Благодарим вас за регистрацию для ознакомления с нашим циклом материалов. О выходе третьей статьи в этом цикле, который намечен на ноябрь, мы сообщим вам по электронной почте. Не пропустите!
Цифровое 3D-моделирование вносит огромные изменения в проектирование наземных объектов для гражданской инфраструктуры. Но действительно ли трехмерное моделирование необходимо для успеха проекта во всех случаях?
В предыдущей статье мы показали, как трехмерное моделирование с использованием облачных цифровых решений способствует эффективному обмену информацией между заинтересованными сторонами с разным уровнем технической грамотности.
В этой статье мы оцениваем:
- когда рабочим группам по проектированию наземных объектов следует выбирать трехмерное моделирование;
- когда достаточно только одно- или двумерной модели;
- в каких случаях для лучшего понимания и решения задач в геологических и геотехнических инфраструктурных проектах предпочтительно комбинировать все три вида моделей.
Своими соображениями в этой статье делятся следующие эксперты:
- Ричард Лаурис (Richard Lowries), старший специалист по клиентским решениям, Seequent;
- Катрин Домпьер (Kathryn Dompierre), менеджер по учебным и техническим материалам GeoStudio, Seequent;
- Сорнсаван Уттхакрю (Sornsawan Utthakrue), главный инженер-геолог, Mott MacDonald;
- Венсан Кастонгей (Vincent Castonguay), инженер-геомеханик, AtkinsRéalis.
Почему 3D-технологии привнесли кардинальные перемены в моделирование строительных объектов?
Моделирование строительных объектов претерпело существенные изменения от первых концептуальных трехмерных моделей, которые в 1950-х годах вычерчивались вручную, до высокотехнологичных цифровых 3D-моделей современности с множеством деталей. Этот переход к инновационным технологиям привел к более точному и эффективному моделированию недр, установив новый стандарт для инфраструктурных проектов.
Однако, несмотря на этот прогресс, в сфере гражданского строительства трехмерное моделирование внедрено далеко не повсеместно.
Существующие препятствия для трехмерного моделирования
С момента основания моделирование строительных объектов в значительной степени опиралось на традиционные методы, включающие ручную интерпретацию и предположения, подкрепленные данными.
Хотя для представления данных об условиях геологической среды инженеры и специалисты по геотехнике уже давно привыкли использовать двумерные планы, разрезы и напечатанные на бумаге отчеты, в наши дни двумерных данных часто оказывается недостаточно для планирования более сложных проектов.
Это приводит к неточностям в оценке сложности инженерно-геологических условий, что добавляет рисков к планированию и реализации проектов и снижает их эффективность.
Почему же многие профессионалы продолжают идти по этому пути?
Одним из основных препятствий для внедрения цифрового 3D-моделирования является то, что многие специалисты в области геотехники слишком привыкли к традиционным методам и считают их удобными, а трехмерные модели воспринимают как чрезмерно сложные или пугающие.
Другие специалисты ошибочно полагают, что 3D-моделирование подходит только для определенных секторов промышленности, таких как нефтегазовый или горнодобывающий, и неприменимо к традиционным инфраструктурным проектам.
(Многим людям известно, что это не так — трехмерные модели геологической среды используются в огромном количестве инфраструктурных проектов: от транспортных систем до градостроительного развития.)
Кроме того, используемые в трехмерном моделировании инструменты кажутся сложными и требующими интенсивного и тщательного обучения. Некоторые инженеры предпочитают простые методы. Они полагают, что время и усилия, необходимые для изучения и внедрения программного обеспечения для трехмерного моделирования, не оправдывают тех преимуществ, которые оно предоставляет, особенно в случае небольших или несложных проектов.
Оцифровка данных и управление данными также представляют собой серьезную проблему. Сохранившиеся от предыдущих проектов архивные данные представлены в нецифровых форматах, например, в виде бумажных отчетов, что затрудняет преобразование полезной информации в пригодные для использования 3D-модели. Интегрировать большие объемы разнообразных источников данных — данные геологических изысканий, каротажные диаграммы и результаты геотехнических испытаний — также может оказаться непросто, если вы не располагаете необходимыми инструментами и процессами.
Преимущества трехмерного моделирования
У трехмерного моделирования недр множество преимуществ, которые эффективно развеивают эти устаревшие заблуждения.
Улучшается визуализация и уровень понимания
По сравнению с двумерными чертежами 3D-модели обеспечивают более интуитивное и комплексное представление о горно-геологических условиях, обеспечивая усовершенствованную визуализацию проектов для инженеров-строителей, инженеров-геологов и инженеров-геомехаников.
Это не только помогает инженерам лучше изучить участок проведения работ, но и повышает эффективность обмена информацией и сотрудничества между заинтересованными сторонами. Благодаря этому проектные рабочие группы, включая участников без технической подготовки, могут с легкостью вникнуть в сложные нюансы проекта, что приводит к принятию более обоснованных решений.
