Các công cụ công nghệ cao đặt nền móng cho tương lai của đập Glen Canyon

Đập Glen Canyon của Arizona cung cấp nước và năng lượng duy trì sự sống cho miền Tây Hoa Kỳ. Nhưng sau nửa thế kỷ phục vụ, những biến động về thời gian và lưu lượng nước do thời tiết khắc nghiệt gây ra, đã khiến con đập phải gánh chịu hậu quả nghiêm trọng. Chụp thực tế và lập mô hình 3D đang giúp Cục Khai hoang đánh giá tình trạng của con đập và bảo vệ nó cho các thế hệ sau. Trong quá trình này, cơ quan chính phủ Hoa Kỳ đang cho thấy công nghệ mới có thể giúp bảo tồn cơ sở hạ tầng quan trọng trên toàn thế giới như thế nào.

Đưa nước và năng lượng về phía Tây

Quốc hội Hoa Kỳ thành lập Cục Khai hoang vào năm 1902 với mục tiêu “khai hoang” những vùng đất khô cằn cho con người sử dụng thông qua hệ thống tưới tiêu. Cơ quan này hiện duy trì 492 đập ở 17 bang miền Tây và cung cấp 10 nghìn tỷ gallon nước cho hơn 31 triệu người mỗi năm. Đây là nhà sản xuất thủy điện tái tạo lớn thứ hai trên toàn quốc, tạo ra 40 tỷ kilowatt giờ điện hàng năm.

Ngày nay, hơn một thế kỷ sau khi thành lập, sứ mệnh của cơ quan đang phát triển. Ngoài việc duy trì các cộng đồng ở miền Tây Hoa Kỳ, mục tiêu của cơ quan là giành lại tài sản của chính mình khỏi sự tàn phá của thời gian. David Winslow, giám đốc CAD và kỹ sư dân dụng tại Cục Khai hoang ở Thành phố Salt Lake, Utah cho biết: “Những cơ sở này rất quan trọng đối với quốc gia. Và chúng tôi được giao nhiệm vụ quản lý một thứ sẽ tồn tại hàng trăm năm trong tương lai. Dù thời gian không ngừng trôi qua, những cấu trúc này sẽ vẫn ở đó. Nhưng chúng phải được vận hành và bảo dưỡng đúng cách ”.

David Winslow (phải) trong nhà máy điện Glen Canyon Dam. Ảnh do BOR cung cấpDavid Winslow (phải) trong nhà máy điện Glen Canyon Dam. Ảnh do BOR cung cấp

Bảo trì cơ sở hạ tầng: một thách thức toàn cầu

Đập Glen Canyon vào những năm 1960. Ảnh do Cục Khai hoang cung cấp.Đập Glen Canyon vào những năm 1960. Ảnh do Cục Khai hoang cung cấp.

Đập Glen Canyon được hoàn thành vào năm 1963, trong bối cảnh bùng nổ xây dựng đập trên toàn thế giới diễn ra từ những năm 1950 đến những năm 1970. Khoảng một nghìn đập mỗi năm đã được hoàn thành trong thời kỳ đó — bao gồm đập cao Aswan trên sông Nile của Ai Cập, đập Kurobe ở Nhật Bản, đập Idukki ở Ấn Độ, đập Ilha Solteira ở Brazil và đập Contra ở Thụy Sĩ - để cung cấp điện, nước và kiểm soát lũ lụt cho các khu vực trên toàn cầu.

Trong thời đại đó, không có CAD để giúp tạo ra những dự án cơ sở hạ tầng khổng lồ này. Hẻm núi Glen, một trong những đập bê tông lớn nhất thế giới, “được xây dựng với các quy tắc trượt và bảng lượng giác,” Winslow nói. "Tất cả các bản vẽ được tạo ra bằng tay trên các bảng soạn thảo." Chỉ với những kế hoạch và bản thiết kế trên giấy để dựa vào, Reclamation đã có cái nhìn sâu sắc hạn chế về tác động của quá trình bào mòn, thời tiết và những thay đổi khắc nghiệt của lưu lượng nước đối với tình trạng của con đập.

Vấn đề này không chỉ xảy ra với hẻm núi Glen Canyon: Trong số hơn 58.000 đập lớn trên thế giới, hơn một nửa trong số đó đã hoạt động ít nhất 50 năm, theo Ngân hàng Thế giới. Nhu cầu tìm kiếm các công cụ tốt hơn để duy trì và phục hồi đập rõ ràng là một thách thức toàn cầu.

