Come gestire una nuvola di punti: l’esempio del Tribunale di Milano

Laser scanner per il rilievo del Palazzo di Giustizia di Milano

La restituzione tramite un modello tridimensionale che rappresenta un edificio di pregio e/o grandi dimensioni è un esempio perfetto per affrontare il tema dello Scan2BIM e della gestione di una nuvola di punti.

Nello specifico vogliamo analizzare le complessità legate alla produzione e alla lavorazione della nuvola di punti tramite cui siamo arrivati alla modellazione BIM del Palazzo di Giustizia di Milano, affidata a noi e ad alcuni partner tramite bando dell’Agenzia del Demanio.

Strumenti per lo Scan2BIM: due laser scanner diversi per il rilievo

Per produrre il modello 3D del Palazzo di Giustizia di Milano abbiamo proceduto al rilievo di esterni ed interni con strumentazione laser scanner, così da ottenere una nuvola di punti tridimensionale utilizzabile come base per la successiva modellazione degli elementi architettonici presenti nell’edificio.

Nello specifico abbiamo deciso di procedere con due differenti laser scanner:

• Laser scanner GeoSLAM ZEB Horizon, ovvero un laser scanner mobile per il rilievo degli spazi interni
• Leica RTC360 o Faro Focus, ovvero un laser scanner terrestre a stazione fissa, per il rilievo di esterni, vani scala ed elementi di pregio (dettagli, bassorilievi).

Abbiamo fatto questa scelta per raggiungere due obiettivi fondamentali:

• ridurre le tempistiche di rilievo
• ottenere il livello di dettaglio richiesto dal capitolato tecnico prestazionale (LOD).

Laser scanner a stazione fissa per il rilievo dei dettagli esterni

Per ottenere una nuvola di punti dettagliata con precisione inferiore al centimetro abbiamo rilevato gli esterni dell’edificio e i vani scala utilizzando più laser scanner a stazione fissa in contemporanea.

Anche questa scelta è dovuta a motivi ben precisi:

• la necessità di rilevare in modo puntuale alcuni elementi architettonici esterni (frontone su accessi, bassorilievi su cortili interni ecc.) per la successiva fase di restituzione
• ottenere una nuvola di punti “base” su cui rototraslare le successive scansioni, per cui è stato importante rilevare anche i vani scala.

Laser scanner mobile per il rilievo degli interni

Per quanto riguarda il rilievo degli interni dell’edificio abbiamo utilizzato il laser scanner mobile che si basa sulla tecnologia SLAM (Simultaneous Localization And Mapping) ed è in grado di orientarsi sui punti raccolti durante la scansione stessa.

Questa tecnologia permette di velocizzare moltissimo i tempi di rilievo (ricordiamo che il Palazzo di Giustizia si estende per circa 168.000 mq), in quanto non necessita di un’elevata percentuale di punti sovrapposti tra le scansioni ma solo di una serie di target di riferimento al fine di collegare le diverse parti.

La riduzione delle tempistiche influisce sul numero di punti raccolti all’interno della nuvola, ovvero del livello di dettaglio della stessa. Nel caso di questo edificio, però, la minore risoluzione non comporta un problema ai fini della realizzazione del modello BIM, essendo l’output di rilievo sufficientemente completo per la restituzione architettonica al livello di dettaglio richiesto.

Conoscere bene l’edificio che si vuole rilevare e il risultato finale che si vuole ottenere è importante per la scelta degli strumenti in modo da ottimizzare i tempi del rilievo e dell’intero progetto.

Nuvola di punti: come gestirla per ottenere un rilievo dettagliato

Due sono le principali caratteristiche che definiscono una nuvola di punti: la risoluzione, ovvero il livello di dettaglio, e la precisione.

La nuvola di punti è composta da differenti scansioni collegate tra loro, indipendentemente dallo strumento utilizzato. La qualità di questo collegamento influisce sulla correttezza del risultato finale.

Raccogliere dati di scansione con strumenti mobili permette di ridurre il numero di scansioni e, di conseguenza, di ridurre la possibilità di errori nella restituzione della nuvola. Si avrà una risoluzione minore ma, come dicevamo prima, non sempre è richiesta una risoluzione elevata (come in questo tipo di restituzione).

Per avere un’idea della differenza tra l’uso di una stazione fissa e una mobile pensiamo, ad esempio, a come rilevare il corridoio con le stanze che vi si affacciano.

Con gli strumenti a stazione fissa serve una scansione per ogni stanza, mentre quelli mobili sono in grado di rilevare fino a 2000 mq di superficie a scansione. Dunque, il numero totale di scansioni, e gli eventuali errori, si riducono tantissimo.

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Per l’elaborazione delle scansioni ottenute dal rilievo è importante fare attenzione alla potenza computazionale disponibile.

A fronte di tempi fissi più o meno standard per la fase di importazione, la dimensione delle differenti scansioni influisce sulla performance dell’hardware utilizzato: maggiore è la dimensione (ovvero la risoluzione) di una scansione, più difficile sarà la sua gestione in fase di rifinitura e collegamento.

Dunque la scelta corretta dello strumento permette di ridurre tempi e difficoltà della gestione delle scansioni che andranno a comporre il modello BIM tridimensionale.

Nuvola di punti: la restituzione in BIM per costruire il modello 3D

Una volta conclusa la campagna di rilievo si elaborano le nuvole di punti prodotte.

Dopo una prima fase di importazione delle differenti scansioni, facciamo la rototraslazione sulla base del riferimento scelto (nel caso specifico in riferimento alle facciate esterne dell’edificio e/o ai vani scala presenti). Poi le colleghiamo tra loro al fine di ottenere un unico elaborato.

Questa fase di post-editing richiede circa 3-4 ore di lavoro a seguito di una giornata di rilievo. Come output si ottiene una nuvola finita, ovvero pronta per essere utilizzata come riferimento.

La fase successiva è la discretizzazione della nuvola, ovvero la riduzione del numero di punti presenti per ogni voxel (pixel spaziale) così da ridurre le dimensioni complessive dell’oggetto e gestirlo più agilmente nelle fasi successive.

Occorre però prestare attenzione in questa fase, perché la riduzione del numero di punti all’interno della nuvola significa una diminuzione del contenuto informativo che la stessa può fornire.

Bisognerà trovare un giusto equilibrio tra la pulitura e la leggibilità dell’oggetto finito, in modo da poter usare la nuvola come riferimento per la fase di restituzione.

Scan2BIM: per ottenere modelli 3D dettagliati in tempi brevi

La scelta di impostare il rilievo del Palazzo di Giustizia di Milano utilizzando due tipologie di laser scanner ha ridotto i tempi in modo sensibile. Abbiamo suddiviso il rilievo dell’intero edificio in circa 20-25 giorni, di cui:

• 5 giorni dedicati al rilievo delle facciate esterne dell’edificio, insieme ai cortili interni
• 15-20 giorni per rilevare l’interno. Si è trattato di circa 3000 mq rilevati ogni giorno, escludendo eventuali recuperi puntuali di particolari zone dell’edificio.

Dunque, come abbiamo visto nell’articolo – scritto dal nostro Ing. Filippo Magnani – l’esempio di Milano conferma che la scelta della tecnologia giusta e il sapere come utilizzarla può dare vantaggi in termini di:

• riduzione del tempo dell’intero progetto
• minimizzazione degli errori
• ottimizzazione dei risultati e della loro presentazione.

Proprio per questi motivi utilizziamo la tecnologia Scan2BIM – laser scanner e BIM – ai fini di aiutare P.A. e amministratori di condominio a realizzare i loro progetti di efficientamento energetico.