, με χρωματικές διαβαθμίσεις που υποδεικνύουν τις αποκλίσεις (εικ. 9). Το ιστόγραμμα απεικόνιζε κυρίως ομαδοποιημένες διαφορές γύρω από το μηδέν, υποδεικνύοντας ευθυγράμμιση μεταξύ του χειροκίνητου μοντέλου BIM και των φυσικών μετρήσεων (εικ. 10). Κατά μέσο όρο, υπήρχε απόκλιση απόστασης 12 mm, γεγονός που καταδεικνύει τη συνέπεια μεταξύ των διαφόρων σεναρίων μοντελοποίησης.

εικ. 9 ανάλυση ακρίβειας μοντέλου, πάνω: ανάλυση για το συνολικό μοντέλο, κάτω: ανάλυση για την ακρίβεια αναφορικά με τους τοίχους

εικ. 10 ιστόγραμμα κατανομής αποκλίσεων μεταξύ μοντέλου BIM Και σημειακών δεδομένων του Point Cloud, που υποδεικνύουν την ακρίβεια της γεωμετρικής αναπαράστασης του μοντέλου

Οι αναλύσεις της ακρίβειας του μοντέλου BIM παρέχουν πληροφορίες για τα δομικά στοιχεία και την ακεραιότητα των τοίχων του κτιρίου, εντοπίζοντας πιθανές ανωμαλίες όπως αποκλίσεις, κλίσεις και παραμορφώσεις. Οι αποκλίσεις που επισημαίνονται από τον χάρτη θερμότητας προσφέρουν έναν λεπτομερή χάρτη των επιφανειακών ατελειών, βοηθώντας στην αξιολόγηση των δομικών συνθηκών και της ανάγκης για παρέμβαση ή παρακολούθηση.

Τα στοιχεία του μοντέλου BIM τηρούν διαφορετικά επίπεδα ανάπτυξης με βάση τις κατευθυντήριες γραμμές του Αμερικανικού Ινστιτούτου Αρχιτεκτόνων (AIA), εστιάζοντας κυρίως στα πρότυπα LOD 300 και LOD 350. Το LOD 300 δίνει έμφαση στη γεωμετρία και τις χωρικές σχέσεις, ενώ το LOD 350 περιλαμβάνει λεπτομερείς αναπαραστάσεις των αλληλεπιδράσεων με τα συστήματα και τα γειτονικά στοιχεία, εξασφαλίζοντας μια ισορροπία μεταξύ ακρίβειας και πληροφοριακής αξίας.

Η ολοκλήρωση του μοντέλου BIM για το περίπτερο της γεωργικής έκθεσης της Λισαβόνας περιλάμβανε 147 ώρες αθροιστικής εργασίας. Αυτή περιλάμβανε αρχιτεκτονική τοπογράφηση, ψηφιοποίηση μέσω TLS (Terrestrial Laser Scaning), απόκτηση τοπογραφικών δεδομένων με χρήση τεχνολογίας GNSS (Global Navigation Satellite System), καταγραφή σάρωσης, επεξεργασία, γεωαναφορά, δημιουργία Point Cloud, βελτίωση και κατασκευή μοντέλου ΒΙΜ. Η λεπτομερής τεκμηρίωση αυτών των σταδίων παρέχεται στον πίνακα 2.

πίνακας 2 εργαλεία και χρόνος που απαιτήθηκε για κάθε στάδιο

Μετά την οριστικοποίηση του μοντέλου BIM, παράχθηκαν τα απαιτούμενα τεχνικά σχέδια και οι βασικές γραφικές αναπαραστάσεις του έργου (εικόνες 11-13). Με την αξιοποίηση των προηγμένων λειτουργιών της τεχνολογίας ΒΙΜ, τα σχέδια αυτά δημιουργήθηκαν με μεγαλύτερη ταχύτητα και ακρίβεια από ό,τι συνήθως επιτυγχάνεται με συμβατικές μεθόδους, όπως αυτές που χρησιμοποιούνται στα συστήματα CAD.

