ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ DIPLOMOVÁ PRÁCE

Transkript

1 ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ DIPLOMOVÁ PRÁCE PRAHA 2012 Bc. Eva Mertová

2 ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ OBOR GEODÉZIE A KARTOGRAFIE DIPLOMOVÁ PRÁCE ZPRACOVÁNÍ MĚŘENÝCH GEODETICKÝCH DAT Z POŽÁRNÍ ZKOUŠKY VE VESELÍ NAD LUŽNICÍ Vedoucí práce: Ing. Tomáš Křemen, Ph.D. Katedra speciální geodézie květen 2012 Bc. Eva Mertová

3

4 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem tuto diplomovou práci na téma Zpracování zaměřených geodetických dat z požární zkoušky ve Veselí nad Lužnicí vypracovala samostatně. Použitou literaturu a podkladové materiály uvádím v seznamu použité literatury. Mertová Eva V Praze dne

5 PODĚKOVÁNÍ Chtěla bych poděkovat vedoucímu práce Ing. Tomášovi Křemenovi, Ph.D. za cenné rady a skvělé vedení při zpracování této diplomové práce. Dále bych chtěla poděkovat Ing. Bronislavu Koskovi, Ph.D. za pomoc při zpracování os sloupů a Ing. Václavovi Smítkovi za hodnotné rady při zpracování nosníků.

6 ABSTRAKT Tato diplomová práce se zabývá zpracováním geodetických dat ze zaměření experimentálního objektu z požárních zkoušek ve Veselí nad Lužnicí. Experimentální objekt simuloval dvoupodlažní administrativní budovu. Pro sledování změn konstrukce objektu byla zvolena metoda laserového skenování. Byl použit přístroj Leica HDS Objekt byl zaměřen dvěma způsoby, dynamickou a statickou metodou. KLÍČOVÁ SLOVA Požární zkouška, prostorový požár, putující požár, skenovací systém HDS 3000, totální stanice TOPCON GPT 7501, Cyclone, Geomagic, mračna bodů, registrace mračen bodů, Deviation Analysis, Veselí nad Lužnicí. ABSTRACT This diploma thesis is interested int processing geodetic data from the measurement of experimental object from fire tests in Veselí nad Lužnicí. Experimental object simulated a two floor office building. To monitor changes of object after fire tests was used laser scanning method. To measurement was used scanning system HDS The building was measured in two ways, dynamic and static method. KEYWORDS Fire test, spatial fire, traveling fire, 3D laser scanner HDS 3000, total station TOPCON GPT 7501, Cyclone, Geomagic, point clouds, registration of point clouds, Deviation Analysis, Veselí nad Lužnicí.

7 OBSAH 1 Úvod Základní pojmy v laserovém skenování Zkouška a popis objektu Popis objektu Poloha objektu Nosná konstrukce Opláštění Mechanické zatížení objektu Protipožární ochrana První požární zkouška Požární zatížení Druhá požární zkouška Požární zatížení Mechanické zatížení Použité přístroje TOPCON GPT Laserový skenovací systém HDS Zaměření objektu statickou metodou Zaměření odrazných terčíků a vlícovacích bodů totální stanicí TOPCON GPT Zaměření objektu skenovacím systémem HDS Zpracování naměřených dat statickou metodou Výpočet vlícovacích bodů Program Cyclone Registrace mračen bodů Čistění a export mračen bodů Zpracování a vyhodnocení jednotlivých částí objektu Vnější opláštění a stěny v interiéru Import mračen bodů Výběr odlehlých bodů Tvorba trojúhelníkové sítě Oprava normál Vyplnění otvorů Deviation Analysis Nosníky Vyhlazení trojúhelníkové sítě Tvorba ploch Příčný posun Vertikální posun Tvorba linií Převod linie na body Transformace souřadnic... 35

8 Graf s vertikálními posuny Sloupy Spatfig Grafy posunů v osách X a Y Strop Tvorba referenční plochy nahrazující etapu Deviation Analysis Zaměření objektu dynamickou metodou Zpracování naměřených dat dynamickou metodou Program Cyclone Program Geomagic Referenční trojúhelníková síť Další úpravy Deviation Analysis Microsoft Office PowerPoint Další měření Určení hodnot Min. Nominal a Max. Nominal Teoretický způsob Empirický způsob Výsledky Statická metoda První požární zkouška Druhá požární zkouška Dynamická metoda Závěr Seznam použité literatury Knižní zdroje Internetové zdroje Ostatní zdroje Seznam obrázků Seznam tabulek Seznam tištěných příloh Seznam digitálních příloh...54

