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El mundo al instante

Scan-to-BIM in the Pre-design Phase

3D Laser Scanning and Modelling of Existing Conditions

 
9866d602cdfdd9a880a780461d5af0ffb19ef782The high demand for energy-efficiency of buildings nowadays has triggered the need for gathering documentation on existing construction conditions. This information is then used to design buildings with high consideration to the site or to allow the renovation of old buildings that can no longer meet the requirements for energy performance or comfortable living. The documentation required for this type of situation is often outdated or missing, and to create an optimal design the existing conditions need to be registered and analysed using advanced technological methods, such as Building Information Modelling (BIM) and 3D laser scanning.

Effective planning, coordination and sharing of expert knowledge and relevant project information are essential to architects, engineers and contractors in any type of construction project and at any stage of the project life cycle. Sustainability and energy-efficiency, on the other hand, are demands that can no longer be met using traditional architectural design methodologies. Thus, BIM and 3D laser scanning together play an important role in the creation of reliable models of existing conditions for further development of projects; intelligent parametric building models that can be used to perform various types of simulations early in the design process and ensure compliance with energy demands and other regulations, and are a strong platform for communication with the rest of the project team.

Copenhagen Case

On the main shopping street in Copenhagen (Denmark) a construction site has been hidden behind plastic covers for about 10 years. At the location of the cemetery of the oldest church in Copenhagen, Saint Clements Church (built in 1192), in a building dating back to more than 400 years ago, the first Shawarma restaurant and the famous disco Absalon opened its doors. When this building was demolished in 2008 to make room for a new one, construction workers started digging into the basement of the former disco and came across hundreds of skeletons of children from the Middle Ages. This was followed by  archaeologists investigating the place and due to the financial crisis, no new construction processes have been initiated since.

Now, a new commercial building is to be built at the location of the former cemetery, while the existing construction will be renovated and converted into an office building by Zeso Architects – a renowned Danish architectural company. BIM, an intelligent model-based process, and 3D laser scanning were used to register the existing conditions, design the project faster, more economically and with less environmental impact.

Pre-design Stage

As a starting point in the pre-design stage, terrain, roads, building data and imagery were automatically generated using the Model Builder feature in Autodesk InfraWorks 360 (data sources: Terrain – USGS 10 and 30m DEMs from the National Elevation Dataset (NED) used for the United States, SRTMGL1 30m DEM used for latitudes between -60 and +60 degrees, ASTER GDEM v2 30m DEM used for latitudes between +60 and +83 degrees; Roads – OpenStreetMap’s Highway and Railway datasets; Buildings – OpenStreetMap Building data, Imagery – Satellite imagery from Microsoft Bing Maps). The data was then converted into .dwg format and linked into Autodesk Revit for the performance of shadow and solar radiation studies. As some of the generated data seemed outdated or was not accurate enough, the incorporation of 3D laser scanning was deemed necessary.

Thus, the existing building, the inner court yard (the former cemetery) and the surrounding streets were scanned to form a reliable basis for further development of the project. A FARO Focus 3D x330 laser scanner was used. This scanner has a range up to 330m, an accuracy of +/- 2mm and can measure up to 976,000 points/second. The scanner not only captures laser data, but also has an integrated colour camera with up to 70 million pixels and a positioning system comprising of a GPS, a compass, a height sensor and a dual axis compensator allowing immediate positioning of the scans.

As the specific applications of the point cloud data in a building project define the needed level of detail and time required to perform the actual 3D laser scanning, careful planning was necessary prior to scanning the objects of interest. With medium resolution of the images and medium quality settings (defining the intensity of averaging), well-planned scanning sequence and an overlap of at least 30-40% between the different scanning positions, both the indoor and outdoor environments were captured in approximately 10 hours providing data with very high relative accuracy. Results that no other registration method that we have used in the past achieved, including 360 degrees coloured pictures from each scanning position. Moreover, after post-processing the data, it was made available to the whole project team as a single point cloud file that could be opened and viewed in Autodesk ReCap or directly linked into Autodesk Revit. This, furthermore, eliminated the need for future visits to the site and thus generated both time and cost savings for the whole project team.

Post-processing

Post-processing of the point cloud files generated from the various scanning positions was done using Autodesk ReCap Pro. A copy of the original file was cleaned up from all unnecessary points and only the terrain points were left intact. This file was then linked in Autodesk InfraWorks 360 and accurate terrain data of the inner court yard was automatically generated from the point cloud data. This model was exported to .dwg format to create the design proposals and do the excavation planning. Furthermore, by linking the terrain and building data from Autodesk InfraWorks 360 and the point cloud from the laser scanner into Autodesk Revit a reliable basis for the modelling of the existing buildings and their surroundings was created.

