海抜56メートルのサンフランシスコ橋を3Dスキャンし、橋の鋼板の完全なデータを収集

はじめに:サンフランシスコのリッチモンド・サンラファエル橋は 1950 年代に建設されました。数十年にわたる集中的な使用により、この橋は高温、海水、化学腐食などのさまざまな要因によりかなりの損耗を被っており、錆びた鋼板の一部を緊急に交換する必要があります。当該年度の施工図面は紛失しているため、鋼板の実測値を直接収集する必要がある。

橋が東と西を結び、自然の障壁を通路に変えた

1920年代初頭、カリフォルニア州政府はサンフランシスコの東湾と西湾を結ぶ海上橋を建設するという当初の構想を持っていました。橋の建設計画が提案されて以来、数え切れないほどの修正と延期が行われてきました。 1950 年代までは、第二次世界大戦後の人口増加と産業の繁栄により、サンフランシスコ湾岸地域の両側での交通需要は非常に高かった。東海岸のリッチモンドと西海岸のサンラファエルを結ぶ海上橋を建設する提案が最終決定された。

1953年3月に橋の建設が始まりました。 3年半の建設期間を経て、橋は1956年9月に正式に完成し、開通しました。それ以来、東西に橋が架けられ、サンフランシスコ湾岸地域の自然の障壁が大通りへと変貌しました。

統計によると、1956年に正式に開通して以来、毎日平均7万台以上の車両がこの橋を通過している。海水に含まれる水蒸気や塩分、湾岸地域の暑い気候、自動車から排出される排気ガスや振動など、さまざまな要因が橋に深刻な損耗や損傷を引き起こしています。橋の改修工事が間近に迫っています。

リッチモンド・サンラファエル橋の改修工事を請け負う会社として、Danny's Construction が選ばれました。当社は、鉄骨構造物および大型構造物の建設とメンテナンスを専門とする定評のあるサプライヤーです。 1950 年代の橋の建設図面が失われていたため、理想的な改修効果を実現するために、ダニーズ建設は橋の鋼板の正確な寸法を取得する新しい方法を見つけたいと考えていました。紆余曲折を経て、彼らはついにゴールド認定を受けた Artec 3D 再販業者である Indicate Technologies Inc. を見つけました。

「顧客は鋼板とその上のリベットの正確な位置を計測したいと考えている。鋼板1枚あたり250個以上のリベットがある」とインディケート・テクノロジーズのエンジニア、マルシオ・アダミ氏は語った。新しく製造された交換用鋼板が設置時に完璧にフィットすることを保証するには、収集された測定データが極めて正確である必要がありました。

△鋼板1枚あたり250個以上のリベットがあり、各リベットを正確に捉える必要がある
特殊な状況に対する唯一の解決策

鋼板測定計画を確定させる際には、以下の要素を考慮する必要がありました。第一に、作業位置は海抜56メートルの空中に吊り下げられていること、第二に、橋は車両の流れが一定で通常の交通状態を維持していること、もちろん湾岸地域の強い日差しと激しい風も問題であること、最後に、生態学的配慮があり、クジラの繁殖期には水辺での人間の活動が制限されることなどです。

つまり、オペレーターは安全ロープを使って橋の外側部分を素早く滑り降り、各鋼板の表面の詳細をすべて撮影する必要があります。

この特定の状況に対する解決策はすぐに明らかです。Artec Leo です。

Artec Leo はワイヤレスのハンドヘルド 3D スキャナーです。このデバイスは、オンボードのデータ処理機能、内蔵バッテリー、タッチスクリーンを備えており、完全なワイヤレス操作に電源コードやラップトップコンピューターは必要ありません。

ワイヤレススキャン装置は、海上にいるオペレーターの手間を大幅に軽減します。設置工事不要ですぐに使用でき、海上橋梁の特殊な作業条件にも適しています。最大 3,500 万ポイント/秒のデータキャプチャ速度により、データ収集を非常に短時間で完了でき、交通への影響を最小限に抑えます。 VCSEL 光源は強い光にも耐え、屋外の太陽光下でも正常に動作します。

「他に解決策はありません。Artec Leo はこのために設計されています。」

△海抜56メートルに位置しているため、スキャン作業は迅速かつ安全に完了する必要があります。 Artec Leo のワイヤレス操作とマーカーレスデータ追跡が重要な役割を果たしたと Adami 氏は言います。「当局から橋での作業許可を得た後、私たちには短い時間しかありませんでした。朝の 5:30 から 6:00 の間に到着し、スキャン作業の簡単な計画を立て、安全ロープとヘルメットを装着してスキャンを開始する必要がありました。朝の 9:30 から 10:30 に、オフィスに戻ってデータをエクスポートしました。」

スキャン時間が短く、スキャン作業量が多く、作業条件が特殊で、気象条件が変わりやすいことなどを考慮すると、プロジェクト全体には数か月かかりました。エンジニアはデータ収集のために現場を8回訪問し、最終的にすべての鋼板のスキャンを完了しました。作業の第一段階であるデータ収集は終了しました。

1日でデータの後処理

鋼板の完全な3次元データを収集した後、作業は第2段階であるデータ後処理に入りました。

「データを Artec Studio にインポートし、不要な部分を削除してデータを整列させ、グローバル登録を実行し、シャープフュージョンでメッシュデータを生成し、STL 形式でファイルをエクスポートしました。」

その後、エンジニアは STL ファイルを Geomagic DesignX ソフトウェアにインポートしてさらに処理し、PTS 形式でエクスポートしました。次に、SBU 描画用にファイルを Autodesk ソフトウェアにインポートします。場合によっては、後処理は 1 日で完了します。

実は、最大の難しさは「風、寒さ、そして太陽の光に対する恐怖を克服すること」です。

△あなたの下に波が押し寄せていると想像してください
時間とお金を大幅に節約

8ヵ月後、橋の鋼板はすべて交換され、設置は問題なく完了しました。控えめな見積もりによると、Artec Leo 3D スキャナーの使用により、プロジェクトチームは測定時間を 75% ～ 90% 節約できました。

高精度の測定データは、その後の鋼板製造の参考となり、手直し率を大幅に削減し、製造コストを削減します。

計画の次の段階では、交換された新しい鋼板を 3D スキャンし、将来の橋梁保守担当者が閲覧および参照できるようにデジタルアーカイブします。 0.1 mm の精度の測定は、数え切れない世代のエンジニア、建築家、検査官によって使用されます。

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