Pistepilvipohjainen FEM-malli

Abstract

Työssä esitellään pistepilven muokkaamista rakennesuunnittelun tarpeisiin. Alkumuokkauksista käsitellään pistepilven harventamista, pilkkomista, yhdistämistä ja jakamista soveltuviin leikkaustasoihin. Nämä muokkaustavat havaittiin olevan oleellisia saatettaessa pistepilvi hyödynnettävään muotoon rakennesuunnittelun kannalta. Muokattua aineistoa jalostetaan edelleen rakenne-laskentamallin tarpeita varten. Lähtötiedon jalostusasteen tarve on määritettävä tehtäväkohtaisesti. Työssä löydettiin jatkokehitysmahdollisuuksia pistepilven hyödyntämisen tehostamiseksi.

Aiheen aluetta kehitetään tällä hetkellä paljon. Ohjelmistokehittäjät pyrkivät tuomaan markkinoille yhä automaattisempia ohjelmistoja pistepilven hyödyntämiseen. Korjaus- ja muutosrakentamisen liiketoiminnallinen potentiaali kasvaa vihreän siirtymän ajamana. Rakennusten käyttöikää on syytä pyrkiä nostamaan uudisrakentamisen sijaan rakentamisen hiilijalanjäljen pienentämisiksi.

Rakennesuunnittelun kannalta olennaiset mittatiedot, rakenteiden sijainnit ja asemat, voidaan kartoittaa nykyaikaisesti pistepilviaineiston avulla. Pistepilvi tehdään yleensä laserkeilauksen tai fotogrammetrian keinoin. Usein olemassa oleva rakennus saattaa olla ainoa lähtötietolähde korjaus- ja muutosrakentamisen suunnittelutehtävässä.

Pistepilvi on joukko pisteitä, joilla on sijaintitieto x-, y- ja z-koordinaatistossa. Pisteet ovat kartoitettavan kappaleen näkyvän pinnan pisteitä. Pisteet sisältä-vät sijaintitiedon lisäksi pisteen värin ja heijastuksen intensiteetin nykyaikaisilla välineillä kartoitettaessa. Pistepilveä voidaan hyödyntää mittatietona rakennesuunnittelun tehtävissä. Tarkka ja luotettava mittatieto on laadukkaan rakennesuunnittelun lähtökohtia.

Tässä opinnäytetyössä tutkittiin pistepilveä rakennesuunnittelun FEM-laskentamallinnuksen lähtötietona. FEM-malli perustuu elementtimenetelmään (Finite Element Method). Elementtimenetelmässä rakenneosa tai -järjestelmä jaetaan elementteihin, joiden käyttäytymistä tutkitaan kuormitettaessa. Tavoitteena ratkaista muodonmuutoksia, siirtymiä ja jännityksiä rakenne-analyysiä varten. Pyrkimyksenä työssä oli löytää soveltuvia keinoja pistepilven hyödyntämiseksi rakennelaskennassa. Tarkasteltavana rakennelaskentamallintamisen ohjelmistona työssä oli Dlubal RFEM 5.25.

Editing a point cloud for the needs of structural design was presented in the work. The initial edits were dealt with reducing point data and dividing the point cloud. These editing methods were found to be essential for bringing the point cloud into a usable form in terms of structural design. The edited material was further refined for the needs of the structural calculation model. Further development opportunities were found to enhance the utilization of the point cloud.

The subject area is currently being developed a lot. Software developers are trying to bring to the market more automatic software for utilizing the point cloud. The business potential of repair and alteration construction is growing, driven by the green transition. It is necessary to try to increase the service life of buildings instead of demolishing old buildings for new construction in order to reduce the carbon footprint of construction industry.

In repair and alteration construction, the existing building serves as an important source of information. In terms of structural design, the essential measurement data, the positioning of the structures, can be mapped in a modern way with the help of point cloud data. The point cloud is usually made by laser scanning or by photogrammetry. Often, the existing building may be the only starting data source in the planning task of repair and alteration construction.

A point cloud is a set of points with location information in x-, y-, and z-coordinates. The points on the visible surface of the object to be mapped. The point cloud forms the surface of the piece. Point cloud data can be used as measurement data in structural designing tasks. Accurate and reliable measurement data are the starting points for high-quality structural design.

In this thesis, the point cloud was studied as the initial data for the structural analysis, more precisely the FEM modeling (Finite Element Method). In the finite element method structures are divided into elements whose behavior is studied under loading. The goal is to solve deformations, displacements and stresses for structural analysis. The aim of the work was to find suitable ways to utilize the point cloud in structural calculation. Dlubal RFEM 5.25 was used as the software for FEM-model in the work.