9 1 Úvod Hlavním cílem požárních zkoušek na experimentálním objektu bylo prověřit bezpečnost prvků protipožární konstrukce. Tyto experimenty jsou velmi důležité, protože umožňují posuzovat, zda teoretické modely budov odpovídají realitě. Zkoušky chování budov při požárech jsou velmi finančně náročné, a proto se konají maximálně dvě zkoušky ročně na celém světě. Novým impulsem k provedení zkoušek se staly teroristické útoky z 11. září Tehdy se po zřícení budov Světového centra číslo 1 a 2 zřítila i budova číslo 7, do které nenarazila letadla, a okolní budovy zůstaly stát. Analýzy později ukázaly, že příčina pádu budovy číslo 7 spočívala v porušení přípojů nosníků po sedmihodinovém požáru, který putoval budovou. Česká republika se aktivně zapojila do řešení dané problematiky. Taková zkouška proběhla v České republice v roce 2008 v Mokrsku. V roce 2011 se tento experiment uskutečnil ve Veselí nad Lužnicí. Objekt simulující dvoupodlažní administrativní budovu byl navržen tak, aby odolal požáru po dobu více než jednu hodinu. V horním patře byl proveden experiment s putujícím požárem, který se stal fenoménem po 11. září V dolním patře byl proveden experiment s prostorovým požárem a sledovalo se jeho působení na celou konstrukci. Během požárních zkoušek panují extrémní podmínky. Proto je nutné klást vysoké nároky na přístroje a měřické metody, které těmto podmínkám odolají a zároveň poskytnou dostatečně kvalitní výsledky. Jednou z měřických metod je laserové skenování. Laserové skenování patří mezi metody pořizující prostorová data. Výhodou laserového skenování je zisk dat ve velké hustotě přesností za krátkou dobu. Tato metoda byla použita pro získání stavu před a po požárních zkouškách statická metoda. Dále byla použita pro zachycení změn během druhé požární zkoušky v intervalu po pěti minutách. Cílem této práce bylo zpracování změřených dat získaných hlavně metodou laserového skenování. 2 Základní pojmy v laserovém skenování 3D laserový skenovací systém systém umožňující převést vybraný reálný objekt do podoby počítačového virtuálního modelu CAD. Tento systém se skládá z 3D laserového skeneru, software pro řízení a zpracování, příslušenství; 3D laserový skener zařízení, které je schopno po nastavení parametrů skenování automaticky provést 3D skenování; 3D laserové skenování proces, při kterém laserový skener určuje prostorové souřadnice bodů a ukládá je do paměti; parametry skenování velikost a poloha skenovaného pole a hustota skenování; 9

10 mračno bodů soubor zaměřených bodů v 3D. Použitá literatura: [1] 3 Zkouška a popis objektu 3.1 Popis objektu Poloha objektu Dvoupodlažní objekt představoval část administrativní budovy o rozměrech 10,4 m x 13,4 m a výšce 9 m. Stěna se dvěma otevřenými okny je orientována k východu. Objekt byl umístěn v areálu společnosti PAVUS, a.s. ve Veselí nad Lužnicí na pozemku p.č. 3442/5. GPS souřadnice objektu jsou N , E Nosná konstrukce Obr. 3.1 Poloha objektu [5] Nosná konstrukce byla navržena na užitné zatížení 3 kn/m 2, zatížení podlaham 0,5 kn/m 2 a zatížení přemístitelnými příčkami 0,5 kn/m 2. Vlastní tíha stropní konstrukce měla charakteristickou hodnotu 2,51 kn/m 2. Spřažené ocelobetonové stropní desky byly tvořeny trapézovými plechy Cofraplus 60 (výška 60 mm) a betonem třídy C30/37 s nadbetonávkou výšky 60 mm u spodní desky a 50 mm u horní desky. V desce nad spodním podlažím byla použita výztuž kari sítí 5/100/100 mm s pevností 420 N/mm 2. Deska byla spřažena s ocelovými nosníky spřahovacími trny. Deska nad horním podlažím byla vyztužena rozptýlenou výztuží 30 kg/m 3 s drátky průměru 1 mm a délky 60 mm s průměrnou pevností v tahu 1450 N/mm 2. Tato deska byla spřažena s nosníky nastřelenými kotvami Hilty X-HVB. Střední nosníky pod stropními deskami byly profilu IPE 270, krajní nosníky profilu IPE

11 Nosníky byly uloženy na sloupy z ocelových uzavřených profilů TR 245/8 vyplněných betonem C30/37 a sloupy z otevřených profilů HEB 200. Vodorovná tuhost budovy byla zajištěna dvěma příhradovými ztužidly v každém směru. Na ocelové prvky byla použita ocel S355. Obr. 3.2 Půdorys konstrukce [5] Obr. 3.3 Vztyčená nosná konstrukce [5] 11

12 3.1.3 Opláštění Obr. 3.4 Instalace stropních desek [5] Opláštění kolem spodního patra bylo založeno na systému Rockprofil Cassette s izolací Rockwool Airrock ND, která spolu s Rockprofilem redukuje tepelné mosty. Exteriér byl ukotven pomocí speciálních distančních prvků SFS intec. Kolem horního patra bylo použito klasické a jednoduché opláštění, které využívá lineární rošty K120/600/0,75 mm a minerální vlnu Rockwool 120 mm o tíze 40 kg/m 3 a trapézové plechy TR 35/207/0,63 mm Mechanické zatížení objektu Obr. 3.5 Instalace opláštění [5] Mechanické zatížení budovy bylo navrženo tak, aby odpovídalo běžné administrativní budově. Vlastní tíha konstrukce byla 2,35 kn/m 2. Další mechanické zatížení se nacházelo 12