Các công cụ công nghệ mới để chẩn đoán một đập bị hư hại

Reclamation đã tham khảo ý kiến của Autodesk để chọn ra các công cụ và kỹ thuật tốt nhất nhằm tạo ra một mô hình kỹ thuật số 3D chi tiết của cấu trúc: Đập Glen Canyon “ảo”. Dữ liệu ba chiều cung cấp chiều sâu và bối cảnh ngoài những gì tài liệu giấy 2D của văn phòng có thể cung cấp. Và dữ liệu kỹ thuật số rất động: Nó không bị đóng băng theo thời gian như một bản thiết kế cũ. Các mô hình kỹ thuật số có thể được cập nhật, các kịch bản mới có thể được mô phỏng và các thay đổi có thể được đo lường so với tập dữ liệu ban đầu trong nhiều thế kỷ tới.

Mô hình 3D sẽ cung cấp cho Reclamation một loạt các khả năng mới để giúp quản lý và duy trì đập Glen Canyon. Nó sẽ giúp việc tìm kiếm, chẩn đoán và sửa chữa các hư hỏng hiện tại trở nên dễ dàng hơn — đồng thời dự đoán và ngăn ngừa các hư hỏng trong tương lai. Nhưng làm thế nào để bạn tạo một mô hình máy tính cho một cấu trúc được xây dựng trước CAD? Câu trả lời là nắm bắt thực tế.

Winslow (trái) quan sát dự án bằng máy quét laser để chụp 3DWinslow (trái) quan sát dự án bằng máy quét laser để chụp 3D

“Chúng tôi cần phải thoát khỏi việc quản lý cơ sở này với hàng nghìn bản vẽ 2D. Những gì chúng tôi thực sự cần cho hẻm núi Glen là một mô hình 3D toàn diện về con đập, các bức tường trong hẻm núi, khu vực hồ chứa ở thượng nguồn con đập, hạ lưu sông và nhà máy điện — từ trong ra ngoài.”—David Winslow, giám đốc CAD và dân sự kỹ sư, Cục Khai hoang

Thu thập dữ liệu lớn từ một công trường lớn

Chụp thực tế liên quan đến việc thu thập dữ liệu về một đối tượng — hình ảnh và các phép đo về kích thước, hình dạng và vị trí — và biên dịch nó thành một mô hình máy tính. Reclamation, sử dụng nguồn tài trợ từ chương trình Khoa học và Công nghệ, ký hợp đồng với Autodesk để thu thập dữ liệu cần thiết và tạo ra các mô hình 3D trong khi nhân viên Reclamation quan sát các quy trình và quy trình. Vào tháng 8 năm 2016, Reclamation và Autodesk bắt đầu thu thập dữ liệu cho con đập, sử dụng máy quét dựa trên tia laser (được gọi là lidar), sonar và máy ảnh để ghi lại địa điểm.

Nhóm Autodesk đã quét và chụp ảnh con đập và môi trường xung quanh nó, một công việc lớn kéo dài cả tuần trong 12 giờ mỗi ngày. Các thành viên trong nhóm đã chụp lại các hình ảnh và đo đạc bên trong và bên ngoài của nhà máy thủy điện, mặt hạ lưu và thượng lưu của đập, đỉnh đập, cảnh quan xung quanh và thậm chí cả một phần trung tâm của du khách. Họ đã thu thập 700 bản quét lidar và hàng nghìn bức ảnh và video, được chụp từ đất, nước và không khí bằng cách sử dụng một kho công cụ tiên tiến.

Hình ảnh chụp lại một khung cảnh kỳ vĩ tại đập GlenHình ảnh chụp lại một khung cảnh kỳ vĩ tại đập Glen

Máy quét 3D đang làm việcMáy quét 3D đang làm việc

Chuyển đổi dữ liệu thành các mô hình kỹ thuật số

Các ảnh quét ở hẻm núi Glen Canyon đã ghi lại hình ảnh tuyệt đẹp và hàng triệu điểm dữ liệu trong các đám mây điểm 3D chân thực, phong phú. Các mô hình ảnh được tạo ra từ ảnh của nhóm bằng cách ghép các ảnh chồng lên nhau trong một quy trình được gọi là phép đo ảnh. Để tập hợp tất cả dữ liệu thô này lại với nhau, nhóm đã sử dụng ReCap Pro để biên dịch một đám mây điểm lớn hơn, toàn diện hơn.

 

Sau khi nhập đám mây điểm vào Revit, nhóm đã xây dựng một mô hình kỹ thuật 3D được lấp đầy với các thành phần riêng lẻ của đập, từ kết cấu thép đến máy phát thủy điện. Mô hình này kết hợp giữa cũ và mới, lập bản đồ các bản vẽ 2D cũ với dữ liệu đám mây điểm nâng cao, vì vậy người dùng có thể hiểu không chỉ các mảnh và bộ phận của đập mà còn cả cách chúng khớp với nhau như một hệ thống.