εικ. 11 γενική κάτοψη στο τοπογραφικό

εικ. 12 όψεις

εικ. 13 τομές

Οι τεχνολογίες αποτύπωσης της πραγματικότητας, ιδίως η τρισδιάστατη σάρωση με λέιζερ, προσφέρουν ακριβείς μεθοδολογίες για την καταγραφή αρχιτεκτονικών έργων, που είναι μεγάλης σημασίας για τη συντήρηση και την αποκατάσταση τους. Η μετατροπή των δεδομένων σε Point Clouds και στη συνέχεια σε μοντέλα ΒΙΜ διευκολύνει τις λεπτομερείς ψηφιακές ανακατασκευές, βοηθώντας τις δομικές αναλύσεις, την αρχιτεκτονική τεκμηρίωση και τον σχεδιασμό συντήρησης.

Η διαδικασία σάρωσης σε ΒΙΜ εφαρμόστηκε στο περίπτερο της Αγροτικής Έκθεσης της Λισαβόνας για ενδελεχή τεκμηρίωση και λεπτομερή ανάλυση, υποστηρίζοντας μελλοντικά έργα. Το μοντέλο ΒΙΜ παρείχε λεπτομερή τρισδιάστατη απεικόνιση, ακριβείς μετρήσεις και διευκόλυνε προσομοιώσεις σεναρίων αποκατάστασης και αξιολογήσεις επιπτώσεων.

Η μοντελοποίηση του περιπτέρου έθεσε μοναδικές προκλήσεις λόγω του πολύπλοκου σχεδιασμού του με πολυάριθμα διακοσμητικά στοιχεία και ένα ξεχωριστό κλασικό στυλ που διέπεται από συγκεκριμένους κανόνες αναλογίας και συμμετρίας. Πριν από τη μοντελοποίηση, ήταν απαραίτητο να αναλυθεί η γεωμετρία του, να εντοπιστούν οι συμμετρικοί άξονες και να κατανοηθούν σε βάθος οι αρχές του σχεδιασμού.

Οι εμπλεκόμενοι επαγγελματίες έπρεπε να κατανοήσουν την αρχιτεκτονική γλώσσα και τις αρχές σχεδιασμού για να διασφαλίσουν την ακρίβεια και την ακεραιότητα. Η κατανόηση της πρόθεσης του αρχιτέκτονα του έργου ήταν σημαντική για τη διατήρηση της ιστορικής αυθεντικότητας και την ακριβή αναπαράσταση της δομής.

Οι περιορισμοί των Point Clouds περιλαμβάνουν την καταγραφή μόνο των ορατών επιφανειών, απαιτώντας την ερμηνεία από εμπειρογνώμονες και την ενσωμάτωση συμπληρωματικών πληροφοριών από φωτογραφίες, τεχνικά σχέδια και επιτόπιες παρατηρήσεις. Η έρευνα πεδίου ενισχύει την ακρίβεια μοντελοποίησης.

Στο πεδίο της αρχιτεκτονικής συντήρησης, η παρούσα έρευνα καταδεικνύει την προηγμένη εφαρμογή της επίγειας σάρωσης με λέιζερ που ενσωματώνεται στις διαδικασίες BIM. Η μελέτη παρουσιάζει μια μεθοδική προσέγγιση για την αποτύπωση κάθε ορατής πλευράς του περιπτέρου της Αγροτικής Έκθεσης της Λισαβόνας με ακρίβεια που ξεπερνά τις παραδοσιακές μεθόδους τοπογραφίας. Η τεχνολογική συνέργεια της σάρωσης με λέιζερ και του ΒΙΜ προσφέρει χρονική αποδοτικότητα καθώς και αυξημένη ακρίβεια δεδομένων.

Η παρούσα μελέτη εισάγει μια νέα προσέγγιση για την ενσωμάτωση προηγμένων ψηφιακών τεχνολογιών στην αποτύπωση της πολυπλοκότητας των ιστορικών κτιρίων, προωθώντας τη διατήρηση και την ανάλυση της αρχιτεκτονικής πολιτιστικής κληρονομιάς. Ενώ η προσέγγιση αυτή έρχεται σε αντίθεση με τις παραδοσιακές μεθοδολογίες, προσφέρει διακριτά πλεονεκτήματα, όπως η βελτιωμένη ακρίβεια, η αποχρωματισμένη αναπαράσταση και η συμπερίληψη των ιδιοτήτων των υλικών και του ιστορικού πλαισίου σε δυναμικά, ολοκληρωμένα μοντέλα BIM.