Using FARO PointSense for Revit, accurate building levels were generated from the scans. This also allowed the walls surrounding the inner court yard and the existing buildings to be roughly modelled. The deviation of the modelled surfaces from the measured point cloud was then calculated and visualised with colours indicating the distance between the two. This ensured acceptable tolerances prior to the initiation of the design.

Using FARO PointSense for Revit a detailed model of the existing building’s façade elements was made so that the existing façade could be analysed to allow preservation and restoration of the ‘old’ view of the building.

Conclusion

The generation of reliable data of the current situation for the further development of the Copenhagen case seemed a challenging and time-consuming task prior to the incorporation of 3D laser scanning. Thanks to the advance of technology, this process turned out to be much faster, more seamless and transparent to the whole project team. BIM and 3D laser scanning were applied together as an integrated process and methodology that brought multiple benefits in the pre-design stage of the project by generating more reliable and precise data achieved more quickly than with any other method used before. What is more, these technologies will continue adding value in every aspect throughout the rest of the building’s life cycle and thus, they will generate time and cost savings and ensure high-quality and well-informed decisions.

Lunes 24 de Julio del 2017

Applanix, Waterloo U collaborate on autonomous vehicle tech

Applanix is collaborating on advanced research for autonomous vehicle guidance and control systems with the University of Waterloo Centre for Automotive Research (WatCAR) in Ontario, Canada. Applanix is a Trimble company.

Applanix will provide WatCAR with its positioning and orientation system for testing autonomous guidance and control systems in real-world conditions. Applanix will also provide the Trimble GNSS-inertial board set for integration with car systems and sensors to enable precise positioning.

The Applanix POS LV is a robust, reliable and repeatable positioning solution for on- and off-road vehicles. Applanix technology will be used by WatCAR to assess the performance of the guidance and control systems on board their autonomous vehicles.

The testing will take place in challenging weather conditions and environments including on roads under repair, with lane reductions and closures, are wet or covered in snow, and where there is poor visibility.

suv in anechoic chamber waterloo watcarAn SUV in an anechoic chamber at WatCAR.

Applanix will also provide WatCAR with Trimble on-board GNSS-inertial board set designed for high-performance, high-volume original equipment manufacturer applications. These products, currently used in a variety of autonomous vehicle programs, include the Trimble AP GNSS-inertial board set that includes a high-precision inertial measurement unit.

Small, rugged and low powered, the AP board sets provide the precise positioning needed for autonomous vehicle applications as they navigate their environment. Designed for use on all sizes and types of vehicles, the AP boards feature Trimble’s high-performance precision GNSS receivers and Applanix’ IN-Fusion GNSS-inertial integrated technology that produces uninterrupted position, roll, pitch and true heading measurements of moving platforms. Integrating easily with vehicle sensors, the AP board sets provide precise vehicle control when interacting with a constantly changing environment.

The relationship with WatCAR will aid in improving the core technologies that deliver high-end systems capabilities for a variety of Trimble markets.

The Waterloo Centre for Automotive Research in Canada conducts advanced research to further automotive innovation and competitiveness. From active safety to automated driving through lightweighting and advanced powertrains, 130 faculty researchers comprise the largest university-based automotive activity in the country. Leading-edge studies for industry partners around the world enhance vehicles, components and their materials with new approaches and integration of innovative technologies.

“We are excited to collaborate with the University of Waterloo and WatCAR on this leading research in autonomous vehicle technology,” said Louis Nastro, director of land products at Applanix. “Applanix has been committed to meeting the needs of autonomous vehicle manufacturers for more than a decade, as first demonstrated in the early days of the DARPA Grand Challenge. And today, we are also part of many autonomous vehicle programs deployed worldwide in commercial applications.”

“The Trimble AP products, first introduced in 2009, are designed for use in small, mass market vehicles where size, weight and cost factors are important,” Nastro said. “They have also been designed to easily integrate with the industry’s leading sensors, making them an ideal solution for autonomous vehicle navigation systems and sub-systems.”

“We welcome the opportunity to work with Applanix, a leader in reference systems. Their technology identifies, with very high accuracy, the exact location of our vehicle at all times,” said Ross McKenzie, managing director at WatCAR. “Applanix is a valued industry partner and their team is great to work with. Going forward we anticipate a solution that will enable autonomous vehicles to traverse the real world reliably and safely.”

