CDT El sector de la construcción adopta cada vez más tecnologías innovadoras para mejorar sus procesos. Una de ellas es el escaneado láser, muy utilizado para capturar y procesar datos relacionados con activos y proyectos de construcción.1 El escaneado láser es una técnica de captura de la realidad que crea modelos tridimensionales (3D) detallados que representan el estado actual de los edificios. Este proceso implica la generación de nubes de puntos 3D de entornos interiores y exteriores a partir de datos de escaneado láser.2
Fuente: AZO Materials
La captura de datos reales mediante escaneado láser tiene numerosas aplicaciones en la construcción, como la supervisión del progreso, la rehabilitación, el mantenimiento de instalaciones y la gestión de residuos.1,2 Este artículo explora diferentes tecnologías de escaneado láser, su aplicación para mejorar la precisión y reducir las repeticiones de trabajo en el sector de la construcción, y los retos existentes.
Tecnologías de escaneado láser
El escaneado láser, denominado topografía de alta definición o captura de la realidad, utiliza un láser para cartografiar con precisión un área de interés. Captura datos detallados de una obra, proporcionando información precisa para todas las fases del proyecto. Los profesionales de la construcción infieren estos datos registrados como una nube de puntos, una base de datos que conecta puntos en un sistema de coordenadas 3D. Este registro digital de gran precisión de un objeto o espacio comprende información en bruto que puede procesarse para extraer información útil para las aplicaciones de destino.1
Las técnicas de escaneado láser se clasifican a grandes rasgos en función de las distintas plataformas de trabajo: terrestres (TLS), aerotransportadas (ALS) y móviles (MLS). Mientras que TLS es un método terrestre con un láser montado normalmente en un trípode estático, el sistema de escaneado se monta en una aeronave, como un vehículo aéreo no tripulado (UAV) o un helicóptero.3
Como alternativa, el MLS utiliza plataformas móviles terrestres, como coches o robots. Todos estos sistemas difieren en el mecanismo de escaneado, la velocidad y la precisión. Por ejemplo, el ALS y el MLS pueden escanear rápidamente grandes áreas y zonas con accesibilidad limitada, mientras que el TLS proporciona nubes de puntos más detalladas con una precisión relativamente alta y bajo coste.3
El rendimiento global de un escáner láser depende de numerosos factores, como la resolución angular, la velocidad de escaneado y el alcance necesario. Además, la calidad de las nubes de puntos depende generalmente del número de veces que se repite la medición para cada punto; un mayor número de mediciones por punto produce nubes de puntos de mejor calidad.2
Aplicaciones en la construcción
El escaneado láser es versátil y encuentra aplicaciones en diversos procesos de construcción, como la topografía, la fabricación de componentes, la supervisión de la construcción, el mantenimiento y la restauración de edificios patrimoniales. Esta tecnología consolida la recopilación, documentación y análisis de datos 3D de edificios e infraestructuras tal y como están construidos cuando se integra con otras tecnologías de la construcción.1
La información sobre el material y el color obtenida de las nubes de puntos ayuda a identificar la topología de los elementos del edificio. Los datos sobre textura, intensidad y espacio de color RGB revelan las relaciones espaciales entre las estructuras y las propiedades de su superficie, lo que facilita la identificación de paredes, suelos, techos y aberturas como puertas y ventanas.1
El escaneado láser se integra a menudo con otras tecnologías de la construcción para mejorar su funcionalidad. Por ejemplo, cuando se combina con el modelado de información de construcción (BIM), es compatible con la supervisión, la estimación de costes, la evaluación de la calidad, la visualización en 3D y el análisis espacial, lo que mejora la precisión de la construcción y reduce los errores y las repeticiones. Además, el enfoque de escaneado a BIM está ganando popularidad para mejorar la gestión y el mantenimiento de la construcción proporcionando información en tiempo real sobre el estado de la obra.3
Más allá de la captura de componentes as-built, el escaneado láser también se aplica a la reconstrucción de estructuras civiles como puentes, túneles, elementos prefabricados de hormigón, pilares de puentes y muros de contención móviles. Además, la integración de escáneres láser con radares de penetración en el suelo permite realizar análisis geométricos internos detallados de estructuras como túneles y puentes.3
Ventajas
El escaneado láser ofrece numerosas ventajas que mejoran la precisión y reducen las repeticiones de trabajos en el sector de la construcción. Una de sus principales ventajas es la importante reducción de la duración de los levantamientos, ya que los escáneres adquieren más de un millón de puntos por segundo, lo que aumenta la productividad. La capacidad de muestreo de alta densidad de los escáneres láser permite una recopilación rápida y precisa de datos que representan fielmente geometrías complejas.3
