SCAN to BIM: BIM en fotogrammetrie

  •   03-12-2018
  • Johan Geerts
Bron: N2 't Kwadraat
Bron: N2 't Kwadraat
Bron: N2 't Kwadraat
Bron: N2 't Kwadraat
Bron: N2 't Kwadraat
Bron: N2 't Kwadraat

Kan de BIM-methodiek gebruikt worden voor renovatie- en/of restauratieprojecten? Het is een vraag die vaak terugkeert … Dergelijke projecten zijn meestal ‘uniek’ en vergen doorgaans heel wat opmeetwerk alvorens het echte modelleren kan beginnen. In dit artikel bespreken en vergelijken we twee nieuwe meettechnieken: SCAN to BIM en fotogrammetrie. Bieden deze in combinatie met BIM meer voordelen dan de klassieke meettechnieken?

Het begrip ‘SCAN to BIM’ is in zekere zin verwarrend. Een 3D-laserscan levert immers niet meteen een 3D BIM-model op. Het product van een 3D-scanning is na verwerking een puntenwolk met accurate, maar discrete meetpunten. Afhankelijk van de toepassing wordt van deze puntenwolk een oppervlaktemodel (mesh) gemaakt. Vaak kan je echter modelleren met de puntenwolk als referentie. Er wordt dan ‘klassiek’ gemodelleerd, maar met een veel betere controle over de werkelijke situatie en afmetingen.

 

SCAN to BIM: hoe werkt het?

3D-scanning is een vak op zich. Techniek efficiënt en correct inzetten vereist kennis en ervaring. Al te vaak hebben opdrachtgevers slechte ervaringen en is de expertise van de ingehuurde bedrijven van groot belang.

Een 3D-scanner is een apparaat dat met zeer hoge snelheid objecten inmeet en omzet in een wolk van miljoenen meetpunten: de puntenwolk (pointcloud). De nieuwste toestellen ‘vangen’ de meetpunten met een scansnelheid van 1.000.000 punten per seconde en een scandichtheid van 1 mm op 300 meter afstand. Het resultaat is een superrealistische en accurate registratie van de werkelijkheid. 3D-scanning wordt vaak toegepast als snelheid, volledigheid en detailgraad belangrijk zijn.

Een scanner kan echter niet door bepaalde objecten heen meten en geeft de volumetrische opbouw van de elementen niet weer. Enkel via een combinatie van metingen op verschillende plaatsen (ook binnen- en buitenmetingen) en het samenvoegen van de verkregen puntenwolken krijg je zicht op het volumespel. Het samenstellen van puntenwolken met verschillende scanlocaties wordt een geregistreerde puntenwolk genoemd. Het verschil tussen de puntenwolken van een interieur en de buitenoppervlakte van de gevel van een gebouw geeft bijvoorbeeld informatie over muurdiktes, maar zegt niets over de opbouw van de muren of toont niet wat er zich bijvoorbeeld achter een verlaagd plafond of verhoogde vloer bevindt. Het brengt louter de schil van het meetbare oppervlak in beeld.

 

Het begrip ‘SCAN to BIM’ is in zekere zin verwarrend. Een 3D-laserscan levert immers niet meteen een 3D BIM-model op.

 

Het apparaat meet niet alleen punten in, maar maakt ook razendsnel minuscule foto’s om ieder punt de juiste kleurwaarde te geven. Zo ontstaat een pointillistisch beeld van het te meten object in zijn omgeving.

BIM-software laat niet toe om een puntenwolk rechtstreeks om te zetten naar een 3D-model. Met behulp van bijvoorbeeld automatische elementenherkenning, die standaard deel uitmaakt van bepaalde softwarepakketten, gaat de omzetting van puntenwolk naar oppervlakken met geometrische vormen iets vlotter.

Elke puntenwolk heeft een eigen cartesisch coördinatenstelsel, en de geregistreerde puntenwolken voegen deze samen. Elk punt staat binnen het coördinatenstelsel van de wolk waarin het gemeten werd. Daarom is de puntenwolk maatvast en metrisch betrouwbaar. Een gekend pijnpunt bij traditionele opmetingen is de onvolledigheid, en dat resulteert in tijdrovende bijkomende metingen. Die inefficiëntie behoort dankzij een goed voorbereide 3D-scanning tot het verleden, want er kan indien nodig altijd teruggegrepen worden naar de accurate puntenwolk.

 

Aan de slag…

Het is belangrijk om voor de start van een 3D-scan een beperkt protocol op te stellen:

  • Waarom wil ik een scan laten maken?
  • Wat is het onderwerp van de scan?
  • Wat ga ik met het resultaat doen?

 

Op basis van die gegevens worden de scanneropstellingen bepaald, rekening houdend met het soort scanner (resolutie, afstand, binnen- of buitenscan …) en de volledige dekking van het onderwerp.

Een 3D-scan verzekert een perfecte, maatvaste registratie van grote en complexe volumes. Een extra pluspunt is dat niet alles in één keer gescand moet worden. Je kan gefaseerd te werk gaan, want koppeling met eerdere of latere scans is altijd mogelijk.

