• België - NL

    We hebben u doorgestuurd naar een vergelijkbare pagina op uw lokale site, waar u de lokale prijzen en aanbiedingen kunt bekijken en online producten kunt kopen.

    Stay on our U.S. site

Keyboard ALT + g to toggle grid overlay

Bureau of Reclamation

Vastleggen van de werkelijkheid en 3D-modellen helpen kritieke infrastructuur te beschermen

DE TOEKOMST VAN ONTWERPEN

DEEL DIT VERHAAL

Foto's beschikbaar gesteld door het Bureau of Reclamation

Met hightech-tools wordt de basis gelegd voor de toekomst van de Glen Canyon-dam

De Glen Canyon-dam in Arizona voorziet het westen van de Verenigde Staten van cruciale water en energie. Maar na een halve eeuw in bedrijf te zijn geweest, hebben de jaren en de fluctuaties in de waterstroom als gevolg van extreem weer hun tol geëist. Met vastleggen van de werkelijkheid en 3D-modellering kan het Bureau of Reclamation de toestand van de dam beoordelen en de dam beschermen voor toekomstige generaties. Tegelijkertijd toont het Amerikaanse overheidsagentschap aan hoe nieuwe technologie wereldwijd kan worden toegepast om kritieke infrastructuur te beschermen.

David Winslow (rechts) in de elektriciteitscentrale van de Glen Canyon-dam. Foto beschikbaar gesteld door BOR/Autodesk.

Water en elektriciteit leveren aan het Amerikaanse Westen

Het Amerikaanse congres richtte het Bureau of Reclamation in 1902 op met als doel droge gronden ‘terug te winnen’ voor menselijk gebruik door middel van irrigatie. Het agentschap onderhoudt nu 492 dammen in 17 westelijke staten en levert elk jaar meer dan 37 biljoen liter water aan meer dan 31 miljoen mensen. Het Bureau of Reclamation is de op één na grootste producent van hernieuwbare waterkracht in het land en genereert elk jaar 40 miljard kilowattuur elektriciteit.

Vandaag de dag, bijna een eeuw na de oprichting, is de missie van het agentschap breder geworden. Naast het ondersteunen van de gemeenschappen in de westelijke Verenigde Staten, heeft het agentschap ook als doel zijn eigen activa te beschermen tegen de tand des tijds. "Deze voorzieningen zijn zo belangrijk voor het land", zegt David Winslow, CAD-manager en civiel ingenieur bij het Bureau of Reclamation in Salt Lake City, Utah. "En wij hebben de taak gekregen om iets te beheren dat nog honderden jaren in de toekomst mee zal gaan. Wanneer wij er al lang niet meer zijn, zullen deze bouwwerken er nog steeds staan. Maar ze moeten wel op correcte wijze worden geëxploiteerd en onderhouden."

David Winslow (rechts) in de elektriciteitscentrale van de Glen Canyon-dam. Foto beschikbaar gesteld door BOR/Autodesk.

Onderhoud van infrastructuur: een mondiale uitdaging

De Glen Canyon-dam werd in 1963 afgerond, tijdens een periode waarin er wereldwijd ontzettend veel dammen werden gebouwd: van de jaren 50 tot en met de jaren 70. In die periode werden zo'n duizend dammen afgerond – onder meer de Hoge Aswandam in de Egyptische Nijl, de Kurobe-dam in Japan, de Idukki-dam in India, de Ilha Solteira-dam in Brazilië en de Contra-dam in Zwitserland – om regio's in de hele wereld te voorzien van elektriciteit en water en om overstromingen te beheren.

In dat tijdperk was er geen CAD om te helpen deze massale infrastructuurprojecten te ontwikkelen. Glen Canyon, een van de grootste betonnen dammen ter wereld, "werd gebouwd met rekenlinialen en goniometrische tabellen", zegt Winslow. "Alle tekeningen werden met de hand gemaakt op een tekentafel." Omdat er alleen papieren plattegronden en blauwdrukken beschikbaar waren, had Reclamation beperkt inzicht in de effecten van de veroudering, weersomstandigheden en extreme veranderingen in de waterstroom op de toestand van de dam.

Dit probleem is niet alleen relevant voor Glen Canyon: van de meer dan 58.000 grote dammen in de wereld, is meer dan de helft volgens de Wereldbank al langer dan 50 jaar in gebruik. Het vinden van betere instrumenten voor het onderhoud en het vergroten van de weerbaarheid van dammen is duidelijk een mondiale uitdaging.

Glen Canyon-dam in de jaren 60. Foto beschikbaar gesteld door het Bureau of Reclamation.

