Приложение на виртуалната реалност в строителните дейности

Ако добавим дигитални елементи към истински изглед, ще си създадем увеличена, допълнена, разширена реалност (Аugmented Reality, AR). Виртуалната реалност (Virtual Reality, VR) предполага цялостно потапяне в дигитално обкръжение, което изключва физическия свят. Отскоро се заговори и за смесена реалност (Mixed Reality, MR). При нея виртуалните и физическите елементи съществуват едновременно и си взаимодействат в реално време. Така създаваме мостове между дигитален и физически свят.

В даден етап на развитие на строителните технологии доскоро отчетливите граници между реални и програмирани конструкции се размиват. Някак без много шум и претенции, че виртуалната и разширената реалност ще променят начините на строителство, в технологиите на отделни фирми тези реалности неусетно се промъкват и се настаняват удобно. Ще се опитаме да разберем по какъв начин те влияят, улесняват и дори ускоряват строителните процеси.

Текст: списание Строители

Снимка: Bentley Systems

Идеята за разширена и виртуална реалност ни позволява да поемаме и обработваме информацията визуално по същия начин, по който боравим с информацията в обичайната ни среда. Разширената, още позната като допълнена или увеличена, реалност драстично разширява възможностите, които ни се предоставят от нашите дигитални устройства за ежедневни дейности - търсене на информация, пазаруване, дори личностно изразяване. Тя функционира, като новото цифрово съдържание и информация се наслагват във физическия свят, все едно, че са до нас, в нашето собствено пространство. Ние усещаме цифровото съдържание точно по същия начин, по който възприемаме и реалността. Така можем да търсим неща визуално, само като насочим камерата, можем да получим отговори на нашите въпроси, като наслагваме визуално дигитални образи върху реалния ни свят.
Виртуалната реалност ни позволява да бъдем къде ли не - от зала в музей до дълбините на океана. Тя ни позволява да изучаваме различни места и идеи, сякаш сме експериментирали с тях в действителност. Започваме да се досещаме колко време и ресурси биха били спестени при едно виртуално моделиране... А къде и за какво още?

Строителство без кранове и багери не може

Доста често инсталирането на тежки повдигателни машини на строителната площадка е предизвикателство за проектантите и изпълнителите. Може да липсва достатъчно пространство, почвените условия да са трудни, крановете да са с ограничен капацитет, и още много неблагоприятни фактори. Доскоро използването на дигитални модели беше запазена територия за проектирането, но препроектирането, при промяна в условията, изисква ресурси и време. Вече има осъществени възможности за строителни площадки с екипи на място, при които да се използва най-новата налична технология. Много добре се приема иновацията на Liebherr, която е едно приложение, създадено преди около година, от програмисти и инженери. Системата Crane Planner 2.0 позволява да се избере оптималното оборудване за конкретната задача. Самите оператори на тежката строителна техника оценяват добавката към оборудването им в кабината. С приложението става възможно да се конфигурират кранове и въжени багери в различни позиции, а комбинациите са неограничени. Потопен във виртуалната реалност, която му създава системата и чрез която обхожда строителната площадка, операторът може да проучи всички възможни движения на машините и да ги оцени в контекста на безопасността на работната среда. Засега софтуерът е разработен за конкретни гъсенични кранове на Liebherr, модификации от LB1100 до LR1300, и въжени багери, от серията HS - HS8040.1, HS8100, HS8130, HS8200, HS 8300. 

Приложението комбинира подробни интерактивни триизмерни модели с планираните данни за натоварванията на крана или багера във всеки един момент. Инженерите могат да въвеждат допълнителни данни, така че системата да отчете потенциални стълкновения или други рискове. Технологията има възможностите да гарантира покриването на стандартите за безопасност, което е от особено значение при планиране и изпълнение на повдигателни операции за изключително тежки товари. Представете си, че има някакво изменение в геометрията на крана. Веднага ще се активират изчисления на цялата ситуация, и ако резултатите се различават от предварително зададените параметри за безопасност, системата ще подаде предупреждение. Софтуерът разпознава потенциални несъответствия между характеристиките на крана, на товара, на земната основа, на околната среда, както и не спазени безопасни разстояния.

Данните оживяват!

