“過去的30-40年間,通過衛星遙感、高清影像,以及當下廣泛使用的無人機掃描技術,我們生活的室外環境已經實現了充分的數字化。正因如此,我們可以提供位置服務,知道自己的位置在哪里,也可以很方便地導航到目的地。隨之衍生了更多相關產業與商業機會,像快遞、外賣、共享單車、共享汽車,以及自動駕駛、人形機器人等更高端的產業。”
如果順著從業者的感受與觀察,可以發現,隨著互聯網、無線通信移動定位以及GIS技術的不斷發展,室外地理空間絕大部分已經被數字化,而且在數字化基礎上打造的諸多應用,如快遞、導航、網約車、自動駕駛等等,整體商業價值已超過1000億美元。
與之相對應的是,礙于更復雜的室內環境所帶來的無線信號覆蓋、精準測量、環境感知、地圖更新等難點,室內空間的數字化程度尚不足1%。
而事實上,絕大比重的GDP是在室內空間產生的。
“全世界與建筑相關的室內空間面積可達4000億平方米,資產價值超過220萬億美元。”NavVis全球首席營收官Finn Boysen在10月16日NavVis MLX移動激光掃描系統的新品發布會上如是說道。
工具與技術支撐:“孿生空間“與碳中和
關于數字孿生、建筑信息模型(BIM)等技術的市場價值,近兩年一直存在爭議。
泰伯網在去年獲悉,針對數字孿生是否已經過時,不斷有從業者在相關平臺發問:“想請問數字孿生智慧城市這種類型項目還能持續幾年,感覺今年的熱度(包括項目數量)已經下降了好多?”
從呈現的效果上看,有觀點稱,現階段做的很多數字孿生項目還停留在看(可視化),并沒有完全替代二維應用;有很多地方本想把業務系統、基層系統等都體現出來,但已交付的項目成果似乎無法滿足這一訴求。究其原因,不少業內人士認為數字孿生、數字工廠、建筑數字化等項目之所以難以落實或推進,缺少有效的工具和技術將物理世界高效的數字化,打造數字底座,并持續進行更新是當下較大的困境之一。
眾所周知,工廠產線或建筑樓宇的面積通常占地數萬甚至數十萬平方米,若采用傳統的現實捕獲(Reality Capture)技術,僅將這些空間進行初始數字化所需的時間已達數月甚至數年。而真正有價值的數字孿生系統,還需要持續對這一數字底座進行更新。不管從單純的數據獲取時間層面,還是數字孿生系統對數據提出的高精度與完整性的進一步要求,傳統技術都無法滿足產業訴求。
上述困境也是造成室內空間數字化率遠遠低于室外空間的主要原因之一,同時也極大限制了數以百萬億美元的商業價值的實現。然而“孿生空間“的實現,不僅僅關乎商業價值,還對達成碳中和目標有深遠影響。
以建筑行業為例,因總量規模較大,長期以來,全球建筑行業碳排放約占碳排放總量的40%,被視作“雙碳”目標能否實現的關鍵行業之一。
怎樣以更有效、更經濟、更環保的方式優化以上指標,已然成為各個國家面臨的普遍問題。
早在2021年,國務院印發的《2030年前碳達峰行動方案》指出,加快更新建筑節能、市政基礎設施等標準,提高節能降碳要求。
中國工程院院士凌文也認為,“基于BIM集成全生命周期數據,做全施工期碳足跡的計算,對建筑業碳達峰、碳中和十分重要。”
今年黨的二十屆三中全會更加明確,“要健全因地制宜發展新質生產力體制機制,以國家標準提升引領傳統產業優化升級,支持企業用數智技術、綠色技術改造提升傳統產業”。
在數字化與碳中和的雙重目標之下,近兩年陸續實施的城市更新行動,通過維護、整建、拆除、完善公共資源等方式,對城市空間資源重新調整配置。本著實現城市更新的可持續發展的原則,從老舊街區到傳統工廠,從居民住宅到公共建筑,通過改造物理空間,借助數字化(即高效、又能提供高質量數據)的技術來提高生產力,有效減少二氧化碳排放,已經迫不及待。
在數字化工廠、數字化建筑等項目落地還較少的現狀下,業內有理由認為,影響其大規模落地的重要原因歸根結底還是效率問題,即數據生產的效率和數據訪問的效率偏低。在NavVis大中華區總裁李自明看來,如今,在進行現實捕捉和打造數字孿生系統的過程中,亟待克服的難點在于:一方面,如何高效率地采集和輸出高質量的三維空間數據,同時確保數據質量和精度能夠滿足業務應用需求,即如何高效地生產數據;另一方面,如何基于算力設施,更加便捷、有效地訪問和管理海量的三維空間數據,即如何高效地訪問三維空間數據。
