Modello BIM di una ferrovia creato con la nuvola di punti #adessonews

Esplora i vantaggi del modello BIM di una ferrovia ottenuto da una nuvola di punti tramite rilievo laser 3D. Scopri come la segmentazione e il deep learning migliorano la modellazione 3D

Il modello BIM per ferrovie ottenuto da nuvole di punti è un processo che utilizza la tecnologia di scansione laser 3D per catturare dati precisi di infrastrutture ferroviarie. Questi dati vengono convertiti in modelli BIM 3D, che offrono una rappresentazione digitale dettagliata e accurata delle infrastrutture esistenti e migliora la visualizzazione, la gestione delle strutture e la pianificazione dei progetti ferroviari.
La conversione da nuvole di punti a modelli BIM riduce la necessità di misurazioni manuali e minimizza il rischio di errori, portando particolari benefici nella manutenzione predittiva e correttiva delle infrastrutture ferroviarie.

In questo articolo potrai scoprire quali sono le tecnologie utilizzate in questo particolare processo e quali sono i vantaggi che ne conseguono. Inoltre, sarà a tua disposizione un video che ti mostra il risultato finale dell’integrazione tra GIS, BIM e nuvole di punti, anche con l’uso di BIM-GIS software.

Inserimento di un rilievo di una stazione ferroviaria con nuvola di punti

Cos’è il Point Cloud BIM Model Railway?

Il modello BIM di una ferrovia a partire da una nuvola di punti rappresenta un approccio tecnologico avanzato per la progettazione, gestione e manutenzione delle infrastrutture ferroviarie. Questo modello digitale viene creato integrando i dati di nuvola di punti all’interno dei sistemi di BIM. I point cloud vengono generati attraverso tecnologie di scansione laser 3D o fotogrammetria, che catturano milioni di punti in uno spazio tridimensionale, fornendo una rappresentazione estremamente dettagliata delle condizioni reali di strutture come binari, ponti, gallerie e stazioni ferroviarie.

Come funziona la tecnologia Point Cloud?

Il point cloud è una raccolta di punti spaziali tridimensionali che rappresentano la superficie esterna di un oggetto o di uno spazio. Questi punti sono ottenuti attraverso scansioni laser 3D che emettono fasci di luce e misurano il tempo necessario per il loro ritorno, creando così un’immagine digitale precisa della struttura esistente. Questa tecnica è particolarmente utile per ambienti complessi, come tunnel sotterranei e ponti ferroviari, dove la geometria irregolare rende difficile l’uso di metodi tradizionali di misurazione​.

Integrazione con il BIM

Dopo l’acquisizione, i dati della point cloud vengono importati all’interno di software BIM. Qui vengono utilizzati come base per la creazione di modelli tridimensionali dettagliati delle infrastrutture ferroviarie. Il BIM non solo offre una rappresentazione visiva accurata, ma integra anche informazioni funzionali e tecniche, come materiali, dimensioni e proprietà degli oggetti, utili per la gestione del ciclo di vita del progetto​.

Per questi due argomenti ti consiglio di leggere l’articolo “La nuvola di punti al servizio del BIM” così da capire meglio come funziona questa tecnologia e come potrebbe essere utile per il mondo delle infrastrutture.

Fasi di acquisizione dei dati e modellazione BIM

L’integrazione dei dati di point cloud all’interno di un modello BIM è un processo complesso, ma altamente efficiente, che consente di ottenere modelli tridimensionali accurati e dettagliati delle infrastrutture ferroviarie. Questo approccio digitale è fondamentale per la gestione e la pianificazione delle infrastrutture esistenti e per la realizzazione di nuovi progetti.

L’intero processo può essere suddiviso nelle seguenti 4 fasi:

• acquisizione dei dati attraverso la scansione laser 3D del sito;
• elaborazione e pulizia dei dati per eliminare rumori e imperfezioni;
• importazione e modellazione BIM sia per la fase di progettazione e che per quella di gestione del progetto;
• validazione del modello.

Acquisizione dei dati

La prima fase del processo consiste nell’acquisizione dei dati tramite scanner laser 3D o tecniche di fotogrammetria. Gli scanner laser emettono impulsi di luce che, riflettendosi sulle superfici delle strutture, permettono di ottenere una nuvola di punti tridimensionale. Questa nuvola di punti rappresenta fedelmente le geometrie dell’ambiente rilevato, catturando con precisione ogni dettaglio delle infrastrutture ferroviarie, come rotaie, ponti e tunnel. Questa fase è cruciale, poiché l’accuratezza della scansione influenzerà la qualità del modello finale.

L’inizio della modellazione basato su un rilievo 3D fornisce al tecnico un riferimento aggiornato dello stato esistente, permettendo di sostituire o integrare rappresentazioni 2D o 3D eventualmente obsoleti o errati.

