Anlagenbau & Prozesstechnik

Intelligente 3D- Modelle

Laserscanning- und -vermessungstechnik liefert präzise Daten bestehender Anlagen

24.10.2012 -

Heute hat jeder ein Handy. Ich kann mich jedoch noch gut an meine erste Zeit als junger Vertriebsingenieur erinnern: Damals musste ich ein Handy mit vier Kollegen teilen. Das Gerät war teuer, analog und mit einer riesigen, schweren Batterie versehen. Heute sind Mobiltelefone nicht nur kleiner und leichter. Wir können damit auch Textnachrichten und E-Mails versenden, im Internet surfen und leistungsfähige Apps nutzen. Damit werden sie zu Navigationssystemen oder sogar zu einer Videokonferenzlösung. Die gleiche Entwicklung erwarte ich im Bereich der intelligenten 3D-Anlagenplanung.

In den nächsten zehn Jahren werden diese Lösungen zur Massenware, und zwar nicht nur im Engineering-Bereich, sondern auch für Instandhaltung und Betrieb. Schon heute ist die Nutzung von 3D-Anlagenplanungslösungen für die meisten mittelständischen und großen Ingenieurbüros eine logische Entscheidung. Die geschäftlichen Vorteile sind enorm: weniger Zeitaufwand wie auch eine verbesserte und zuverlässigere Planungsqualität sorgen dafür, dass die Anlagenplanung ohne diese Tools schlicht nicht mehr sinnvoll ist. Doch die Erfassung intelligenter As-Built Zeichnungen zur Erstellung intelligenter 3D-Modelle bestehender Anlagen war bislang alles andere als einfach - und genau das ändert sich nun!

Herausforderung Brownfield

Eigner/Betreiber und EPC-Unternehmen müssen häufig Brownfield-Projekte bearbeiten (Modernisierungen, Turnarounds und Erweiterung bestehender Anlagen), um die Anlagenkapazität zu steigern, den Energieverbrauch oder die Instandhaltungskosten zu senken und strengere Umwelt-/Emissionsauflagen einzuhalten.

Diese Nachrüstungsarbeiten sind mühsam und normalerweise mit Problemen behaftet: fehlende oder ungenaue As-Built Zeichnungen, Schwierigkeiten bei der Nutzung von 3D-Techniken mit vor Ort ermittelten 2D-Daten, ein sich ändernder Datenumfang und enge Terminvorgaben. Während des Prozesses muss man eventuell Risiken eingehen, die sich nachteilig auf Zeitpläne, Kosten und die Sicherheit auswirken können. Wie erfasst man As-Built-Daten also am besten? Intergraph und Leica, inzwischen Schwesterunternehmen, bieten synergistische Produkte, die Laserscanning- und -vermessungstools mit der CADWorx fieldPipe-Lösung auf AutoCAD-Basis verbinden.

Früher hatte ein Ingenieur zwei Möglichkeiten, As-Built-Daten vor Ort zu erfassen: entweder mit einer teuren Laserscanning-Ausrüstung, die jedoch unintelligente Daten erzeugte, oder per manueller Messung. Bei der zweiten Option werden Daten mit simplen Messgeräten wie Bandmaßen, Blei- und Wasserwaagen ermittelt, um einfache Skizzen zu erstellen, die dann im Büro in eine Detailzeichnung umgewandelt werden. Hierfür sind mitunter nicht nur störende Gerüste erforderlich, wenn eine Messung in der Höhe durchgeführt werden soll, sondern die Mitarbeiter müssen sich auch in gefährliche Anlagenbereiche begeben. Zudem kann eine manuelle Messung ungenau und zeitaufwändig sein, was den gesamten Prozess ineffizient und unsicher gestaltet.

Zwar kommen heute noch immer Maßbänder zum Einsatz, doch werden diese durch Handlasergeräte unterstützt, die hochpräzise lineare Ergebnisse liefern. Zudem wurde die Erstellung von 3D-Anlagenmodellen auf der Basis erfasster Daten im Laufe der Jahre durch die Einführung intelligenter Daten und automatisierter Instrumente verbessert. Diese werden zur Erstellung der für die laufenden Konstruktionsarbeiten erforderlichen Unterlagen eingesetzt. Leica CloudWorx und CADWorx fieldPipe entwickeln diese Lösungen nun weiter.