基于上述困境和現狀,現實捕捉和數字孿生解決方案提供商NavVis推出的基于即時定位與制圖技術(SLAM, Simultaneous Localization And Mapping)的三維移動激光掃描解決方案,以及基于瀏覽器的輕量化三維空間數據管理平臺,可以有效應對這一挑戰。依托NavVis先進的現實捕獲技術,建設領先的數字建筑、數字工廠工程的時間大大縮短,從而有效支持政府和企業充分數字化技術達到碳中和目標。
跨越萬里,數字化測量之路
如果從時間上追溯,數字化測量始于20世紀七八十年代。
“那時候出現的數字化全站儀,測量自動化程度大大提高,但測量效率還非常低,一次只能在一個位置上測量幾個點的空間位置。”李自明回憶道。在他看來,2000年左右出現的架站式激光掃描儀,效率已經非常高了,通過軟件的自動化,在一個測量位置上每秒可以捕獲上百萬個測量點,直到2015年前后,SLAM技術被應用到數字化測量系統中,可以實現在移動的過程中捕獲數百萬個測量點,真正開啟了大規模數字化測量的時代。
NavVis的成立,恰好站在了數字化測量發展與迭代的節點。
2013年,慕尼黑工業大學一個博士生的研發團隊,專注于研究移動掃描相關的SLAM算法,后在算法成熟之后單獨剝離并成立一個獨立的公司,也就是最初的NavVis。
受益于計算機軟件算法的發展,以及先進的人工智能和高智能的機器人技術,NavVis在數字化測量的方向上一往無前。
“從2013年到現在,公司經過了大概11年的發展,從最初僅有4位創始人的初創公司,成長至如今在全球范圍內擁有400多位員工,融資金額超過1億歐元,全球客戶數量超過700個的全球化企業。”
而NavVis與中國市場也有著深厚的淵源。
在成立后的第二年(2015年),NavVis便進入了中國市場,并很快于2018年在中國成立了獨資公司。
一家成立于德國慕尼黑的企業,為什么在成立不久便進入中國市場?
Finn Boysen向泰伯網表示,“那個時候,中國有很多的客戶對我們的產品特別感興趣。實際上,第一批購買我們初期移動激光掃描產品的客戶很多是中國的客戶。”
李自明坦言,正是中國客戶早期的使用經驗為NavVis后續的產品性能優化和提升提供了巨大的幫助。因此,公司成立不久就派駐員工在中國拓展業務和提供技術支持服務,直到2018年左右,源于中國業務量的高速增長,公司也做出了在中國建立獨資企業的決定。
不論是在成立早期推出推車式移動激光掃描設備,到2020年開始推出第一代可穿戴式的設備NavVis VLX1,還是2021年推出第二代的可穿戴的產品NavVis VLX2/SE,以及2023年發布第三代可穿戴式移動掃描產品NavVis VLX3,NavVis始終堅信,數字測量的發展終會轉向移動式的測量,而移動式的掃描測量才是數字化測量的未來。
今年,在NavVis進入中國的第九個年頭,公司發布了NavVis LX系列的最新成員手持三維激光掃描系統NavVis MLX。相比于NavVis LX系列之前的產品,NavVis MLX在僅有一臺激光雷達傳感器的條件下實現了數據精度達到5mm。
誠然,目前已有很多國內外企業推出手持式移動激光掃描產品。但在李自明看來,NavVis的優勢主要在數據精度、人體工程學設計和點云賦色,同時還可以提供基于瀏覽器的輕量化三維空間數據訪問和管理平臺NavVis IVION。
數據精度方面,以業內公認的精度最高的三維激光掃描設備架站式激光掃描儀(TLS, Terrestrial Laser Sanner)的精度為對標,NavVis的移動激光掃描設備,已經完全可以做到與架站式掃描儀同樣水平的精度。