 

Conclusie

Denken dat een 3D-scan goedkoper is dan een traditionele opmeting is fout. Anderzijds is het ook niet zoveel duurder en zijn er in vergelijking met traditionele opmetingen een groot aantal extra voordelen aan verbonden: 

 

  • Inmeten gaat sneller, beter en foutloos (bij gebruik van hoogwaardige scanners)
  • Volledige registratie van de werkelijkheid
  • Complete basis voor 2D- en 3D-tekenwerk
  • Complete basis voor controle van het tekenwerk
  • Modelleren gaat beter en sneller
  • Grip op grote en complexe vormen
  • Ongrijpbare zaken komen aan het licht, met die bedenking dat wat niet gezien kan worden ook niet gemeten wordt
  • Documentatie en nulmeting
  • Er zijn minder bijkomende metingen nodig (gemiddeld 10 tot 25% verborgen kosten)
  • Maakt fasering van het werk mogelijk
  • Maakt spreiding van kosten mogelijk

 

3D-metingen met fotogrammetrie

Gebouwen kunnen niet alleen met behulp van 3D-scanners, maar ook op basis van fototechnieken ingemeten worden. Wanneer tijd en snelheid cruciaal zijn of op plekken waar er geen ruimte is voor het plaatsen van scanners of een stelling, is fotogrammetrie een waardevol alternatief voor een 3D-scan. Het is een meetmethode waarmee je de vorm en de locatie van objecten kan bepalen via foto’s. Het beeldmateriaal wordt digitaal geïnterpreteerd om de geometrie en de afmetingen van volumes te definiëren. 

 

Hoe werkt het?

Bij fotogrammetrie worden 2D-foto’s omgezet naar 3D-informatie. Het concept kreeg met de komst van drones een nieuwe rol toebedeeld bij het opmeten van gebouwen. Op sommige drones moet nog een hogeresolutiecamera gemonteerd worden, maar andere, gespecialiseerde exemplaren zijn er standaard mee uitgerust.

Drones zijn niet standaard voorzien van apparatuur voor locatiebepaling. Naast de camera worden er daarom ook extra sensoren – zoals gps- of IMU-elementen – geplaatst om de positie van de drone en dus ook de camera te registreren. Alle bewegingen worden gelogd en voortdurend vergeleken met vooraf geprogrammeerde waypoints. De drone vliegt volgens het waypointpatroon om een complete dekking van het op te meten object te garanderen.

 

Een meting uitvoeren met een drone vergt enkele voorbereidingen. Er mag immers niet overal met een drone gevlogen worden, dus je moet over de nodige vergunningen beschikken. En uiteraard is de wet op de privacy ook van toepassing op het maken van beelden vanuit de lucht.

 

De foto’s die de camera maakt, krijgen via het gps-systeem locatiegegevens toebedeeld. Een overlap tussen de beelden zorgt ervoor dat ze onderling op elkaar kunnen worden afgestemd.

De foto’s worden op kantoor in een speciaal softwarepakket ingeladen en door middel van die gps-gegevens aan elkaar gekoppeld. Die overzichtsfile kan geëxporteerd worden als een mesh (vlakkenmodel) of een puntenwolk, die op haar beurt dienstdoet als onderlegger voor het BIM-model.

 

Aan de slag...

Een meting uitvoeren met een drone vergt enkele voorbereidingen. Er mag immers niet overal met een drone gevlogen worden, dus je moet over de nodige vergunningen beschikken. En uiteraard is de wet op de privacy ook van toepassing op het maken van beelden vanuit de lucht.

De drone wordt meestal manueel in de juiste positie gemanoeuvreerd. Vervolgens neemt de automatische piloot over en vliegt het toestel op basis van het gps-puntenrooster.

 

Nauwkeurigheid

3D-scans zijn nauwkeuriger dan fotogrammetrie. Veel hangt af van de referentiepunten op de grond en de vliegcondities. De hoogste graad van precisie kan je bereiken met behulp van:

  • Een hoogwaardige professionele drone
  • Goede waypointsoftware die de drone de meest accurate route laat vliegen, kwestie van zo min mogelijk data te moeten verzamelen om het gevraagde resultaat te bekomen
  • GCP (Ground Control Points): targets die op de grond uitgezet worden en die zichtbaar zijn vanuit de lucht
  • Goede software voor de dataverwerking. Het behoeft geen betoog dat het verzamelen en koppelen van duizenden foto’s enorm veel rekencapaciteit van software en hardware vereist

 

Conclusie 

Fotogrammetrie is een zeer degelijke techniek voor het inmeten van 3D-objecten. De meetnauwkeurigheid is echter kleiner dan die van 3D-scanners, en daarom wordt fotogrammetrie in combinatie met drones meestal ingezet als het werken met scanners onmogelijk is of als een strikte timing een cruciaal is.

 

Drones met camera’s kunnen ook ingezet worden voor andere toepassingen. Denk aan het inmeten van bouwterreinen in 3D om het grondverzet te bepalen. Of als er sprake is van een hellend terrein, kan het reliëf bestudeerd worden in functie van een geoptimaliseerde inplanting.

Tijdens de werken kan een kraancamera op regelmatige tijdstippen beelden van de werf maken om de vordering van de werken vast te leggen.

Drones zijn dan weer beter geschikt voor de controle van hoge gebouwen, schoorstenen, windturbines, enzovoort. Op grote industriële werven kunnen ze een handig hulpmiddel zijn bij werfcontroles.

 

Bronnen

  • Lieve van Gijsel van Aetos Drones
  • Nic Kerkhof van N2 ’t kwadraat
  • Pelser Hartman 3D solutions

 

Gerelateerde partners

Nieuwsbrief

Het beste van BIMtonic, rechtstreeks in uw inbox