«Трехмерные геологические модели являются основным инструментом эффективного взаимодействия между представителями различных дисциплин, поскольку геология — это сложный предмет, который не всегда легко понять другим инженерам.»
Sornsawan UtthakruePrincipal Engineering Geologist, Mott MacDonald
Оценка рисков и управление рисками становятся результативнее
Трехмерные модели, размещаемые на облачных платформах, таких как Leapfrog Works, отображают условия геологической среды во всех подробностях и с высокой точностью, благодаря чему инженеры могут выявлять потенциальные проблемы на ранних этапах жизненного цикла проекта.
Такой упреждающий подход:
- помогает снизить риски;
- сокращает вероятность возникновения непредвиденных проблем;
- приводит к экономии средств и времени.
Проектно-технические группы также могут свободно интегрировать трехмерные модели в свои процессы проектирования и разработки, оптимизируя рабочие процессы и повышая эффективность проектов.
«Геологические 3D-модели позволяют выполнить интеграцию проекта и геологической модели. Благодаря этому вы можете обратить внимание работающих над проектом инженеров-строителей или проектировщиков строительных конструкций на любые риски, связанные с проектированием, чтобы они могли скорректировать проект и снизить риски».
Richard LowriesSenior Customer Solutions Specialist, Seequent
Охрана окружающей среды и устойчивое развитие — принимаем решения эффективнее
Поняв условия геологической среды с помощью трехмерного моделирования, инженеры могут принимать более обоснованные решения, способствующие внедрению устойчивых методов работы.
Помимо прочих преимуществ, подробные трехмерные модели помогают инженерам-строителям:
- определить возможности повторного использования материалов;
- управлять выбросами и утилизацией загрязняющих веществ;
- снизить воздействие строительных проектов на окружающую среду.
История успешного применения: трехмерное моделирование в действии
В наши дни трехмерное моделирование применяется в различных типах проектов в области инженерной геологии, от строительства тоннелей и оценки возможности их проходки до борьбы с оползнями, с целью визуализации сложных геологических структур.
Проект городской железнодорожной линии в Окленде является ярким примером реальной ценности трехмерного моделирования недр при разработке инфраструктурных объектов. Используя геологические 3D-модели, инженеры проекта смогли эффективно разобраться в рисках и процессах, таких как расположение потоков чрезвычайно твердой базальтовой лавы по сравнению с более мягкими заполняющими породами, и передать эти сведения другим заинтересованным сторонам.
Консультанты Aurecon по проектированию используют наш инструмент Leapfrog Works не только для эффективной визуализации данных, но и для передачи этой информации в доступной форме как участникам, обладающим специальными техническими знаниями, так и профессионалам в других областях.
Применение трехмерных технологий в вашем аналитическом моделировании
В инфраструктурных проектах выбор между моделированием в одном, двух или трех измерениях играет ключевую роль в повышении точности и эффективности геотехнических оценок.
Понимание того, в каких случаях следует интегрировать 3D-анализ, значительно улучшает результаты проекта, особенно при наличии явных ограничений на использование подходов 1D- и 2D-анализа.
Роль одномерного и двумерного анализа
Нередко консультанты используют одномерный или двумерный анализ из-за относительной простоты и эффективности этих методов.
Для многих проектов гражданской инфраструктуры — особенно линейных, таких как автострады и трубопроводы — двумерные разрезы часто обеспечивают достаточный уровень детализированности для точного моделирования. За счет этого двумерный анализ более практичен и быстрее обеспечивает нужный результат в случаях, когда лимиты по бюджету и сжатые сроки ограничивают объем сбора данных.
«Когда инженерам приходится решать сложную проблему, чаще всего лучшим решением оказывается самое простое.»
Vincent CastonguayGeotechnical Engineer, AtkinsRéalis
В результате консультантам периодически предлагается использовать максимально упрощенный подход к моделированию, отвечающий потребностям проекта, и избегать ненужной сложности, которая может привести к избыточной трате ресурсов.
Таким образом, одномерный и двумерный анализ позволяют инженерам сосредоточиться на важнейших аспектах проекта, не отвлекаясь на тот уровень сложности, который является неотъемлемым свойством полномасштабных трехмерных моделей. Этот подход может быть особенно эффективным в геотехническом проектировании, где он помогает сконцентрировать внимание на ключевых факторах, влияющих на успех проекта.
Для многих типовых проектов в области гражданского строительства 2D-анализ позволяет зафиксировать основные условия геологической среды и способствует принятию эффективных решений.
Когда анализа в одном или двух измерениях недостаточно
Тем не менее, бывают случаи, когда одномерный и двумерный анализ не оправдывают ожиданий. Особенно если вы работаете со сложной геометрией или условиями, упростить которые невозможно.
