Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 17:52, 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