人體工程學設計方面,針對專業級客戶掃描任務非常繁重的實際情況,與其為了減重而犧牲最終的數據質量,NavVis另辟蹊徑對掃描設備的作業方式進行了重新設計,將關注的重點放在了兼具靈活性和便攜性的核心需求上。比如,NavVis的手持三維激光掃描儀在長時間掃描的時候可以安全的掛在身上,當需要在狹窄或者結構復雜的區域進行機動掃描時,又可以從身上快速取下,進行手持掃描。
點云賦色方面,NavVis以為決策者們和應用場景提供可靠且逼真的掃描數據為初心,提供高質量的圖像和360°全景照片。譬如,NavVis MLX利用32線的激光雷達傳感器捕捉3D數據,安裝在設備頂端的四個攝像頭可拍攝到高分辨率的270º圖像(將設備戴在身上拍攝)和360º 圖像(將設備舉過頭頂拍攝)。
重構室內空間價值,拓展應用場景
如今,測繪行業、住建行業、汽車行業、石油化工行業等各個領域均在不斷嘗試數字化、智能化的轉型工作,面對時間緊、任務重的數字化建設,若有一款產品可以助力上述行業的演進,完善數據獲取與整合難等問題,大部分企業勢必會欣然接受。
在NavVis官網,筆者看到了如下客戶評價:
“我們在采集數據上節省了75%的時間,得到的點云經過處理后可用于模型比對或生成高精度模型。”“你可以采集到完整的數據,而且還會有額外的數據在工程范圍發生變化時可以利用。這能為我節省時間,也可以為你節省金錢。”“每個人都在努力招聘激光掃描專業人員,但缺乏人手。此類便捷易用的工具不需要專業的技術能力,很快就可以上手使用,并輸出高質量的數據,可以為我們大幅提高效率。”
泰伯網獲悉,NavVis在全球主要專注在兩大領域,即三維激光掃描和數字孿生工廠。而在中國市場,可以進一步細化為四大領域:第一個是傳統的測繪行業,包括室內、室外的測繪應用;第二個是建筑工程行業(AEC, Architecture, Engineering and Construction),特別是與BIM相關的應用;第三個是生產制造行業的數字化應用;第四個是其他與數字孿生相關的泛測繪領域。
目前,全世界每天都有200萬至300萬平方米的室內外空間通過NavVis的移動激光掃描系統實現數字化,相當于每天數字化10座世界第一高樓——迪拜哈利法塔,而且這一數量還在呈“指數級增長”。
如果說,隨著采集效率不斷提高,NavVis VLX把采集工作的高效率帶到了大范圍空間的掃描,而NavVis MLX則將這一高效率帶到了狹窄空間。
李自明表示,手持三維激光掃描設備比穿戴式的設備在產品尺寸上更小巧,公司對新品NavVis MLX的期待,是拓展到更多領域之中。“通常建筑領域以及石油石化領域的現場環境比較復雜,有很多狹窄的空間,一般需要一些相對比較小的設備,才能去有效地進行掃描。另外,它的價格也比以往的大型穿戴式設備優惠更多,更具競爭力。”
需要說明的是,得益于SLAM算法的穩定性提升,以及核心傳感器和機載電腦算力的提高,小體積的NavVis MLX依舊能夠維持掃描定位的穩定性,更好地適用室內外環境。
談及該領域未來的發展趨勢,NavVis全球首席營收官Finn Boysen表示,除了移動激光掃描技術會逐漸取代傳統架站式激光掃描技術之外,這類產品會變得更加小巧,價格也會不斷下降,從而會有更多的用戶有機會使用移動三維激光掃描技術。另外,人工智能、云計算也將在海量三維空間數據處理與管理方面發揮重要作用,一些先進的功能特色如三維空間物體識別與分類等等,均有機會很快實現。
在云計算技術的采用方面,NavVis的海外用戶有90%以上均采用了云端的數據處理和管理方案。但是在中國,據泰伯網了解,目前NavVis還沒有推廣云解決方案。不過當下,公司已經在積極推進與本地云服務商的密切溝通,以期盡快地把云解決方案落地中國。“中國市場目前的挑戰主要在于,各行業對于數字化的實際應用還在探索當中,同時仍需要一定時間去理解和接受云計算技術在三維空間數據領域的應用空間。”
李自明向泰伯網表示,“長期來看,我們認為云計算技術在這一領域會變得越來越重要,能夠有效支撐三維激光掃描廠商滿足不斷增加和變化的客戶業務需求,我們將加大力度投入市場教育,讓更多的客戶了解云計算的概念和優勢,早日獲得基于云技術進行海量三維空間數據處理和管理的優勢。”