13 nad testovanými stropními deskami a bylo napodobeno pytli naplněnými recyklovaným betonem. Váha každého pytle byla přibližně 1000 kg. Proměnné zatížení o hodnotě 3,0 kn/m 2 mělo odpovídat požární situaci. Tíha podlahové konstrukce byla uvažována hodnotou 0,5 kn/m 2, stejná tíha byla uvažována i pro tíhu příček Protipožární ochrana Nosná ocelová konstrukce byla částečně chráněna sprejem PROMASPRAY F250. Použitá ochrana byla směsí minerálních vláken a cementového pojiva. Ve druhém patře, kde proběhla první požární zkouška, byly přípoje dvou vnitřních nosníků na rozpětí 9 m, příhradová ztužidla a sloupky opláštění chráněny vrstvou spreje o tloušťce 20 mm. V dolním patře, kde proběhla druhá požární zkouška, byly přípoje krátkých nosníků s rozpětím 3 m, ztužidla, sloupky opláštění, rohové sloupy a všechny krajní nosníky chráněny vrstvou spreje o tloušťce 60 mm. 3.2 První požární zkouška Obr. 3.6 Aplikace požární ochrany [5] První požární zkouška proběhla dne 6. září Hlavním cílem zkoušky v horním patře bylo sledování přenosu tepla v ocelové konstrukci během požáru (putující požár) Požární zatížení Požární zatížení v horním podlaží bylo umístěno na plochu 24 m 2. Zatížení tvořilo 24 hranic z dřevěných latí. Hranice byly naskládány těsně vedle sebe ve třech řadách po osmi. Každá hranice byla sestavena z šesti vrstev po sedmi latích, celkově čtyřicet dva latí. Latě byly ze smrkového dřeva o rozměrech 50 x 50 x 100 mm o vlhkosti 12 %. Přívod vzduchu zajišťoval okenní otvor o rozměrech 2 x 5 m s parapetem 1,2 m. K rovnoměrnému zapálení hranic sloužil tenkostěnný U profil vyplněný minerální vatou napuštěnou petrolejem 13

14 umístěný u jižní fasády objektu. Požár se poté v interiéru šířil od jižní k severní straně požárního úseku. Maximální teplota byla 979 C v 26. minutě. 3.3 Druhá požární zkouška Obr. 3.7 Znázornění polohy dřevených hranic a šíření požáru [5] Druhá požární zkouška proběhla dne 15. září Hlavním cílem zkoušky bylo sledování přenosu tepla v ocelové konstrukci, mechanické chování přípojů a vliv teploty na chráněné a nechráněné části ocelové konstrukce Požární zatížení V prostoru požárního úseku bylo pravidelně rozmístěno 28 hranic dřeva. Každá hranice byla sestavena z jedenácti vrstev po deseti latích. Stejně jako u první zkoušky byly latě ze smrkového dřeva, které mělo vlhkost 12 %. Hranice byly zapáleny současně pomocí kanálků naplněných minerální vatou napuštěnou petrolejem. Přívod vzduchu zajišťoval okenní otvor o rozměrech 2 x 5 m s parapetem 1,2 m. 14

15 3.3.2 Mechanické zatížení Obr. 3.8 Znázornění polohy dřevěných hranic [5] Mechanické zatížení bylo simulováno pytli s kamenivem. Použité zatížení odpovídalo užitnému zatížení při požáru. Pytle byly na stropní konstrukci nad spodním podlažím pravidelně uspořádány 8 x 6. Pro snadnější manipulaci byly umístěny na dřevěné palety. Hmotnost jednoho pytle bez palet činila 550 kg. Použitá literatura: [4], [5], [9], [10]. Obr. 3.9 Znázornění polohy palet a vaků s kamenivem [5] 15

16 4 Použité přístroje Pro zaměření pozorovaného objektu byly použity dva přístroje, totální stanice TOPCON GPT 7501 a laserový skenovací systém HDS TOPCON GPT 7501 Totálních stanice GPT-7500 je vybavena bez hranolovou technologií, vestavěným operačním systémem WINDOWS CE. Tato totální stanice může bez hranolově měřit až do vzdálenosti 2000 m, na jeden hranol pak až 3000 m. I při měření dlouhých vzdáleností je udržována přesnost zaostřeného paprsku. Technické parametry totální stanice jsou uvedeny v tabulce viz. Tab Tab. 4.1 Parametry totální stanice TOPCON GPT 7501 [11] Měření Dalekohled délek úhlů na hranol bez hranolu zvětšení 30 x zorné pole 1 30' min. zaostření osvětlení nit. kříže mini hranol 1,30 m ano 1000 m 1 hranol 3000 m přesnost min. čtení doba měření dosah přesnost velikost laser. paprsku ± (2 mm + 2 ppm) jemný 0,2 mm hrubý 1 mm tracking 10 mm jemný 1,2 sec hrubý 0,5 sec tracking 0,3 sec 1,5 ~ 250 m / 5 ~ 2000 m ± 5 mm / ± 10 mm 2 x 4 cm / 100 m třída laseru 1 přesnost min. čtení 1'' (0,3 mgon) 0,5'' (0,1 mgon) 16