Ще опишем накратко как това се случва. Системата за виртуален оглед, независимо чия разработка е, използва GPS (Global Positioning System, или Глобална Система за Позициониране) и базираното на Google приложение за прецизно ориентиране. При внасяне на разширената реалност на обекта с такава система операторите получават възможност да проверяват дали новите проектни решения и промени са целесъобразни, безопасни и оправдани. По всяко време в процеса на изграждане на обекта може да се следи как се напредва и да се установяват евентуални проблеми. Така, чрез мобилно устройство, визуално могат да се проследят и оценят набор от инструкции и решения, да се "отиграят", да "оживеят", преди да започне реалното им прилагане, а това означава, че системата, използваща разширена реалност, се превръща в незаменим елемент на строителната площадка. Голямо предимство е, когато системата за разширена реалност използва GNSS (Global Navigation Satellite System, или Глобална Навигационна Сателитна Система) и през сателит изчислява местоположението, за да се ориентира в реалния свят, вместо да изисква въвеждане на фиксирана точка или локален маркер. Софтуерът комбинира сателитната система с ARCore - базираното на местоположението приложение на Google, което наслагва цифрови обекти над реалните, и създава добавена, т.е.разширена реалност. Най-напред в "облачна" платформата за връзка и сътрудничество се импортира модела посредством BIM (Building Information Modeling, или Строително-информационен Модел) или CAD (Computer Aided Design, или Компютърно Подпомагано Проектиране). Оттам моделът може да бъде зареден на мобилен телефон, базиран на операционна система Android, и който има връзка с антена с персонализиран потребителски достъп. Потребителите могат да разглеждат планираните дейности, включително подземни строителни работи, насложени като добавена реалност върху съществуващите дадености на строителния обект, на строителната площадка. Така може да се види има ли напредък, и то просто като се зареди модел, при който да е заложено изпълнението на определени дейности до определена дата. Така се визуализират и сложни планове, подземни мрежи за комунални услуги, предвиждана инфраструктура, и е възможно да се открият конфликтни възли в проектираните операции още в началото на реалния строителен процес. Може да се изпълняват различни проверки - варианти при добавяне или премахване на фактори. А ако инженерът иска да получи подробна информация за някой от визуализираните на екрана компоненти, просто трябва да го докосне - на екрана ще се отвори изскачащо поле с данни за този елемент. Разработката е полезна не само за непосредствените строително-монтажни работи, но и за всички приложения, свързани със строителството.

Необходимо ли е да изтъкваме предимствата на добавената реалност?

Да! На първо място, екипите могат да бъдат въвеждани в работните дейности чрез първоначално обучение във виртуална среда, а това пести време и ресурси. Нещо повече - предлага решение на големия проблем с недостига на квалифицирана работна ръка. Предлагат се привидно прости техники, като въвеждане на цветно кодиране и QR-кодове. Цветното кодиране намалява вероятността от грешки по време на строително-монтажните дейности. QR-кодовете, познати и като кодове за бърз отговор, са инструменти за споделяне на всякаква информация. Сканирането им е възможно с мобилен апарат, а след сканиране потребителят получава достъп до уеб-страница, видео, или пълна информация за това, което му е необходимо. Заедно с усъвършенстваната технология, тези техники позволяват неопитни монтажни екипи да изпълняват сложни операции, като същевременно се обучават до ниво на висока компетентност.

След това, особено при големите проекти, разширената реалност се оказва изключително полезна на място. Създаването на цифров еквивалент на реален проект преди началото на строителството позволява на изпълнителите да оценят и поръчат подходящите материали много по-рано от предвижданото им влагане на обекта. Освен че така се осигурява сигурност при планирането, могат да се получат и възможно най-добрите цени на пазара. Именно разширената реалност ще помогне и на изпълнители, и на инвеститори да се вместят в определения срок за завършване на обекта, и то по най-рентабилен и ефективен начин.

Знаем, че при големите инфраструктурни обекти има различни подизпълнители или работни групи, и в повечето случаи те работят изолирано, като всеки се е вторачил в своя срок на изпълнение и своите задачи. Точно това поведение може да доведе до непредвидени "сблъсъци" - точки на конфликт, чието отстраняване би оскъпило обекта, а и би отнело много време. В такъв случай наличието на виртуалния модел е много полезно. "Облачната" платформа, за която споменахме по-горе, позволява преглед и обсъждане на триизмерния виртуален модел. Така, в един-единствен модел, всеки от участниците в процеса разполага с всички налични данни, с варианти за възможни критични възли и моменти, с предвиждане какво може да се обърка. Следователно с подходящо координиране и съобразяване проблемите могат да се избегнат, преди да са се случили в реалния свят.

Свързване на технологии

Лека-полека клиентите на различни компании за разработка на 3D софтуер за проектиране и моделиране започват да използват технологиите им за виртуална реалност със съвсем конкретни цели. Оказва се, че ако работниците бъдат поставени във виртуална среда, с разиграване на виртуален сценарий, които би бил опасен в реалния свят, създадените усещания са отлично превантивно обучение. Инцидентите, свързани с действия, при които е имало подценяване на опасностите за здравето и безопасността, рязко намаляват. Строителните работници прекрачват от описателните статични правила и опасности към една интелигентна, напълно поглъщаща ги виртуална реалност. Тази реалност е много полезна за строителния процес, особено в начална фаза, когато наличните цифрови данни постепенно се превръщат в реални ресурси.