Παρά τις προκλήσεις του αυξημένου κόστους και της απαιτούμενης τεχνικής εμπειρογνωμοσύνης, η ολοκληρωμένη προσέγγιση του ΒΙΜ ενισχύει τη διαχείριση πληροφοριών, τη συνεργασία και την κατανόηση που είναι ζωτικής σημασίας για τις προσπάθειες διατήρησης της πολιτιστικής κληρονομιάς, ξεπερνώντας τις παραδοσιακές μεθόδους CAD σε πολύπλοκα έργα συντήρησης και αποκατάστασης.

Επισημαίνεται η αποτελεσματικότητα της χρήσης της επίγειας σάρωσης με λέιζερ (TLS) σε συνδυασμό με τη μοντελοποίηση BIM για τη λεπτομερή τεκμηρίωση και ανάλυση ιστορικών κτιρίων. Μέσω της περίπτωσης μελέτης του Εκθεσιακού Περιπτέρου της Αγροτικής έκθεσης στη Λισαβόνα, αναδεικνύονται τα πλεονεκτήματα και οι προκλήσεις της ενσωμάτωσης ψηφιακών τεχνολογιών σε θέματα συντήρησης ιστορικών κτιρίων.

Η εισαγωγή της τρισδιάστατης σάρωσης με λέιζερ έχει επαναπροσδιορίσει τη διαδικασία της αρχιτεκτονικής τοπογράφησης, επιτρέποντας την ακριβή απεικόνιση ακόμη και των πιο πολύπλοκων κατασκευών όπως το κτίριο της μελέτης. Αντίστοιχες δυσκολίες στο παρελθόν σχετικά με την απεικόνιση λεπτομερειών και γεωμετρικών στοιχείων αντιμετωπιζόταν με τις παραδοσιακές μεθόδους.

Η ακρίβεια στη γεωμετρική μοντελοποίηση είναι αποτέλεσμα λεπτομερούς έρευνας και της εφαρμογής μοντέλων αυτόματης απεικόνισης. Η ανεπάρκεια στα δεδομένα επηρεάζει αρνητικά τη διαδικασία, ενώ η προσεκτική τοπογραφική αποτύπωση είναι ζωτικής σημασίας για τη δημιουργία μοντέλων με ακρίβεια. Ένα καλά καταγεγραμμένο Point Cloud είναι βασικό για τη δημιουργία μοντέλων BIM ακριβείας.

Η ενσωμάτωση της επίγειας σάρωσης με λέιζερ και της μοντελοποίησης κτιριακών πληροφοριών αποδεικνύει τη σημασία της τεχνολογίας στην αρχιτεκτονική συντήρηση και αποκατάσταση, προσφέροντας ακρίβεια, αποτελεσματικότητα και υψηλή ποιότητα στα αρχιτεκτονικά έργα.

Η δημιουργία του μοντέλου BIM για ένα κτίριο που ανήκει στην πολιτιστική κληρονομιά απαιτούσε μια προσέγγιση που να ξεφεύγει από τις συνήθεις πρακτικές, ώστε να αποτυπωθεί η μοναδική αρχιτεκτονική του αξία. Η ανάπτυξη του μοντέλου, βασισμένη στις αρχές της σύνθεσης της μορφής, διασφάλισε μια ακριβή αναπαράσταση της γεωμετρικής ακεραιότητας του κτιρίου. Η προσέγγιση αυτή, εστιάζοντας στις εγγενείς συμμετρίες και αναλογίες του κτιρίου, παρουσίασε ένα μοντέλο που αντανακλούσε την ιστορική και αρχιτεκτονική σημασία του. Κατά τη διαδικασία, η κατανόηση και ο σεβασμός προς την κατασκευαστική ιεραρχία και τις φάσεις σχεδίασης του κτιρίου ήταν κρίσιμοι παράγοντες. Αυτή η προσέγγιση εξασφάλισε γεωμετρική συνέπεια και υπογράμμισε την ανάγκη για λεπτομερή προσέγγιση στην ανακατασκευή με BIM ιστορικών κτιρίων.

Η μελέτη υπογραμμίζει την αξία ενός Point Cloud ως βασικής αναφοράς για τη δημιουργία ενός μοντέλου που να συμμορφώνεται με το ιστορικό πλαίσιο του κτιρίου. Αυτές οι εισηγήσεις αποδεικνύουν το δυναμικό των μεθοδολογιών BIM στην ενίσχυση της ακρίβειας και της αυθεντικότητας των ψηφιακών μοντέλων των ιστορικών κτιρίων.