17 Obr. 4.1 Totální stanice TOPCON GPT 7501 [11] 4.2 Laserový skenovací systém HDS 3000 Laserový skener HDS 3000 od firmy Leica je jedním z produktů řady HDS (High Definition Surveying). HDS 3000 je skenovací systém, který pracuje na základě prostorové polární metodě, viz. Obr U této metody je pro určení bodu P potřeba znát délku průvodiče ρ (měřená délka) a úhly φ, θ. Úhly jsou získávány z polohy zrcadel navádějící laserový svazek. Délky jsou získávány laserovým dálkoměrem skeneru synchronizovaně s polohou zrcadel [6]. Obr. 4.2 Prostorová polární metoda [2] Zorné pole je panoramatické. Dosah měření je 134 m při odrazivosti 18%. Pulzní laser zelené barvy je zařazen do bezpečnostní třídy 3R podle IEC Polohová 17

18 přesnost skeneru je 6 mm / 50 m. Skener je doplněn digitální kamerou s automatickým pokrytím mračna bodů v přirozených barvách. Technické parametry skeneru HDS 3000 jsou uvedeny v Tab 4.2. Tab. 4.2 Technické parametry skenovacího systému HDS 3000 [3] Rozměry přístroje 265 mm x 370 mm x 510 mm Hmotnost 16 kg Dosah 1 m m (odrazivost 18%) Zorné pole 360 horizontálně, 270 vertikálně Bezpečnostní třída laseru 3R (IEC ) Polohová přesnost bodu 6 mm Přesnost v měření horizontálního úhlu 0,06 mrad Přesnost v měření vertikálního úhlu 0,06 mrad Přesnost v měření délky 4 mm Rychlost až 4000 bodů za 1 sekundu Maximální počet bodů ( x 5000) Operační teplota 0 C až 40 C Obslužný software Cyclone 1,4 GHz Pentium M Minimální požadavky na hardware 512 MB SDRAM Windows XP/2000 Obr. 4.3 Skenovací systém HDS 3000 [12] Obr. 4.4 Zorné pole HDS 3000 [14] 18

19 Skenovací systém HDS 3000 obsahuje také notebook se softwarem Cyclone TM, který ovládá celý skenovací proces a umožňuje snadné zpracování dat v databázích. Software Cyclone TM je rozdělen do tří modulů: Cyclone-SCAN řídí skenovací proces, tj. umožňuje zadat konkrétní výřez ke skenování, určit hustotu skenování, provést vlastní skenování, zaměřit HDS terče pro spojení a umístění mračen do souřadnicového systému; Cyclone-REGISTER slouží pro spojení mračen bodů pořízených z různých stanovisek a umístění do souřadnicového systému pomocí vlícovacích bodů; Cyclone-MODEL umožňuje zpracování mračen bodů do 3D objektů, tvorbu trojúhelníkové sítě a export do CAD a jiných aplikací. Další součástí systému HDS 3000 jsou magnetické terče, které byly použity pro signalizaci vlícovacích bodů. Použitá literatura: [1], [2], [3], [6]. Obr. 4.5 Vlícovací terče [1] 5 Zaměření objektu statickou metodou Měřických prací jsem se nezúčastnila, proto mi byla data poskytnuta vedoucím diplomové práce Ing. Tomášem Křemenem, Ph.D. Je však nutné postup prací popsat pro nastínění celkové práce. Měření objektu probíhalo dvěma způsoby. První způsob byla statická metoda, kdy zaměření objektu probíhalo vždy před nebo po požárních zkouškách. Jak už bylo zmíněno, zaměření probíhalo před a po požárních zkouškách. Jednotlivá zaměření byla proto rozdělena do čtyř etap. Postup v jednotlivých etapách: Etapa 0 před první požární zkouškou instalace odrazných štítků a vlícovacích bodů na okolní objekty (během požárů nebudou zničeny a budou sloužit po celou dobu pozorování objektu), instalace vlícovacích bodů na pozorovaném objektu, zaměření všech vlícovacích bodů totální stanicí TOPCON GPT 7501, skenování objektu (celého exteriéru a interiéru objektu); 19

