Infrastrukturmodeller i 3D kommer snart att vara en förutsättning för underhållsarbete

23.10.2019 / Poul Linneberg

Traditionella tillgångsförvaltningssystem som baseras på specifikationer, ritningar och andra dokument förutspås bli allt mindre vanliga. Det kommer att leda till ökad efterfrågan på 3D-modeller av befintlig infrastruktur. Det här ger uppenbara potentiella fördelar i form av snabbare och mer optimerat underhållsarbete. Men hur ska övergången från de gammaldags systemen till den nya digitala eran gå till?

Under de senaste åren har intresset för system för byggnadsinformationsmodellering (Building Information Modeling, BIM) ökat, och i dag används sådana system ofta under byggfasen. Kärnan i ett BIM-system är en 3D-modell av det som ska byggas. Det är inget problem för nya konstruktioner, eftersom de ofta designas med hjälp av 3D-modeller.

För befintliga konstruktioner är det däremot en utmaning, eftersom det oftast inte finns 3D-modeller av dem.

Tillsammans med några av våra största kunder arbetar vi nu med att lägga grunden för hur BIM-systemprinciper ska kunna tillämpas i befintlig infrastruktur, som en del i tillgångsförvaltningssystemen (AMS).

Syftet är att utforska och dra nytta av BIM för att optimera och effektivisera underhållsarbetet. Eftersom prognosen är att tillgångsförvaltningssystem som baseras på alfanumerisk objektidentifiering kommer att ersättas helt av BIM-baserade system måste branschen också se till att skapa alternativa lösningar för befintliga strukturer.

Detaljerade digitala bilder visar infrastrukturens skick

I flera projekt har vi redan börjat använda den nya tekniken och de nya koncepten för att samla mer kunskap och flytta över underhållet av befintlig infrastruktur till den digitala eran. Det gäller bland annat projektet för inspektions- och renoveringsplanering för de 106 tunnlarna på järnvägssträckan Vrbnica–Bar i Montenegro. Det är Montenegros stambana, som sträcker sig från Adriatiska havet i söder till gränsen mot Serbien i norr.

Det första steget för att skapa ett BIM-system i driftfasen var att skapa en 3D-modell för samtliga 106 tunnlar. För att åstadkomma detta användes en kombination av laserskanning och videoupptagningar från 360-graderskameran CPV (COWI Panoramic View).

Alla observationer som gav information om infrastrukturens skick sammanställdes och strukturerades sedan i en inspektionsdatabas. Från den här databasen kan data exporteras i format som kan matas in i ett BIM-systembaserat tillgångsförvaltningssystem.

CPV-enheten monterades ovanpå en bil som placerades på en flakvagn som kördes genom alla tunnlar och gångar med en dressin.

Mycket bättre än ett pappersbaserat system

Det specialutformade verktyget COWI MultiViewer erbjuder flexibla möjligheter att hantera och presentera de georeferensdata som samlats in med hjälp av CPV och laserskanning.

Verktyget har utvecklats av COWI och är helt webbaserat. Det kan användas för att lagra och presentera georeferensdata i många olika format.

COWI MultiViewer kan också användas för en specialtillämpning – COWI Virtual Inspection Tool, eller CVI – för att utföra skrivbordsinspektioner av strukturer baserat på digitala bilder som matas in i programmet.

En specialanpassad inspektionsdatabas gjorde det möjligt att hantera data från den detaljerade inspektionen på ett effektivt sätt. Därmed kunde separata renoveringsplaner skapas för var och en av de 106 tunnlarna längs järnvägen genom Montenegro.

Användning av databaser har flera fördelar jämfört med ett pappersbaserat system:

Fördefinierade defekter.
En av de viktigaste fördelarna med databaser är att det finns en hierarki med fördefinierade defekter som vanligtvis räcker för att kategorisera över 95 % av alla observationer. Det gör att defekter registreras på ett konsekvent sätt, även om arbetet utförs av flera inspektörer.
Enkelt att registrera ute i fält.
Databasen installeras på en pekplatta så att data kan anges direkt i databasen under tiden som inspektionen pågår.
Optimal datahantering.
Eftersom minst 95 % av defekterna innefattas av den begränsade uppsättningen med fördefinierade defekter blir det enkelt att behandla data och skapa rapporter direkt från databasen.
Enklare datautbyten mellan olika system.
Data från inspektionsdatabaserna kan enkelt överföras till och från tillgångsförvaltningssystem på högre nivåer eller BIM-system tack vare standardiserade dataformat som Excel, CSV- eller TXT-format eller liknande.
Intuitiva länkar till data
Dessutom går det att skapa en direktlänk i BIM-systemet mellan en strukturkomponent och den inspektionsdatabas som innehåller inspektionsdata. Just nu arbetar COWI med att utveckla verktyg som gör att data i sådana inspektionsdatabaser kan användas tillsammans med COWI Virtual Inspection Tool i COWI MultiViewer.

