Werfopvolging en as-built BIM met behulp van fotogrammetrie

As-design en as-built Building Information Models hebben de afgelopen jaren aan populariteit gewonnen in de bouwsector. Het aantal landen dat het gebruik van BIM modellen verplicht tijdens de bouwwerkzaamheden of bij de projectoplevering is de afgelopen jaren aanzienlijk toegenomen. Naast documentatiedoeleinden wordt gehoopt dat deze opgelegde vereiste ook een innovatieve impuls geeft aan de bouwsector die algemeen bekend staat als eerder conservatief. Zelfs vandaag, in een sterk gedigitaliseerde en geautomatiseerde wereld, verlopen de bouwwerkzaamheden, met in het bijzonder de werfopvolging door de werfleiders, voornamelijk manueel. In het continue streven naar winstmaximalisatie vormt dit feit een vreemde anomalie. Deze thesis stelt een reeks (semi-)geautomatiseerde methodes voor om de huidige werfopvolgingsaanpak te verbeteren. 
Het uitgevoerde onderzoek volgt een logische aanpak, analoog aan de huidige manuele monitoringanalyses, maar op een meer gedigitaliseerde en data-gedreven manier. De volgende bijdragen maken deel uit van dit onderzoek. 

Data-acquisitie
Beelden van bouwwerven vormen de belangrijkste input van elk van de ontwikkelde methodes. De informatie die ze bevatten kan echter pas sinds kort volledig worden benut. Factoren die hiertoe geleid hebben zijn de komst van digitale camera's die de bouwscène accuraat in beeld brengen, de beschikbaarheid van voldoende rekenkracht en de steeds performantere fotogrammetrie. Toch blijft het vastleggen van bouwomgevingen een uitdaging met vele obstakels. Deze thesis behandelt de camera's, de methodologie en de moeilijkheden om de bouwrealiteit accuraat op te nemen via beelden. De huidige opnameworkflows worden onderzocht en toegepast op de bouwsector om nauwkeurige, maar toch toegankelijke opnamesessies mogelijk te maken.

Data-verwerking
Alleen als de vastgelegde beelden correct gepositioneerd kunnen worden (ten opzichte van elkaar maar ook ten opzichte van andere datasets zoals het as-design BIM model), kan de beeldinformatie succesvol gebruikt worden in de data-gedreven werfopvolging. Voortbouwend op de traditionele fotogrammetrische aanpak wordt een state-of-the-art methode ontwikkeld die het mogelijk maakt de beelden te verwerken en te (geo-)refereren zonder dat het noodzakelijk is grondcontrolepunten aan te duiden, hetgeen bekend staat als een tijdrovende en foutgevoelige actie. Een van de belangrijkste conclusies is dat met de voorgestelde methode niet alleen kostbare tijd kan worden bespaard, maar ook dat de nauwkeurigheid van de werfdatasets toeneemt.

Data-analyse
Zodra de beelden fotogrammetrisch zijn verwerkt, kunnen ze worden gebruikt om werkelijkheid en ontwerp te vergelijken. De gedetecteerde discrepanties maken de update mogelijk van het as-design tot een as-built BIM-model. Voor deze analyses worden twee afzonderlijke methodes ontwikkeld. 
Een eerste baseert zich op de 3D-geometrie van de puntenwolk om alle bouwelementlocaties te bepalen. Door niet alleen rekening te houden met de optimale verschuiving van het beschouwde element zelf, maar ook met de dominante clustertransformatie van zijn naaste buren, kunnen afwijkingen correct bepaald worden vrijwel ongeacht georeferentie- of driftfouten. Hoewel dit succesvol bewezen wordt a.d.h.v. experimenten met synthetische data, zijn er nog optimalisaties vereist om het potentieel van de methode toe te passen op meer realistische bouwomgevingen. 
Ten tweede wordt een zuiver beeld-gebaseerde aanpak ontwikkeld die de locatie van bouwelementen evalueert door de opgenomen beelden van de realiteit te vergelijken met virtuele BIM-kopiebeelden, BIMages genaamd. Deze laatste worden gecreëerd op basis van de beeldparameters die gekend zijn door het voorafgaande fotogrammetrische proces. Net van het feit dat het realiteitsbeeld en de BIMage niet volledig overeenstemmen in het geval van verkeerd geplaatste elementen wordt gebruik gemaakt. Het BIM-element wordt met opzet verplaatst en door middel van similariteitsevaluaties van beide beelden wordt beoordeeld wat de optimale verplaatsing is, met andere woorden wat de afwijking van dat element is. Hoewel het potentieel van de methode aangetoond wordt door de uitstekende resultaten in de experimenten, zijn extra testen nodig in complexere bouwomgevingen.

Data-visualisatie
Terwijl experts in staat zijn om afwijkende deviatiepatronen op te sporen, is dit vaak niet het geval voor werfleiders die minder vertrouwd zijn met 3D remote sensing data en deviatie-analyses. Daarom bestaat de laatste stap uit het inzichtelijk overbrengen van de resultaten via duidelijke visualisaties of zelfs via Virtual Reality. De ontwikkelde proof of concept-toepassingen maken de tijdige visualisatie van de opgenomen data en de analyseresultaten mogelijk in een industrie waar ontwikkelingen elkaar snel opvolgen en tijdige foutdetecties cruciaal zijn om de alomtegenwoordige faalkosten te verlagen.