20 Etapa 1 po první požární zkoušce instalace vlícovacích bodů na pozorovaném objektu, zaměření všech vlícovacích bodů totální stanicí TOPCON GPT 7501, skenování objektu (interiér horního patra objektu a strop); Etapa 2 před druhou požární zkouškou instalace vlícovacích bodů na pozorovaném objektu, zaměření všech vlícovacích bodů totální stanicí TOPCON GPT 7501, skenování objektu (celý exteriér a interiér dolního patra objektu); Etapa 3 po druhé požární zkoušce skenování objektu (celý exteriér a část interiéru dolního patra objektu). 5.1 Zaměření odrazných terčíků a vlícovacích bodů totální stanicí TOPCON GPT 7501 Odrazné štítky, které později sloužily k určení souřadnicové soustavy, a vlícovací body instalované na okolních objektech, byly rozmístěny tak, aby byly vidět z jednotlivých stanovisek a nebyly ohroženy požárními zkouškami. Další vlícovací body instalované na pozorovaném objektu byly pouze dočasné. V jednotlivých etapách tyto body sloužily k vytvoření celkových mračen. Body byly zaměřeny totální stanicí TOPCON GPT 7501 v jedné skupině. Měření se zapisovalo do zápisníků viz. Příloha č. 1. Byla celkem čtyři stanoviska (v každé etapě jedno) a nebyla stabilizována. V Tab. 5.1 je uvedeno číslování a počet bodů v jednotlivých etapách. Tab. 5.1 Číslování měřených bodů v jednotlivých etapách Odrazné Vlícovací body stabilizované Etapa Stanoviska štítky trvale dočasně modré 1-4 ST1 T1, T2, T3, T4 S1, S2, S3, S4 černo-bílé modré 8-11 ST2 T1, T2, T4 - černo-bílé modré ST3 T1, T2, T4 - černo-bílé modré 24, 26, 28, 31 2 ST4 T1, T2, T3, T4 S1, S2, S3, S4 černo-bílé 25, 27, 29, 30 20

21 5.2 Zaměření objektu skenovacím systémem HDS 3000 Po rozmístění a zaměření vlícovacích bodů začalo laserové skenování objektu. V jednotlivých etapách probíhalo skenování stejným způsobem. Stanoviska byla zvolena tak, aby z nich bylo možno naskenovat co nejvíce částí objektu. Postup měření na stanoviscích byl takový: vytvoření databáze Pozar_Veseli.imp; inicializace a propojení skeneru s počítačem pomocí programu Cyclone; nastavení hustoty skenování; nastavení skenované oblasti; skenování oblasti; skenování s velkou hustotou v místech, kde se nacházely vlícovací body (používá se pro určení středu vlícovacích bodů). Skenované části objektu se v jednotlivých etapách lišily: Etapa 0 - interiér stěny, nosníky a sloupy v 1.NP a 2.NP, - exteriér vnější opláštění 1.NP a 2.NP; Hlavním cílem v Etapě 0 bylo důkladné naskenování původního stavu objektu. Etapa 1 - interiér stěny, nosníky a sloup v 2.NP, - exteriér střecha; V Etapě 1 proběhlo naskenování změn v interiéru v 2.NP po první požární zkoušce. Etapa 2 - interiér stěny, nosníky a sloup v 1.NP, - exteriér vnější opláštění 1.NP a 2.NP; V etapě 2 byl zjišťován stav objektu před druhou požární zkouškou. Etapa 3 - interiér tři stěny, nosníky a sloup v 1.NP, - exteriér vnější opláštění 1.NP a 2.NP; V etapě 3 bylo naskenováno opláštění na obou patrech objektu. Skenování interiéru v 1.NP nebylo provedeno uvnitř objektu z důvodu bezpečnosti. Skener byl umístěn vedle objektu u okenního otvoru. Skenování interiéru v 2.NP již nebylo možné. 21

22 Schéma rozmístění stanovisek a vlícovacích bodů v jednotlivých etapách je na obrázcích Obr. 6.1 až Obr Zpracování naměřených dat statickou metodou Pro zpracování naměřených dat bylo nutné použít několik programů: Gama-local msvc; Leica Cyclone 5.6; Geomagic Studio 12; Microsoft Office Excel 2007 Groma8 MicroStation V8. V dalších podkapitolách bude popsáno zpracování celkových dat a poté zpracování jednotlivých částí objektu. 6.1 Výpočet vlícovacích bodů Dále bylo nutné vypočítat souřadnice vlícovacích bodů. Nejvhodnější metoda pro výpočet byla vyrovnání volné sítě. Z tohoto důvodu byl zvolen program Gama-local msvc. Tento program, jehož hlavním autorem je Prof. Ing. Aleš Čepek, CSc., je volně dostupný pod GNU GPL. Program umí vypočítat přibližné souřadnice sám, je nutné zadat pouze dva body v souřadnicích. Výsledkem výpočtu MNČ jsou vyrovnané souřadnice, vyrovnaná měřená data a kovarianční matice vyrovnaných souřadnic. Orientace os místní souřadnicové soustavy byla zvolena matematická (osa X k východu, osa Y k severu), protože stejnou orientaci používá skener a usnadní se tak další práce. Celkem bylo vyrovnáno 43 bodů, z toho dva body byly opěrné T3 a T4. Síť obsahovala 158 pozorování, z toho jich 29 bylo nadbytečných. Konfidenční pravděpodobnost byla 95%. V Tab. 6.1 jsou uvedeny parametry vyrovnání volné sítě. 22