Elaborazione e pulizia dei dati

Una volta acquisiti, i dati grezzi della point cloud necessitano di un’elaborazione preliminare per rimuovere errori, punti non necessari e rumori che possono essere stati catturati durante la scansione. Durante questa fase, viene effettuato il filtraggio per ridurre la quantità di dati inutili e per ottimizzare la precisione del modello. La pulizia dei dati garantisce che la rappresentazione digitale rimanga fedele alla realtà, riducendo il rischio di incongruenze che potrebbero influire negativamente sulla modellazione successiva​. Inoltre c’è anche l’assemblaggio/registrazione che consiste nel combinare le diverse nuvole di punti catturate in loco, adattandole tra loro. Esistono vari metodi per realizzare questa operazione:

• allineamento – le nuvole di punti vengono allineate tra loro in base al numero di punti comuni, alla velocità di sovrapposizione, all’inclinazione e alla densità di punti;
• registrazione tramite piani – le nuvole vengono aggregate secondo il numero di piani verticali e orizzontali comuni;
• registrazione con bersagli e sfere – questo metodo, solitamente il più preciso, utilizza bersagli e sfere posizionati a terra per registrare le nuvole in modo semiautomatico.

Importazione e modellazione BIM

Dopo la pulizia, i dati di point cloud vengono importati nel software BIM. Questa fase include la conversione dei punti raccolti in geometrie tridimensionali utilizzabili. A seconda delle necessità del progetto, si può procedere con la creazione di un modello 2D o 3D dettagliato che rappresenti con precisione tutti gli elementi strutturali rilevati, come binari, ponti e sistemi meccanici, elettrici e idraulici (MEP). I software BIM più comuni per questo tipo di operazione permettono di lavorare facilmente con grandi volumi di dati point cloud.

Sono diverse le tecniche che possono essere utilizzate, che variano anche in relazione al software utilizzato. Per questo voglio condividere l’articolo di approfondimento “Scan to BIM, dal rilievo laser scanner al modello BIM” che rende più chiare le idee.

Fasi del processo Scan to BIM

Tecniche di segmentazione

La segmentazione delle nuvole di punti è un processo fondamentale per l’analisi e la modellazione 3D, specialmente nel contesto delle infrastrutture che prevede la “scomposizione” di una nuvola di punti in più elementi. La difficoltà nell’applicazione di questa tecnica risiede nel riconoscere un elemento: un software come fa a distinguere un determinato insieme di punti e definirli come dei binari?

Per questo vengono in aiuto le tecniche di deep learning, come le cosiddette DGCNN (reti neurali convoluzionali dinamiche), che sono utilizzate per migliorare l’accuratezza della segmentazione semantica. L’uso di tecniche di deep learning permette di riconoscere automaticamente tutti gli elementi di una ferrovia (sia chiaro, questo sistema può essere utilizzato anche in altre discipline).

Questo è un argomento molto interessante ed articolato, per cui ti consiglio di leggere “L’impatto trasformativo dell’Intelligenza Artificiale sull’analisi strutturale” che specifica più nel dettaglio tutti gli aspetti necessari per comprendere l’uso dell’intelligenza artificiale nel mondo delle costruzioni.

Vantaggi del scan to BIM nel settore ferroviario

Ottenere un modello BIM di una ferrovia grazie ad una nuvola di punti con il processo scan to BIM garantisce una precisione senza precedenti nei modelli digitali, eliminando la necessità di misurazioni manuali e riducendo gli errori progettuali.

L’efficienza del processo accelera la progettazione e la costruzione, permettendo una pianificazione più rapida e accurata grazie all’accesso a dati 3D dettagliati facilitando anche la collaborazione tra i team, migliorando la comunicazione e la coordinazione attraverso modelli condivisi e aggiornati in tempo reale.

Inoltre non va trascurato l’aspetto economico, infatti l’adozione delle tecniche di scan to BIM riduce i costi complessivi del progetto, ottimizzando la gestione delle risorse e minimizzando gli sprechi grazie a una pianificazione più precisa.

Nel dettaglio possiamo riassumere il tutto nei seguenti punti:

• rilevamento dei conflitti – la combinazione di dati pointcloud con il BIM consente di individuare conflitti tra le nuove costruzioni e le infrastrutture esistenti già in fase di progettazione;
• documentazione as-built accurata – i modelli 3D generati permettono di documentare in modo affidabile le condizioni reali, facilitando future operazioni in fase di manutenzione;
• riduzione dei costi – grazie alla precisione dei dati e all’automazione dei processi, l’integrazione tra pointcloud e BIM riduce gli sprechi di materiale e i tempi di costruzione;
• collaborazione semplificata – tutti i partecipanti al progetto possono accedere a informazioni aggiornate e dettagliate, favorendo un processo decisionale più rapido e accurato.

Applicazioni nel settore ferroviario: video

La possibilità di visualizzare la nuvola di punti direttamente attraverso un browser web, integrata con il modello 3D BIM, ha rivoluzionato il monitoraggio delle condizioni delle rotaie, delle stazioni e degli apparati di segnalamento. Questo sistema permette di accedere rapidamente a tutte le proprietà degli elementi, rendendo il processo di gestione più semplice e veloce.

Grazie all’uso di digital twin integrati con pointcloud e BIM, è possibile pianificare interventi di manutenzione preventiva e prevedere futuri miglioramenti infrastrutturali. La tecnologia, dei BIM-GIS software, consente di monitorare in tempo reale le condizioni delle ferrovie, intervenendo in modo tempestivo per ridurre i costi di manutenzione e aumentare l’efficienza operativa​.

L’integrazione di grandi quantità di dati territoriali viene gestita in modo fluido, consentendo un controllo continuo su larga scala, con vantaggi significativi per la sostenibilità e l’ottimizzazione delle risorse.

Indirizzo articolo: https://biblus.acca.it/modello-bim-ferrovia-nuvola-di-punti/