Genom laserskanning skapades ett punktmoln för varje tunnel. Dessa punktmoln är så detaljerade att de liknar svartvita 3D-bilder av tunnlarna.

Effektiva screeningverktyg – en del av en helhet

Projektet i Montenegro bekräftade att videoinspelningar och högupplösta digitala bilder är effektiva screeningverktyg för att optimera planeringen av detaljerade inspektioner. Dock räcker det inte att enbart använda dessa verktyg, eftersom vissa defekter inte kan upptäckas om man inte befinner sig på plats vid strukturen. Digitala bilder bör användas för arbetet vid skrivbordet, för att förbereda och planera detaljerade inspektioner, underlätta strukturella utvärderingar och skapa indata för rapporter.

Att regelbundet genomföra nya, fullständiga videoinspektioner är också ett effektivt sätt att övervaka eventuella större förändringar i infrastrukturens skick som kan vara svåra att upptäcka vid inspektioner på detaljnivå.

Snart kommer det också att vara möjligt att upptäcka vissa typer av defekter genom automatiserad bildbehandling. Det gäller bland annat:

utveckling och förändring av sprickmönster,
ytspjälkning av betong,
vattenintrång i betongstrukturer
korrosion av stålytor,
nedbrytning av ytbehandling på stålstrukturer,
sättningar,
förändringar i erosionsskydd

I framtiden kommer förmodligen alla de informationstyper som nämns ovan att hanteras, dokumenteras och kommuniceras genom ett BIM-system.

Förberedelser för framtiden

Den största fördelen med att implementera ett tillgångsförvaltningssystem med BIM-specialfunktioner för befintliga infrastrukturkomponenter, jämfört med ett traditionellt system, är möjligheten att upprätta en direkt, intuitiv länk mellan varje komponent och all relaterad information genom en 3D-modell.

Projektet i Montenegro var ett bra exempel på hur en funktionell 3D-modell av befintliga tillgångar kunde upprättas.

Som tidigare nämnts kommer också de system som baseras på alfanumerisk objektidentifiering att fasas ut. Vi – och våra kunder – måste vara förberedda för detta.

Framöver kommer det att bli tydligare hur AMS- och BIM-system kan samverka och kombineras för att göra det enklare att hantera enorma informationsmängder om infrastrukturkomponenter på ett effektivt sätt – från förstudierna genom idriftsättning och driftfasen till avveckling.

En sak är säker: 3D-modeller är helt avgörande för att vi ska kunna förbereda oss för och dra nytta av den nya digitala tidsåldern, och för att befintlig infrastruktur ska kunna överföras dit.

FAKTA

Projektkommittén för NIBMS (National Building Information Model Standard) definierar BIM så här:
Byggnadsinformationsmodellering, BIM, är en digital representation av en fastighets fysiska och funktionella kännetecken. En BIM är en delad kunskapsresurs med information om en fastighet som utgör ett tillförlitligt beslutsunderlag under hela livscykeln, från det att fastigheten börjar planeras tills den rivs. (NBIMS-US 2017)

BIM-system används i dag framför allt i nya byggprojekt, som en del av det datorstödda konstruktionsarbetet (CAE). I ett BIM-system tilldelas varje objekt en unik kod som beskriver dess typ och placering. Typkoden visar också objektets hierarkiska placering i den större objektstrukturen.
Därefter tilldelas ett antal attribut med information om objektet för varje objekt.
Attribut används vanligtvis för att ange materialegenskaper, leverantörsinformation, inköps-/leveransdatum, specifikation av reservdelar osv.
I framtiden förväntas attribut också kunna användas för att ange drifts- och underhållsrelaterad information, till exempel drifts-/underhållsspecifikationer, ritningsreferenser, inspektionsdata, data från utvärderingar av fastighetens skick osv.

Lär känna Finn Raun Gottfredsen

Jag är civilingenjör och mitt specialområde är underhåll av broar. Jag har arbetat med det i mer än 20 år, i många stora projekt både i Danmark och utomlands.

Drift och underhåll medför särskilda utmaningar, eftersom det kräver kunskap om strukturerna, om de material som används och om förslitningsmekanismer.

Mitt arbete inom stora infrastrukturprojekt har gjort mig väldigt engagerad i arbetet med att utveckla verktyg för snabbare och effektivare insamling och hantering av stora datamängder från inspektioner.