Има инженери, които предвиждат още по-силно влияние на виртуалната реалност върху строителството. Всяко допълнително комбиниране с други технологии, например сензори и GPS-технология на конкретната строителна площадка, създава връзка между физическата същност на площадката и цифровия є близнак в "облака" и отключва безброй варианти за ефективно управление на проекта. Когато се обединят данните от различни източници в реално време, техният анализ е основата за безпроблемно адаптиране към нуждите на проекта и вземане на обосновани, правилни, възможно най-добри решения. Това неминуемо ще се окаже мощен фактор за индустрията - ще се строи по-икономично и обмислено, ще се намали негативното въздействие върху околната среда.

Всъщност, цифровите "близнаци" са цифрови копия на физически неща. Те свързват физическия и виртуалния свят, и понеже данните от физическия субект се предават на неговия цифров модел, оприличаваме съществуването им като "близнаци". По този начин инженерите тестват реални сценарии на "близнака" за да оценят неговата ефективност, устойчивост на повреди и т.н.

И така, развитието на виртуалната реалност (VR) и на добавената реалност (AR), допринасящи за усвояването на технологията на място, ще зависи не само от разработките на софтуера, но и от качеството на хардуера. Заедно те трябва да създадат преживяване, в което потребителите да се чувстват комфортно, за да използват ежедневно възможностите, които дигиталните реалности им предоставят. Вече се внедряват очила, слушалки и шлемове, вместо двуизмерни екрани. Водещи по отношение на приложението им в строителството са разработените устройства, тип слушалки-очила, HoloLens на Microsoft. Те са безжични и позволяват свободно движение. Може да се опишат като самостоятелен компютър с осигурена Wi-Fi връзка, а това означава, че информацията, от която работникът се нуждае, върви с него. С помощта на вграден специален чип тези очила могат да представят холограмно изображения на реален обект. Доказателство за надеждността на Hololens е фактът, че редица фирми за строителни технологии проектират своя софтуер, като имат предвид точно това изключително устройство, което позволява да се работи "по-умно", с използване на смесена реалност.

Настояще и бъдеще

Преди около година Bentley Systems представят своето приложение Synchro XR за смесена реалност, което е ориентирано към инфраструктурни проекти и за което използват именно устройството на Microsoft HoloLens 2. Макар че термините малко се преливат, можем да приемем, че смесената реалност е нещо средно между виртуалната и добавената, но малко превъзхожда добавената реалност. Приложението дава възможност дигиталната конструкция да се разположи във физическото пространство, а потребителите могат да планират, визуализират, проследяват и потвърждават последователността на работите на строителната площадка. С приложението Synchro XR потребителите могат да "взаимодействат" с дигиталните строителни модели, като използват ръцете си, т.е. да разглеждат моделите с интуитивни жестове. Потребителите могат също така да сравняват наскоро завършената работа директно с модела в мащаб 1:1 и същевременно да записват състоянието в HoloLens. Обектите от реалния свят могат да бъдат измерени в смесената реалност. Прегледът по този начин е по-лесен и по-точен, а данните, изпратени обратно към модела, го поддържат актуален за целия екип. Това е стъпка в бъдещето, системата позволява на всички, ангажирани в даден проект, едновременно да преглеждат обекти в пространството и времето - говорим вече за 4D обекти. В тази смесена реалност участниците могат и успешно да си взаимодействат. Всеки, който има разрешение, може да има достъп до актуализациите на графика в реално време, и така се гарантира, че целият екип за доставка е информиран. Производителността се повишава. Работи се усилено в посока на подобряване и усъвършенстване на обобщаването и анализа на данните от компании, специализирани в разработването на компютърни хардуерни системи и системи за управление на бази от данни, например като технологичната компания Oracle Construction and Engineering. Мнението, че това е правилната посока за развитие, се превръща в убеденост.

Представете си как хората се "разхождат" из модела, оглеждат навсякъде, дори ако се завъртят на 360°, забелязват детайлите, преценяват кой къде какво трябва да изпълни, или вече е изпълнил, а така се създава много отчетливо разбиране на работния и проектния график. Неприятно е, че са наблюдавани някои психофизиологични проблеми, които възникват в процеса на използване на VR и AR технологиите, поради несъответствията между зрителните сигнали и мозъчната дейност. Доскоро нашият мозък е получавал информацията от различни източници, и след анализа ние сме разполагали с нашата лична, субективна реалност. При новите дигитални реалности информацията от един сетивен източник може да не бъде потвърдена от друг, и тогава е възможно да възникнат различни странични нежелани ефекти - умора, световъртеж, главоболие или други. Въпреки това ръстът на инвестициите в тази област е огромен.

Това е бъдещето!