"We konden deze faciliteit niet langer beheren met duizenden 2D-tekeningen. Wat we echt nodig hadden voor Glen Canyon was een volledig 3D-model van de dam, de canyonwanden, het reservoirgebied stroomopwaarts, de rivier stroomafwaarts en de elektriciteitscentrale, van binnen en buiten.""

—David Winslow, CAD-manager en civiel ingenieur, Bureau of Reclamation

 

Nieuwe technologische instrumenten om een diagnose te stellen van een verouderde dam

Reclamation raadpleegde Autodesk om de beste tools en technieken te selecteren om een gedetailleerd digitaal 3D-model te creëren van het bouwwerk: een ‘virtuele’ Glen Canyon-dam. Driedimensionale gegevens bieden een diepte en context die de papieren 2D-documenten van het agentschap niet kunnen leveren. En digitale gegevens zijn dynamisch en niet bevroren in de tijd zoals een oude blauwdruk. Digitale modellen kunnen worden geactualiseerd, er kunnen nieuwe scenario's worden gesimuleerd en wijzigingen kunnen nog eeuwenlang worden gemeten ten opzichte van de oorspronkelijke gegevensreeks.

Een 3D-model zou Reclamation een enorme nieuwe set mogelijkheden bieden voor het beheer en onderhoud van de Glen Canyon-dam. Het zou het gemakkelijker maken om de huidige schade te detecteren, een diagnose te stellen en reparaties uit te voeren - en om toekomstige schade te voorspellen en voorkomen.

Maar hoe creëer je een computermodel voor een bouwwerk dat is gebouwd voor het bestaan van CAD? Het antwoord: vastleggen van de werkelijkheid.

"We konden deze faciliteit niet langer beheren met duizenden 2D-tekeningen. Wat we echt nodig hadden voor Glen Canyon was een volledig 3D-model van de dam, de canyonwanden, het reservoirgebied stroomopwaarts, de rivier stroomafwaarts en de elektriciteitscentrale, van binnen en buiten.""

—David Winslow, CAD-manager en civiel ingenieur, Bureau of Reclamation

 

Een enorme hoeveelheid gegevens vastleggen van een enorme locatie

Vastleggen van de werkelijkheid houdt in dat er gegevens worden verzameld over een object - beelden en metingen van omvang, vorm en positie - die vervolgens in een computermodel worden samengevoegd. Reclamation nam met fondsen van zijn Wetenschaps- en technologieprogramma Autodesk in de arm om de benodigde gegevens te verzamelen en 3D-modellen te produceren, terwijl de medewerkers van Reclamation de procedures en processen waarnamen. In augustus 2016 begonnen Reclamation en Autodesk met het vastleggen van de gegevens van de dam met behulp van op laser gebaseerde scanners ("lidar" genoemd), sonar en camera's om de locatie te documenteren.

Het Autodesk-team scande en fotografeerde de dam en de omgeving, een gigantische onderneming die een week duurde, met werkdagen van 12 uur. Teamleden namen foto's en metingen van de binnen- en buitenkant van de waterkrachtcentrale, de aangezichten van de dam stroomop- en afwaarts, de bovenkant van de dam, het landschap om de dam heen en zelfs van een deel van het bezoekerscentrum. Ze verzamelden 700 lidar-scans en duizenden foto's en video's, die met een arsenaal aan geavanceerde hulpmiddelen werden genomen vanaf land, water en vanuit de lucht.

Foto's beschikbaar gesteld door BOR/Autodesk.

Winslow (links) kijkt toe hoe het projectteam een laserscanner gebruikt om buitengewoon exacte 3D-metingen en -beelden te registreren van de dam en de wanden van de canyon.

1/6

Met op laser gebaseerde technologie, of lidar, worden metingen uitgevoerd van de gigantische damlocatie door lichtpulsen uit te zenden en te meten hoelang het duurt voordat deze weer terugkeren.

2/6

Autodesk-partner e-Trac stuurt vanaf het Lake Powell-reservoir een op afstand bestuurd voertuig (remotely operated vehicle, ROV) aan dat gebruik maakt van sonar om de delen van de dam die onder water liggen te scannen.

3/6

Leden van het Autodesk-team namen overlappende luchtfoto's van het landschap vanuit een medische-evacuatiehelikopter om deze vervolgens door middel van proces genaamd fotogrammetrie om te zetten in digitale 3D-modellen.

4/6

Ook scanden Autodesk-teamleden de binnenkant van het bovenste gedeelte van de belangrijkste turbinehal van de waterkrachtcentrale met een drone waaraan een camera is bevestigd.

5/6

Ook scanden Autodesk-teamleden de binnenkant van het bovenste gedeelte van de belangrijkste turbinehal van de waterkrachtcentrale met een drone waaraan een camera is bevestigd.

6/6

Foto's beschikbaar gesteld door BOR/Autodesk.

Model van de Glen Canyon-dam, gecreëerd met Autodesk ReMake.