23 Tab. 6.1 Parametry vyrovnání sm. odch. Parametry přesnosti apriorní 4 š. délky 2 mm směru 10 mgon zen. úhlu 10 mgon Souřadnice opěrných bodů BOD x [m] y [m] z [m] T3 48, T počet vyr. bodů 43 počet Počet pozorování směrů 53 zen. úhlu 53 š. délek 52 celkem 158 rovnic oprav 158 neznámých 133 nadbytečných 29 defekt sítě 4 sm. odch. aposteriorní 4,10 poměr apost./aprior. 1,025 Vstupní a výstupní soubor, souřadnice a jejich směrodatné odchylky jsou v Příloze č Program Cyclone 5.6 Program Cyclone 5.6 společnosti Leica Geosystem je jeden z programů pro zpracování 3D mračen bodů. Umožňuje práci v databázích. Program je rozdělen do dvou částí. První část obsahuje strukturu databází, ve druhé části probíhá samotné zpracování 3D mračen bodů Registrace mračen bodů Naskenovaná mračna bodů byla v místní souřadnicové soustavě dané skenerem, proto bylo nutné provést jejich registraci do stejné souřadnicové soustavy, v jaké jsou určeny vlícovací body. Registrace byla provedena pomocí vlícovacích bodů pro každou etapu zvlášť. Výstupní protokoly registrace z jednotlivých etap jsou v Příloze č. 3. V Tab. 6.2 jsou uvedeny podrobnosti registrací z jednotlivých etap. Tab. 6.2 Podrobnosti o registracích Etapa 0 Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3 počet stanovisek počet vlícovacích bodů průměrná chyba 1,4 mm 1,8 mm 1,1 mm 1,0 mm 23

24 V etapě 2 nebyl při registraci použit vlícovací bod 27. Na následujících obrázcích Obr. 6.1 až Obr. 6.4 jsou znázorněny vlícovací body v jednotlivých etapách. Obr. 6.1 Schéma trvale stabilizovaných vlícovacích bodů Obr. 6.2 Schéma stanovisek a dočasně stabilizovaných vlícovacích bodů v etapě 0 24

25 Obr. 6.3 Schéma stanovisek a dočasně stabilizovaných vlícovacích bodů v etapě 1 Obr. 6.4 Schéma stanovisek a dočasně stabilizovaných vlícovacích bodů v etapě 2 V etapě 3 byly při skenování objektu použity pouze trvale stabilizované vlícovací body S1, S2, S3, S4 viz. Obr Čistění a export mračen bodů Další postup v programu Cyclone bylo čistění mračen bodů. Pro odstranění bodů byly využity funkce programu. Odstraněno bylo hlavně lešení, dráty, terén, zeleň a budovy v okolí pozorovaného objektu. Snahou bylo získat pouze objekt bez nadbytečných bodů. Dále byl objekt rozdělen na jednotlivé části objektu, u kterých bylo zjišťováno přetvoření. Vnější opláštění, stěny v interiéru, nosníky, sloupy a strop. Poslední krok v tomto programu byl export jednotlivých částí do textových souborů. Jejich seznam je uveden v Příloze č. 4. Na následujících obrázcích jsou znázorněny jednotlivé části objektů a jejich pojmenování. 25

26 Obr. 6.5 Pozorované části objektu v dolním patře Obr. 6.6 Pozorované části objektu v horním patře 6.3 Zpracování a vyhodnocení jednotlivých částí objektu V následujících kapitolách bude popsán způsob vyhodnocení jednotlivých částí objektu viz. Obr. 6.5 a Obr Vzorový příklad bude vnější opláštění 1NP_ST Vnější opláštění a stěny v interiéru Další zpracování mračen bodů proběhlo v programu Geomagic Studio 12, který nabízí jednodušší úpravu než v programu Cyclone. Nabízí také tvorbu polygonové sítě, tvorbu ploch a mnoho dalších funkcí Import mračen bodů Prvním krokem byl import dat z Cyclonu. Vždy byly importovány textové soubory jedné části objektu ve všech etapách, ve kterých byly skenovány. Nově vzniklý soubor byl uložen do formátu *.wrp. Save As název.wrp 26

27 Výběr odlehlých bodů Nabízí ji funkce Select Outliers, která vybere nejodlehlejší body z mračna bodů. Po ukončení funkce tyto body, které mohly vzniknout velkým šumem a dalšími chybami, označí a je nutné je manuálně smazat. Points Select Outliers OK Obr. 6.7 Výběr bodů pomocí funkce Select Outliers Tvorba trojúhelníkové sítě Po důkladném očištění mračen bodů bylo možné vytvořit trojúhelníkovou síť. Pro její tvorbu byla použita funkce Wrap. Points Wrap OK Obr. 6.8 Trojúhelníková síť Oprava normál Ve většině případů, program špatně vyhodnotil orientaci normál trojúhelníkové sítě. Pro opravu normál byla použita funkce Flip Normals. Správná orientace normál je nutná pro tvorbu grafů pro znázornění přetvoření. 27