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Lunes 24 de Julio del 2017

Confirmado el origen de la «extraña señal de radio» de la estrella Ross 128

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El pasado 12 de mayo, un equipo de científicos del Laboratorio de Habitabilidad Planetaria del Observatorio de Arecibo, en Puerto Rico, detectaba una "extraña señal de radio" procedente de la estrella Ross 128, a solo 11 años luz de distancia. El asunto despertó de inmediato un gran interés, tanto en la comunidad científica como entre el público en general. La falta de una explicación plausible, además, volvió a suscitar la gran pregunta: ¿Estaríamos por fin ante la primera y esperada señal de una civilización extraterrestre?

La respuesta es no. Nuevos datos del mismo equipo de investigadores han confirmado, en efecto, que la emisión detectada es una interferencia procedente de un satélite (humano) situado en una órbita muy alta. Desde el principio, tal y como ya informó ABC, los científicos habían avisado que la "hipótesis extraterrestre", aunque no descartada, ocupaba los últimos lugares de la lista de posibles explicaciones para la señal de radio.

Para los expertos, el verdadero misterio era no haber sido capaces de averiguar desde el principio si las ráfagas de radio se debían a una actividad estelar poco común, a las emisiones de otros objetos del fondo o, como ha sido el caso, a la interferencia de las comunicaciones por satélite. "Sin embargo -escribía en el pasado viernes Abel Méndez, astrobiólogo y director del Laboratorio de Habitabilidad Planetaria de la Universidad de Puerto Rico en Arecibo- mucha gente se interesó por nuestras señales como posibles pruebas de la transmisión de una civilización extraterrestre".

 

Las especulaciones, además, aumentaron cuando el equipo de Arecibo pidió ayuda a los expertos del Instituto SETI (organismo de la Universidad de California en Berkeley cuya misión es, precisamente, la de buscar signos de vida fuera de la Tierra), para que estudiaran la misteriosa señal. Algo que empujó al equipo de Arecibo a intensificar sus trabajos y emitir una conclusión sobre el origen de las emisiones.

"Tras un detallado análisis de las observaciones llevadas a cabo el pasado domingo desde el Observatorio de Arecibo -explica el propio Méndez-, junto a las del Allen Telescope Array y el Green Bank Telescope, del Instituto SETI, ahora estamos seguros de cuál es la fuente de la extraña señal. La mejor explicación es que se trata de transmisiones de uno o varios satélites geoestacionarios".

"Esto explica -prosigue el investigador- por qué las señales estaban dentro de las frecuencias usadas por los satélites y sólo aparecían alrededor de Ross 128: esta estrella está cerca del ecuador celeste, donde hay muchos satélites geoestacionarios".

En su escrito, Méndez publica también los resultados de una encuesta sobre el tema llevada a cabo en la web del Laboratorio de Habitabilidad Planetaria. En ella, se pedía al público que opinara sobre la fuente más probable para las señalas. Los participantes debían, además, aclarar si eran o no científicos versados en la materia.

"El propósito de esta encuesta -aclara Méndez- no fue en modo alguno tratar de resolver el misterio, sino involucrar al público en la emoción de la ciencia en tiempo real."

Una señal alienígena

En la encuesta se ofrecieron nueve posibles explicaciones: actividad estelar, otras fuentes astronómicas, un satélite, una interferencia local, un problema con los intrumentos, un error en la adquisición de datos, un error en el procesamiento o calibrado de los datos, un patrón de ruido, una señal alienígena y, en una décima posibilidad, otras posibles explicaciones.

"Cerca de 800 personas participaron en la encuesta -escribe Méndez- más de 60 de ellas astrónomos, y el consenso fue que la expliación más probable era una de las dos primeras de la lista. Las interferencias o los fallos instrumentales se consideraban mucho menos probables". Sin embargo, cerca de 200 de los participantes, cifra nada desdeñable, se decantó por la hipótesis extraterrestre.

"Los resultados -afirma el astrobiólogo- reflejan las altas expectativas que el público mantiene de ponerse en contacto con extraterrestres".

Un contacto, por cierto, que ni siquiera el científico se atreve a descartar: "Estadísticamente, la hipótesis extraterrestre es siempre la última consideración, no porque tales civilizaciones sean imposibles, los seres humanos son un ejemplo de ello, sino debido a que otras posibilidades se han podido comprobar con frecuencia, y además no se han detectado aún civilizaciones alienígenas. Sin embargo, los científicos tienen que estar abiertos a todas las posibilidades, y explorarlas".

