Компьютерное зрение в строительстве: практика и перспективы

Зачем стройкам цифровизация

Сегодня BIM (Building Information Modeling), или цифровизация строек – самая обсуждаемая тема на пересечении строительства и информационных технологий. Механизм работы BIM выглядит в этом контексте таким образом: в проекте в виде 3D-модели указываются различные параметры, например, количество материала на определенный элемент, его стоимость, производитель и сроки.

Ведение процесса строительства в этой системе позволяет:

• в реальном времени автоматически получать весь комплект документов к определенной дате,
• проводить инспекцию объекта,
• отслеживать прогресс,
• формировать отчеты,
• выявлять несоответствия в коммуникациях и инженерных системах на стадиях проектирования,
• вести учет показателей и контрольных сроков выполнения работ,
• сократить сроки подготовки проектной документации и сдачи объекта в эксплуатацию.

В практике строительства используются системы моделирования объектов и привязки документации, в том числе сметной. Однако отсутствует система, которая позволяла бы отслеживать процесс строительства без участия конкретного специалиста-инспектора.

Одна из задач компьютерного зрения в строительстве – это отслеживание процесса строительства, и на этом этапе ввод технологий встречается с первыми трудностями. Создание фотографии с нескольких ракурсов, построение 3D-модели, сравнение ее с исходной, демонстрация отличий и, как результат, перестройка первоначального сценария – очень сложный и трудоемкий процесс.

Метод 3D-реконструкции в контексте технологий компьютерного зрения – это построение трехмерной модели объекта с помощью камер. Особенность его применения в строительстве в том, что на определенных стадиях реализовать его практически невозможно. Ценообразование данного метода и степень сложности реализации 3D-реконструкции как входа в BIM-систему зависят от типа объектов, на которых ведется съемка, их готовности к реконструкции и уровня детализации. Как правило, задача легко решаема для внешнего фасада, но проложить весь путь внутри дома достаточно сложно.

Второе направление – 3D-визуализация – актуализировано в меньшей степени и носит, как правило, развлекательно-информационный характер. На практике визуализацию проекта создают дизайнеры, однако эту технологию можно продвигать при помощи системы дополненной реальности. При помощи технологий компьютерного зрения вы можете навести телефон на место стройки, а на экране высветится полностью достроенный объект в виде 3D-модели, приложенной к местности.

Третье направление – это инспекция безопасности. При помощи компьютерного зрения застройщик должен иметь возможность провести инвентаризацию и определить объемы недостачи. Подобные решения по подсчету материалов уже применяются в лесной промышленности, а также в процессе производства и хранения труб.

Трудности ввода компьютерного зрения в сфере строительства

Основная проблема применения компьютерного зрения в строительстве заключается в том, что сегодня оно служит средством передачи данных и ввода информации, но не используется как система, отвечающая за обработку, хранение и использование этой информации. В сфере строительства часто применяются локальные системы, отвечающие за небольшие участки или детали работ (например, за вентиляцию или водопровод), однако передать данные между ними или объединить их между собой практически невозможно.

Еще одна сложность ввода в процесс строительства BIM-систем заключается в том, что вся документация по проекту должна храниться в оцифрованном виде. Если специалисты параллельно ведут «бумажный» документооборот, BIM-система теряет свой смысл. Кроме того, она должна быть совмещена с цифровой подписью, а весь процесс ведения документации - вестись в соответствии с требованиями современного законодательства.

Строительные компании внедряют BIM-системы в свои проекты не в полной мере, реализуя их на уровне разработки 3D-моделей и прикрепленной документации. Это связано с крайне малым числом потенциальных потребителей, способных сформулировать грамотное целеполагание применения искусственного интеллекта на стройплощадке, а также с нежеланием заниматься долгосрочными инвестициями. Бизнес в нашей стране ориентирован на очень быструю окупаемость. Это обусловлено, в первую очередь, нестабильностью и неуверенностью участников бизнес-среды. В одних и тех же отраслях на Западе и в России целевые сроки окупаемости на порядок отличаются.

Сегодня в России BIM-системами пользуются некоторые компании, проектирующие инженерные системы и осуществляющие архитектурное или конструкторское проектирование, а также строительные компании полного цикла и организации, оказывающие услуги консалтинга в сфере строительства.

Безопасность на стройплощадке и искусственный интеллект

Система, позволяющая идентифицировать людей на улице или в аэропорту, не всегда будет работать на стройке. Самая большая проблема состоит в том, что рабочие часто оказываются скрыты за конструкциями и находятся на стройплощадке в спецодежде: перемещаемые объекты заслоняют обзор камеры, и компьютерному зрению нужно научиться их определять.

Данный контекст требует применения принципиально новых решений, поэтому сегодня в профессиональном сообществе активно обсуждается идея внедрения беспилотной техники, которую можно было бы использовать на стройплощадках в отсутствие рабочих.

Кроме того, к функциям камер наблюдения для контроля безопасности можно добавить периодический анализ складированного материала, чтобы система могла отслеживать его движение на площадке. Сегодня процесс подсчета стройматериалов ведется субъективно – пропавшие элементы учитываются в процессе инвентаризации и, как правило, факт пропажи фиксируется в последний момент. Запрос на систему, которая могла бы взять на себя контроль этого процесса, определенно есть.

Дойдут ли технологии КЗ до покупателей?

Несомненно, да – в самом ближайшем будущем. Несмотря на большое количество объективных проблем, преимущество, которое может дать полноценное применение компьютерного зрения и BIM-систем на всех этапах строительства, является критическим для бизнеса. Речь идет не о процентах экономии, а кардинально другой экономике проектов в строительстве с оптимальным использованием материалов и рабочего времени.  

Поэтому запрос на разработку полноценных BIM-систем есть, и большое количество IT компаний уже сейчас заняты решением этих технологических проблем.

С помощью компьютерного зрения мы отслеживаем изменения на площадке, прогресс строительства, измеряем объем сыпучих материалов, следим за безопасностью. Правительства некоторых стран изменяют законодательство, чтобы сделать применение BIM-систем обязательным на всех этапах строительства. Так, в июне 2019 года Росстандарт утвердил пять государственных стандартов в области информационного моделирования в строительстве, а само понятие BIM появилось в федеральном законодательстве. В июне 2020 года стало известно, что использование BIM-систем при строительстве объектов в рамках государственных заказов станет обязательным в России не позднее 2021 года.

Власти Италии также делают шаги в сторону легитимизации применения BIM-систем в строительстве. В соответствии с государственным декретом Decreto BIM (DM 560), с 1 января 2019 года застройщики, получившие государственные контракты, стоимостью более 100 млн евро, должны использовать BIM-системы в обязательном порядке. С 2020 года порог входа снизился до 50 млн евро, а с 2023 года застройщики должны будут внедрять цифровизацию в проекты стоимостью более 1 млн евро. Применение BIM-систем станет обязательным для всех итальянских застройщиков с 2025 года.

Можно с уверенностью сказать, что первое здание, построенное в соответствии со своей электронной моделью и учетом запланированных и использованных материалов, появится совсем скоро.

Автор: технический директор компании «Системы компьютерного зрения» (входит в группу компаний ЛАНИТ) Михаил Смирнов