28 Polygons Repair Tools Flip Normals OK Obr. 6.9 Opravené normály trojúhelníkové sítě Vyplnění otvorů V nově vzniklé trojúhelníkové síti bylo mnoho otvorů, které bylo vhodné opravit. Použitím funkce Fill All, která umožňuje automatické vyplnění všech otvorů, by nemuselo být výsledné vyplnění otvorů správné. Proto byla použita funkce Fill Single, u které je nutné označovat jednotlivé otvory zvlášť. Tato funkce nabízí další podfunkce Complete, Partial a Bridges. Polygons Fill Single Complete vyplňuje uzavřené otvory Další nastavení funkcí vyplňující otvory: Partial vyplňuje neuzavřené otvory Bridges vytváří mosty přes otvory a tím vznikají další menší otvory Curvature určuje, že nově vytvořená síť bude mít zakřivení jako její okolí; Tangent určuje, že nově vytvořená síť bude sledovat zakřivení jejího okolí, zakřivení však bude méně ostré; Flat určuje, že nově vytvořená síť bude rovná. Pro výplně otvorů bylo použito nastavení Curvature a Flat. Obr Trojúhelníková síť s vyplněnými otvory 28

29 Deviation Analysis Pro vyhodnocení přetvoření opláštění a vnitřních stěn byla zvolena funkce Deviation Analysis. Tato funkce umí vytvořit 3D barevný graf mezi referenční trojúhelníkovou sítí a dalším testovaným objektem. Tools Deviation Nastavení: Deviation Analysis Display Resolution určuje rozlišení displeje Fine (kvalitní); Color Averaging určuje vliv odchylek na barvy ve výsledném grafu; High (vysoký); Display ovládá grafické znázornění odchylek mezi referenční trojúhelníkovou sítí a testovaným objektem Color Reference (používá barvy bodů v závislosti na referenčním objektu) Spectrum nastavení bylo nejdříve ponecháno takové, jaké nabízel program, teprve až byly zjištěny minimální a maximální hodnoty, bylo možné nastavení upřesnit, například Obr nebo Obr. 6.13; Nastavení: Spectrum Color Segments toto číslo určuje počet dílů spektra barev, z nichž každá představuje jinou odchylku; Max. Critical určuje nejvyšší kladnou odchylku; Min. Critical určuje nejvyšší zápornou odchylku; Max. Nominal určuje nejvyšší kladnou odchylku, která je znázorněna zelenou barvou; Min. Nominal určuje nejvyšší zápornou odchylku, která je znázorněna zelenou barvou; Decimal Places určuje počet desetinných míst, které se objeví v legendě spektra; Určení hodnot Max. Nominal a Min. Nominal bude popsáno v kapitole 10. Funkce Deviation Analysis po výpočtu vytvoří hypsometrický graf (3D barevný graf) a vypíše statistiku výpočtu. Ve statistice výpočtu lze zjistit: Maximum distance určuje největší posun; 29

30 Positive určuje největší kladnou posun; Negative určuje největší zápornou posun; Average Distance určuje průměrný posun; Positive určuje průměrný kladný posun mezi referenční plochou a testovaným objektem; Negative určuje průměrný záporný posun mezi referenční plochou a testovaným objektem; Standard Deviation směrodatná odchylka všech posunů. Statistika byla výpomocná pro nastavení Spectra pro výpočet grafů. Obr Nastavení grafu mezi etapami 0 a 2 Obr Výsledný graf mezi etapami 0 a 2, 1NP_ST3 30

31 Obr Nastavení grafu mezi etapami 2 a 3 Obr Výsledný graf mezi etapami 2 a 3, 1NP_ST3 Nakonec bylo nutné vytvořené grafy uložit. Funkce Advanced umí zobrazený graf uložit do formátu *.png. Lze zde i nastavit bílé pozadí. Tools Capture Advanced White Background Ano název.png OK Touto metodou byly zpracovány opláštění a vnitřní stěny na celém objektu. Výsledné grafy se nachází v Příloze č. 6 v Příloze č Nosníky První kroky zpracování nosníků proběhlo opět v programu Geomagic. Nejdříve byly importovány textové soubory z programu Cyclone. Dalším krokem byl výběr odlehlých bodů. Poté byly nosníky rozděleny na části stojina a pásnice viz. Obr Dále byly všechny tyto části převedeny do trojúhelníkové sítě a podle potřeby byly opraveny jejich orientace normál a vyplněny otvory. Všechny tyto kroky byly popsány v kapitolách až do kapitoly

32 Obr Schéma částí nosníku [13] Vyhlazení trojúhelníkové sítě Nově vzniklé trojúhelníkové sítě byly ještě upraveny pomocí funkcí, které vyhlazují povrch sítě. Polygons Smooth Podfunkce, které se nacházejí pod funkcí Smooth: Relax vyhlazuje síť tak, že minimalizuje úhly mezi jednotlivými trojúhelníky; Reduce Noise odstraňuje šum bodů, které vznikají pří skenování nahodilými chybami; Remove Spikes odstraňuje body, které jsou mimo hladkou plochu trojúhelníkové sítě a vytváří tak hroty; QuickSmooth vyhlazuje trojúhelníkovou síť tak, že vytváří co nejvíce trojúhelníků o stejné velikosti. Všechny tyto funkce byly použity pro vyhlazení sítí na nosnících Tvorba ploch Tato podkapitola bude věnována tvorbě ploch, které budou potřeba pro další vyhodnocování příčného a vertikálního posunu nosníků. Byla použita funkce Plane. Feature Create Plane vytvoří plochu, která odpovídá zadaným parametrům Je mnoho způsobů, jak vytvořit plochu, v tomto případě byla zvolena funkce Best Fit. Tato funkce vytvoří plochu tak, aby co nejlépe přilnula k vybranému podkladu. Jako podklad byly použity trojúhelníkové sítě stojin. Dále je možné nastavit rozměry nové plochy. V tomto případě byly rozměry plochy zvoleny 15 m x 15 m. Plochy byly vytvořeny pro každou etapu zvlášť. Dalším krokem bylo kopírování ploch do samostatného objektu (World). pravé tlačítko na novou plochu Copy to World 32