Gegevens omzetten in digitale modellen

Op de scans van Glen Canyon werden fantastische beelden en miljoenen datapunten vastgesteld in rijke, fotorealistische 3D-puntenwolken. Van de foto's van het team werden fotomodellen gecreëerd door overlappende foto's samen te voegen door middel van een proces genaamd fotogrammetrie. Het team gebruikte ReCap Pro om al deze rauwe gegevens samen te voegen in een grotere, uitvoerigere puntenwolk.

Nadat de puntenwolk in Revit was geïmporteerd, heeft het team een technisch 3D-model gebouwd dat werd gevuld met de individuele componenten van de dam, van het constructiestaal tot de hydro-elektrische generatoren. In het model komen oud en nieuw samen, aangezien de oude 2D-tekeningen werden gecombineerd met de geavanceerde gegevens van de puntenwolk. Daardoor kunnen gebruikers niet alleen de onderdelen en componenten van de dam begrijpen, maar ook de manier waarop deze als systemen in elkaar passen.

In de laatste fase van het project zal het team het technische model importeren in InfraWorks en realtime gegevensstromen toevoegen over de prestaties van de dam, bijvoorbeeld hoeveel water er wordt doorgelaten en hoeveel elektriciteit er wordt gegenereerd. Het resultaat zal een dynamische virtuele weergave van de dam zijn die exploitanten kan helpen de risico's te identificeren die moeten worden beheerst en de kansen die kunnen worden benut.

Model van de Glen Canyon-dam, gecreëerd met Autodesk ReMake.

Prognoses voor de toekomst

Reclamation zal zijn dynamische 3D-model van de Glen Canyon-dam gebruiken als hulpmiddel voor exploitanten en medewerkers van alle vaardigheidsniveaus. "Dit model zal voor verschillende toepassingen worden gebruikt", zegt Winslow. Het biedt ook nieuwe manieren om het publiek voor te lichten, bijvoorbeeld door video-rondleidingen door de virtuele dam, met name in gebieden die door bezoekers niet veilig kunnen worden betreden. Het agentschap is van plan vergelijkbare 3D-modellen te creëren voor andere faciliteiten, mogelijk voor de Hoover-dam in Nevada en de Grand Coulee-dam in Washington.

Het belangrijkste is dat het model een kritieke rol speelt bij de voorbereiding op de onzekerheden die de toekomst in petto heeft. "Elk jaar zijn de waterstromen en de weersomstandigheden weer anders, en we weten niet precies hoeveel water er in het reservoir zal stromen", legt Winslow uit. "We proberen te begrijpen hoe we de watertoevoer voor het land in de toekomst het best kunnen garanderen, niet alleen voor de rest van de eeuw, maar ook daarna." "Het dynamische 3D-model", voegt hij toe, "is een hulpmiddel dat kan worden gebruikt door heel veel verschillende disciplines om de faciliteit in de loop der jaren beter te beheren."

Het 3D-model, gebaseerd op miljoenen datapunten, biedt een nauwkeurige visualisering van de dam en zijn omgeving.

Een teamlid registreert de locatie van de Glen Canyon-dam met een lidar-apparaat. Foto beschikbaar gesteld door BOR/Autodesk.

Technologische hulpmiddelen met een mondiale impact

Vandaag de dag moeten alle exploitanten van dammen wereldwijd zich voorbereiden op een onzekere toekomst. Er zitten initiatieven in de pijplijn om dammen die vergelijkbaar zijn met Glen Canyon te rehabiliteren. Het gaat hierbij onder andere om de Karib-dam in Afrika, afgerond in 1959; de Oroville-dam in Californië, voltooid in 1968; en de Falls-dam, in Australië, die in 1987 werd afgerond. Bovendien zijn er in Indonesië, India, Armenië en Vietnam nationale plannen voor de rehabilitatie van dammen. "Het proces voor het creëren van 3D-modellen dat bij de Glen Canyon-dam voor het eerst werd toegepast, kan eigenaren en exploitanten van dammen in de hele wereld helpen hun faciliteiten beter te exploiteren en beheren met een blik op de toekomst", aldus Winslow.

Bij Glen Canyon en andere verouderde dammen – en dan hebben we het nog niet over verouderde elektriciteitscentrales, bruggen, havens en andere kritieke infrastructuur – vormen vastleggen van de werkelijkheid en 3D-modellen dynamische instrumenten om faciliteiten te visualiseren, hun toestand te monitoren en toekomstige prestaties te voorspellen. Het resultaat: beter, kosteneffectiever onderhoud waardoor de infrastructuur langer meegaat.

Een teamlid registreert de locatie van de Glen Canyon-dam met een lidar-apparaat. Foto beschikbaar gesteld door BOR/Autodesk.