Статья 2: Легко как одно-два-три измерения: Масштабируя ваши модели строения недр для инфраструктурных проектов

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:

Своими соображениями в этой статье делятся следующие эксперты:

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.

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:

Проектно-технические группы также могут свободно интегрировать трехмерные модели в свои процессы проектирования и разработки, оптимизируя рабочие процессы и повышая эффективность проектов.

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:

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.

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.

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.

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.

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:

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.

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.