Trong giai đoạn cuối cùng của dự án, nhóm sẽ nhập mô hình kỹ thuật vào InfraWorks và thêm các luồng dữ liệu thời gian thực về hiệu suất của đập — chẳng hạn như lượng nước được thải ra và lượng điện đang được tạo ra. Kết quả sẽ là một biểu diễn ảo của con đập để giúp các nhà khai thác xác định các rủi ro cần phải giải quyết và các cơ hội có thể được khai thác.

Dự báo tương lai

Mô hình 3D, dựa trên hàng triệu điểm dữ liệu, cung cấp hình ảnh trực quan chính xác về đập và môi trường xung quanh.Mô hình 3D, dựa trên hàng triệu điểm dữ liệu, cung cấp hình ảnh trực quan chính xác về đập và môi trường xung quanh.

Việc khai hoang sẽ sử dụng mô hình 3D chuyển động của đập Glen Canyon làm công cụ cho các nhà điều hành và nhân viên ở mọi cấp độ kỹ năng. Winslow nói: “Đây sẽ là một mô hình đa chức năng. Nó cũng cung cấp những cách mới để giáo dục công chúng. Ví dụ: bằng cách chia sẻ video hướng dẫn về đập ảo, đặc biệt là ở những khu vực mà du khách không thể đi an toàn. Cơ quan có kế hoạch tạo các mô hình 3D tương tự cho các nội dung khác của mình, có thể bao gồm đập Nevada’s Hoover và đập Grand Coulee ở Washington.

Mô hình là một công cụ quan trọng để chuẩn bị cho những bất ổn đang chờ đợi phía trước. Winslow nói: “Năm này qua năm khác, lưu lượng nước và thời tiết thay đổi, chúng tôi không biết chính xác mình sẽ thu được gì về dòng chảy vào hồ chứa,” Winslow nói. “Chúng tôi đang cố gắng hiểu cách chúng tôi có thể cung cấp nước tốt nhất cho tương lai của quốc gia — không chỉ trong phần còn lại của thế kỷ này, mà còn trong quá khứ”. Ông nói tiếp, mô hình 3D chuyển động là “một công cụ có thể được sử dụng bởi nhiều lĩnh vực khác nhau để giúp chúng tôi quản lý cơ sở vật chất tốt hơn trong những năm qua”.

Các công cụ công nghệ có tác động toàn cầu

Ngày nay, các nhà điều hành đập trên toàn cầu cần chuẩn bị cho một tương lai không chắc chắn. Các sáng kiến đang được tiến hành để phục hồi các đập cổ điển tương tự như hẻm núi Glen. Trong số đó có đập Kariba của Châu Phi, hoàn thành năm 1959; đập California’s Oroville, hoàn thành năm 1968; và đập Thác Burdekin của Úc, hoàn thành vào năm 1987; cùng với các chương trình quốc gia nâng cấp các đập ở Indonesia, Ấn Độ, Armenia và Việt Nam. Winslow nói, quy trình tạo mô hình 3D đi tiên phong tại Đập Glen Canyon, có thể giúp các chủ sở hữu và nhà điều hành đập trên toàn thế giới thực hiện tốt hơn công việc vận hành và quản lý các cơ sở của họ trong tương lai.

Một thành viên trong nhóm chụp địa điểm Đập Glen Canyon rộng lớn bằng thiết bị lidar. Ảnh do BOR / Autodesk cung cấp.
Một thành viên trong nhóm chụp địa điểm Đập Glen Canyon rộng lớn bằng thiết bị lidar. Ảnh do BOR / Autodesk cung cấp.

Tại hẻm núi Glen và các đập cũ khác - chưa kể đến các nhà máy điện cũ, cầu, cảng và các cơ sở hạ tầng quan trọng khác - chụp thực tế và mô hình kỹ thuật số 3D là những công cụ năng động giúp hình dung các cơ sở, theo dõi tình trạng của chúng và dự đoán hiệu suất trong tương lai. Kết quả là: bảo trì tốt hơn, tiết kiệm chi phí hơn giúp cơ sở hạ tầng tồn tại lâu hơn.

Nguồn: Autodesk

Các sản phẩm liên quan


Architecture, Engineering & Construction Collection

Architecture, Engineering & Construction Collection

Bộ sưu tập các phần mềm phục vụ thiết kế kiến trúc, kỹ thuật và xây dựng với các công nghệ tiên tiến bật nhất.

Xem chi tiết

Revit

Revit

Phần mềm Revit® là phần mềm được thiết kế dành cho BIM (Building Information Modeling) bao gồm các tính năng thiết kế kiến trúc, MEP, kỹ thuật kết cấu và xây dựng.

Xem chi tiết

4.5 bởi 11278 người xem
Gửi yêu cầu ngay hôm nay! 0912-699-592