«Существуют проблемы, которые просто невозможно свести к двумерным или одномерным идеализациям из-за трехмерного характера их геометрии или налагаемых требований. В таких случаях двумерный анализ очевидно не справляется.»
Vincent CastonguayGeotechnical Engineer, AtkinsRéalis
В частности, в горнодобывающей промышленности в состав хвостохранилищ могут входить длинные прямые участки, подходящие для 2D-моделирования. Но также могут встречаться участки, где хвостохранилище поворачивает под углом или отличается чрезвычайно разнообразным рельефом. В этих случаях двумерные модели неспособны отразить всю сложность строения объекта, что может создать критическую проблему, если устойчивость ограждающих сооружений предельно мала или необходимо оценить объемы просачивания.
То же самое относится к инфраструктурным проектам, включающим плотины сложной конструкции, открытые карьеры, выемки или дамбы с высоким поровым давлением воды — для них часто необходима более детальная проработка, которую может обеспечить только трехмерный анализ.
К примеру, полномасштабный 3D-анализ просачивания, требующий учитывать влияние климатических условий или оценивать устойчивость дорожного полотна в горной местности, может выявить важные аналитические выводы, которые при использовании более простых моделей остались бы нераскрытыми.
Решение? Комбинировать анализ в одном, двух и трех измерениях
Эффективное сочетание одномерного, двумерного и трехмерного анализа в рамках одного проекта дает инженерам возможность использовать сильные стороны каждого подхода к моделированию.
«Преобразуя линейную геометрическую структуру — например, простой разрез плотины — в трехмерный объект, вы можете добавлять в модель трехмерные элементы, представляющие вашу систему водопонижения, и фиксировать воздействие на движение грунтовых вод или значения порового давления воды в трех измерениях.»
Kathryn DompierreGeoStudio Learning and Technical Content Manager, Seequent
Такие инструменты, как GeoStudio, способны интегрировать несколько видов геометрических структур в один файл проекта. Это позволяет инженерам быстро преобразовывать двумерные разрезы в объекты трехмерных моделей путем «выдавливания» и оценивать, оказывают ли трехмерные условия существенное влияние на общие результаты.
Такой подход означает для инженеров возможность:
- оптимизировать рабочие процессы;
- избежать необходимости повторно определять свойства при переключении между двумерным и трехмерным видами анализа;
- эффективно обмениваться сведениями между участниками проектной группы.
Например, запуск одномерных моделей в различных критических точках в трехмерном домене — скажем, в разных местах на склонах или на вершинах холмов — помогает обеспечить целенаправленный анализ с целью выявления изменений; при этом отсутствует необходимость выполнять полномасштабное трехмерное моделирование на каждом этапе.
В целом эта стратегия означает, что для простоты и эффективности консультанты могут начинать работу с одно- или двумерными моделями, а трехмерный анализ задействовать только в случаях, когда этого требуют особые условия, к примеру, сложные свойства материалов.
История успешного применения: двумерный и трехмерный анализ в действии
При работе над этим проектом в области геотехнического проектирования специалисты SAIDEL Engineering объединили двумерный анализ с трехмерным моделированием, чтобы оценить перспективы возведения первого жилого здания над тоннелями метро в Бухаресте.
Благодаря впечатляющим возможностям инструмента моделирования PLAXIS от Seequent инженерам удалось ввести в модель сложные условия материалов, которые при использовании исключительно двумерного анализа невозможно было зафиксировать в полном объеме. Это не только помогло рабочей группе оптимизировать процесс моделирования, но и означало, что инженеры смогли выполнить требования проекта без излишнего усложнения, что сэкономило для заказчика время и денежные средства.
Перспективы 3D-моделирования в геологии и геотехническом проектировании
Трехмерное моделирование геологической среды все шире распространяется в отрасли гражданского строительства, и потому будущее 3D-моделирования выглядит многообещающим.
Поскольку изменение климата — от глобального потепления до учащения экстремальных погодных явлений — продолжает влиять на планету, трехмерное моделирование будет играть решающую роль в обеспечении устойчивого развития и оптимизации ресурсов и персонала, помогая адаптировать проекты к более сложным экологическим сценариям.
Однако ключ к дальнейшему успеху лежит в сочетании разных методов моделирования — концептуального и основанного на результатах наблюдений, особенно с учетом того, что в борьбу за расширение возможностей программного обеспечения вступают искусственный интеллект и машинное обучение.
Тем не менее, искусственный интеллект и машинное обучение ИИ не застрахованы от ошибок.
Вот почему сейчас как никогда важно, чтобы люди постоянно проверяли модели и сообщали о любых факторах неопределенности другим заинтересованным сторонам для эффективного планирования и управления проектами.