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Lunes 24 de Julio del 2017

Descubren una anomalía gravitacional en la Tierra

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La física cuántica es una especie de país de las maravillas donde puede ocurrir lo más extraño posible, como que dos cosas contrarias sucedan al mismo tiempo. Es el caso del famoso gato de Schrödinger, que puede estar vivo o muerto a la vez. Ahora, un equipo internacional de físicos ha observado en laboratorio por primera vez uno de esos exóticos efectos teóricos de lafísica de partículas que hasta ahora se pensaba que solo ocurría en inmensos campos gravitacionales, cerca de un agujero negro, o en los inicios del Universo, justo después del Big Bang. El hallazgo podría ayudar a comprender los orígenes del Cosmos y mejorar el proceso de conversión de energía de los aparatos electrónicos.


El equipo, dirigido por el físico Johannes Gooth de IBM Research, cerca de Zúrich, Suiza, detectó evidencias de un efecto cuántico predicho desde hace tiempo llamado anomalía axial-gravitacional. Afirma que los enormes campos gravitacionales -que la relatividad general describe como el resultado de enormes masas que curvan el espacio-tiempo- deberían destruir la simetría de tipos particulares de partículas que normalmente vienen en parejas de espejo-imagen, creando más de una partícula y menos de otra.

Esta ruptura había sido previamente propuesta a partir de razonamientos puramente teóricos con métodos basados en la teoría de cuerdas. Sin embargo, se pensaba que solo se producía a altas temperaturas, de billones de grados, en un estado exótico de la materia llamado plasma de quarks y gluones, existente solo en las primeras etapas del universo en las profundidades del cosmos o en experimentos de colisión de iones pesados usando aceleradores de partículas. Pero para sorpresa de los autores, este descubrimiento implica que también existe en la Tierra, en sistemas del estado sólido de la física, en el que está basada gran parte de la industria de la informática, abarcando desde los pequeños transistores hasta los centros de procesamiento de datos.

 

Los investigadores utilizaron en el experimento cristales de fosfuro de niobio. «Esta anomalía es tan difícil de medir que incluso la evidencia indirecta es un gran avance», dice a la web de la revista Nature el miembro del equipo Adolf Grushin, de la Universidad de California en Berkeley.

Los guantes zurdos se cambian de mano

Dentro del cristal, el efecto es como si un cajón de pares de guantes estuviera de repente adquiriendo un exceso de guantes de la mano derecha porque algunos de los zurdos han cambiado de mano. El resultado, publicado en la revista Nature, refuerza una visión emergente de que los materiales cuánticos -los cristales cuyas propiedades están dominadas por efectos mecánico cuánticos - pueden actuar como bancos experimentales para efectos físicos que sólo podrían ser observados bajo circunstancias exóticas.

Las partículas afectadas por la anomalía se conocen como fermiones de Weyl, propuestos en los años 20 por el matemático Hermann Weyl. Estas partículas difieren de otras clases de fermiones (como el electrón) porque parecen no tener masa, y porque también tienen quiralidad, pueden ser «diestras» y «zurdas» al mismo tiempo.

«Por primera vez, hemos observado experimentalmente esta anomalía cuántica fundamental en la Tierra, lo que es extremadamente importante para nuestra comprensión del Universo», señala Gooth. «Ahora podemos construir nuevos dispositivos de estado sólido basados en esta anomalía para eludir algunos de los problemas inherentes a los dispositivos electrónicos clásicos, como los transistores».

Los nuevos cálculos, para los que se han utilizado en parte los métodos de la teoría de cuerdas, mostraron que esta anomalía gravitacional también es responsable de producir una corriente si el material se calienta al mismo tiempo que se aplica un campo magnético.

«Este es un descubrimiento increíblemente emocionante. Podemos concluir claramente que la misma ruptura de simetría se puede observar en cualquier sistema físico, ya sea que haya ocurrido en el comienzo del Universo o que esté sucediendo hoy, justo aquí en la Tierra», señala Karl Landsteiner, un teórico de cuerdas en el Instituto de Física Teórica UAM/CSIC y coautor del artículo.

Los científicos de IBM pronostican que este descubrimiento generará una fuerte demanda de nuevos desarrollos de aparatos, en particular para la conversión de energía, similar al entusiasmo generado cuando el silicio fue considerado por primera vez para la electrónica.

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Lunes 24 de Julio del 2017

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