Der moderne Ansatz

Datenerfassung mithilfe der Lasertechnologie steht für hochgradig präzise Daten und Reports, denn sie ermittelt wirklich alle Bestandsdaten. Diese sind nicht spezifisch und lassen sich somit von allen Gewerken wie Stahlbau, Geräten, Heizung, Lüftung und Klimatisierung usw. verwenden. Die Datenerfassung per Laser ist grundsätzlich auf zwei Arten möglich: Laserscanning- und Laservermessungstechnik (Leica Total Station).
Bei der Laservermessungstechnik wird ein Laserpointer verwendet, um verschiedene Punkte eines Rohres zur Bestimmung der Leitung zu messen. Lasermessgeräte eignen sich nur zur Messung einzelner Rohre. Diese Option ist jedoch wirtschaftlicher und damit ideal für kleinere Projekte: So wird die Leica Total Station zu einer „3D-Lasermaus" vor Ort, die Mittelachsen durch die Messung von 4 Punkten auf dem Rohrzylinder bestimmt.
Beim Laserscannen wird hingegen ein originalgetreues Istmodell der Anlage in Form eines 3D-Bilds - einer Punktwolke - mit dem Laserscanner erzeugt. Die gescannten Bilder stammen von verschiedenen Positionen und ermöglichen die Erstellung einer vollständigen Anlagenabbildung. Nach dem Scannen werden alle Punktwolken mit Daten zu einer Punktwolke zusammengeführt. Inzwischen ist ein guter Laserscanner deutlich günstiger als früher.

CADWorx fieldPipe ist derzeit noch immer die einzige Anlagenplanungssoftware, die beide Methoden unterstützt. Leica CloudWorx dient als Plug-in-System zur Verarbeitung, mit dem die Benutzer Laserscandaten in CAD-Systemen wie Intergraph CADWorx bearbeiten und so intelligente 3D-Modelle erstellen können. Die Abmessungen bestehender Leitungen werden automatisch ermittelt, und die Mittelachsen lassen sich identifizieren. Objekte in der Leitung wie Flansche, Ventile und Anschlussstücke lassen sich ebenfalls messen und werden dem 3D-Modell automatisch hinzugefügt.
Mit den per Laserscanning erstellten Punktwolkendaten kann CADWorx fieldPipe die As-Built Daten als Plan darstellen, oder die Punktwolke kann in ein wirklich intelligentes 3D-Modell überführt werden. Die 3D-Leitungsdaten aus einer Lasermessung lassen sich direkt in CADWorx fieldPipe einsetzen, und der Anwender kann noch vor Ort, vor den Augen der Ingenieure, ein intelligentes Modell erstellen.

Mit beiden Optionen, also Laserscannen und -vermessen, kann eine Spoolprüfung im Werk durchgeführt werden, um vor Ort sicherzustellen, dass die Abmessungen passen. Auch die Übereinstimmung gefertigter Baugruppen mit den ursprünglichen Plänen lässt sich prüfen. Die höhere Präzision und Produktivität der integrierten Lösungen machen Nacharbeiten, zusätzliche Begehungen, Skizzen und kostenintensive Fehler überflüssig.
Nach der Erstellung in CADWorx fieldPipe lässt sich das Modell für die gesamte CADWorx Plant Design Suite verwenden, um gewünschte zusätzliche Ergebnisse wie Isogen Isometrics, Stücklisten und sogar Stressanalysen für Rohre und Behälter durch die Integration mit Caesar II und PV Elite zu erhalten.

Anlagenverwaltung in Echtzeit

Laserscanning und -vermessung gilt inzwischen als Best Practice zur Erfassung der physischen Aspekte und Abmessungen von Anlagen im Ist-Zustand. Im Tagesgeschäft von Eignern haben sich Laserdaten als enorm wertschöpfend erwiesen: Durch die Nutzung der Daten für die Anlagenverwaltung gehen die Vorteile dieser Lösung über Konzept und Planung hinaus. Natürlich sollten die erstellten As-Builts eng mit Anlagenplanungs- und Lebenszykluslösungen der Eigner integriert werden. So lassen sich die Instandhaltungskosten minimieren, die Präzision von Dokumenten steigern und erneute Begehungen vermeiden.

EPC-Unternehmen berechnen ihre Leistungen hingegen auf Projektbasis. Daher suchen diese Unternehmen laufend nach Möglichkeiten, ihre Risiken einzugrenzen und den Gewinn im Rahmen eines Projekts zu steigern. Laserscanning und -vermessung bietet eine Möglichkeit, diese Ziele zu erreichen. Eine weitere Methode zur Kostensenkung und Gewinnsteigerung besteht in der Verkürzung der Projektlaufzeit. Realisieren lässt sich dies durch eine verstärkte Engineering-Zusammenarbeit über die verschiedenen Gewerke hinweg - mit Lösungen wie Leica CloudWorx und CADWorx fieldPipe.

Die 3D-Modellierung wird in Zukunft zum Standard werden, und zwar auch für Instandhaltung und Betrieb. Intelligente Lasertechnologie ist heute erschwinglicher, sodass auch Unternehmen, die kleine und mittelgroße Projekte bearbeiten, die Vorteile dieser Lösungen nutzen können. Damit wird intelligente 3D-Technik zunehmend zu einer Option für alle Gewerke und Unternehmen jeder Größe - und sichert einen Wettbewerbsvorsprung auf den Märkten von heute und morgen.

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Intergraph PP&M Deutschland GmbH

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