Además de la información posicional en 3D, los escáneres láser capturan datos como los valores de intensidad reflejados y los colores RGB. Esta exhaustiva recopilación de datos permite modelar con precisión las dimensiones, el posicionamiento espacial y los detalles estructurales. El alto nivel de automatización de los escáneres láser también hace que sean fáciles de usar, lo que permite a los operarios realizar estudios de forma eficaz sin necesidad de conocimientos técnicos especializados.1,3
Además, dado que la mayoría de los objetos pueden reflejar los rayos láser, el proceso de escaneado se realiza sin contacto, lo que garantiza la seguridad del equipo en entornos peligrosos y minimiza las interrupciones del proceso de construcción. La mayor densidad de las nubes de puntos generadas mejora aún más la precisión de los modelos producidos mediante escaneado láser.3
Retos
A pesar de la eficacia demostrada del escaneado láser en la captura precisa de entornos construidos, su adopción en el sector de la construcción sigue siendo limitada debido a los desafíos técnicos y las lagunas de conocimiento. Por ejemplo, aunque el aumento de la productividad en la construcción podría suponer un ahorro potencial de hasta 1,6 billones de dólares, muchos profesionales de la construcción siguen mostrándose reticentes a adoptar estas tecnologías. Esta reticencia se debe a menudo a una comprensión limitada y a la ausencia de un marco de apoyo integral.1
Técnicamente, los sistemas de escaneado láser se enfrentan a problemas relacionados con la portabilidad y las limitaciones del emplazamiento. Además, mientras que una cantidad insuficiente de datos puede inutilizar un modelo, la recopilación de una cantidad excesiva de datos puede llevar mucho tiempo y dar lugar a información redundante.1
Los escáneres láser capturan todos los objetos físicos dentro de su campo de visión, incluidos los elementos no deseados. Las enormes nubes de puntos resultantes de estos objetos extraños pueden complicar la generación de modelos y la producción de nubes de puntos. Para solucionar este problema, se requieren pasos de procesamiento adicionales, como la eliminación de ruido, para crear un modelo claro y preciso.1
Además, los elevados costes asociados tanto al hardware como al software suponen importantes barreras para una adopción más amplia. El coste de la tecnología de escaneado láser puede ser prohibitivo, incluso para proyectos pequeños o que no requieran una gran precisión. Además, las aplicaciones de procesamiento de datos tienen dificultades para satisfacer las demandas de eficiencia, eficacia y automatización, lo que dificulta aún más su uso generalizado.3
Últimos avances y perspectivas de futuro
Se están realizando importantes esfuerzos para superar los retos existentes y aumentar la aplicación de los escáneres láser en el sector de la construcción. Por ejemplo, un estudio reciente en Automation in Construction demostró el uso de una combinación de TLS y fotografía oblicua basada en UAV en la construcción de puentes. Se propuso un enfoque de planificación de vuelo UAV conveniente y un marco eficiente para extraer automáticamente la alineación de puentes a partir de datos de nubes de puntos. Este sistema optimizado se aplicó eficazmente a un puente de vigas largas de varios vanos en construcción.4
Otro estudio reciente publicado en Structural Control & Health Monitoring empleó el escaneado láser 3D para la monitorización de la deformación de un túnel basado en el nuevo método austriaco de tunelización (NATM). Se propuso el algoritmo de filtrado Kriging para mejorar la precisión de la tecnología de escaneado láser y estimar la deformación en tiempo real de la excavación de túneles NATM a partir de nubes de puntos. La aplicación con éxito de estos sistemas puede ayudar a realizar advertencias de seguridad eficaces para la construcción de túneles.5
En conclusión, combinar el escaneo láser con otras tecnologías avanzadas de teledetección y métodos de procesamiento como la inteligencia artificial y el aprendizaje profundo puede ayudar a adquirir datos fiables in situ de forma precisa y oportuna.
Referencias
1. Almukhtar, A., Saeed, Z. O., Abanda, H., & Tah, J. H. M. (2021). Reality Capture of Buildings Using 3D Laser Scanners. CivilEng, 2(1), 214–235. DOI: 10.3390/civileng2010012, https://www.mdpi.com/2673-4109/2/1/12
2. Moselhi, O., Bardareh, H., & Zhu, Z. (2020). Automated Data Acquisition in Construction with Remote Sensing Technologies. Applied Sciences, 10(8), 2846. DOI: 10.3390/app10082846, https://www.mdpi.com/2076-3417/10/8/2846
3. Wu, C., Yuan, Y., Tang, Y., & Tian, B. (2021). Application of Terrestrial Laser Scanning (TLS) in the Architecture, Engineering and Construction (AEC) Industry. Sensors, 22(1), 265. DOI: 10.3390/s22010265, https://www.mdpi.com/1424-8220/22/1/265
4. Han, Y., Feng, D., Wu, W., Yu, X., Wu, G., & Liu, J. (2023). Geometric shape measurement and its application in bridge construction based on UAV and terrestrial laser scanner. Automation in Construction, 151, 104880. DOI: 10.1016/j.autcon.2023.104880, https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926580523001401
5. Hu, D., Li, Y., Yang, X., Liang, X., Zhang, K., & Liang, X. (2023). Experiment and Application of NATM Tunnel Deformation Monitoring Based on 3D Laser Scanning. Structural Control & Health Monitoring, 2023, 1–13. DOI: 10.1155/2023/3341788, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1155/2023/3341788
Cargando...
Centar MURID