33 Nakonec byly tyto plochy převedeny do trojúhelníkové sítě funkcí Convert. Features Convert To Polygon Object Příčný posun Stejně jako u vyhodnocování opláštění a vnitřních stěn, byla pro určení příčných posunů nosníků zvolena funkce Deviation. Nastavení zůstalo stejné, jaké bylo popsáno v kapitole Jen v případě grafického znázornění odchylek nebyl zvolen způsob Color Reference, ale Color Test Points. Color Test Points používá barvy bodů, které jsou v závislosti na testovaném objektu. Na Obr je použita Color Reference a na Obr je použit Color Test Points. Porovnáním obou obrázků je zřejmé, proč byl vybrán druhý způsob. Referenčními sítěmi pro testování byly zvoleny plochy převedené do trojúhelníkové sítě, viz. kapitola Pro určení příčných posunů byly testovanými objekty stojiny nosníků. Obr Výsledný graf s použitím Color Reference Obr Výsledný graf s použitím Color Test Points Vertikální posun Určování vertikálních posunů bylo o něco složitější než u příčných posunů. Jednalo se o několik postupů ve více programech. Tyto postupy budou následně popsány. 33

34 Tvorba linií Pro získání vertikálního posunu bylo nejdříve nutné vytvořit řezy pásnicemi jednotlivými plochami, které již byly vytvořeny. K tomu byla využita funkce Create by Section v programu Geomagic. Curves Create by Section Nastavení: Section Type Planar Align Plane Define World Feature Plane určení, která plocha bude tvořit řez (v tomto případě byl zvoleny plochy World Feature Plane, které byly vytvořeny) Curve Properties Type Line/Arc Další nastavení zůstalo takové, jaké nabízel program. Na následujícím obrázku Obr je ukázka řezu pásnice plochou. Obr Ukázka řezu pásnice plochou a výsledná linie Další zpracování už bylo potřeba udělat v jiném programu, proto byly linie uloženy do souboru ve formátu *.igs. pravé tlačítko myši na linii v panelu Model Manager Save název.igs Převod linie na body Program Geomagic nabízí funkci Create Points, která umí vytvořit nový bodový objekt z linie. V této funkci lze nastavit interval bodů v určité vzdálenosti. Avšak tato funkce dělala mnoho chyb. Například nevytvořila body podél celé linie, viz. Obr Obr Linie a její nesprávný převod na body 34

35 Z tohoto důvodu, bylo třeba najít jiný způsob, jak získat body z linie. Ten byl nalezen v programu Microstation V8. Nejprve bylo nutné založit nový výkres ve 3D. Pak byly importovány soubory *.igs (v tomto formátu byly uloženy linie z programu Geomagic). Soubor Import IGES... Po importu linie lze použít funkci Konstrukce bodů podél prvku. Tato funkce vytvoří body na linii. Jediné, co je třeba nastavit, je počet bodů. Ten byl nastaven tak, aby body byly od sebe vzdáleny přibližně 5 cm. Nástroje Hlavní Body Konstrukce bodů podél prvku Nakonec bylo třeba získat souřadnice bodů, k tomu byla využita funkce Export souřadnic. Tato funkce exportuje souřadnice bodů XYZ do souboru *.txt. Nástroje Popisování XYZ souřadnice Export souřadnic Tímto způsobem byly získány souřadnice bodů na řezech v jednotlivých etapách. Pro další zpracování byl použit program Groma Transformace souřadnic Vertikální posuny byly vyhodnocovány vždy ke stavu před požárem. Pro tvorbu grafu byly použity souřadnice X a Z. Nejvhodnější bylo vytvořit novou souřadnicovou soustavu, jejíž počátek byl v levém dolním konci nosníku (X = 0, Y = 0) a osa X procházela pravým dolním koncem nosníku (X = délka nosníku, Y = 0). Souřadnice nosníků určené z registrace mračen bodů proto bylo nutné transformovat do této nové souřadnicové soustavy. Pro výpočet byla použita metoda shodnostní transformace souřadnic v programu Groma Graf s vertikálními posuny Nejvhodnějším programem pro tvorbu grafu byl zvolen Microsoft Office Excel Tento program má funkci pro tvorbu grafu. Pro tento případ byl zvolen bodový graf s vyhlazenými spojnicemi. Na vodorovné ose byly hodnoty staničení, maximální hodnota byla délka nosníku. Na svislé ose byly hodnoty vertikálního posunu. 35

36 Vertikální posun [m] 0,010 0,005 0,000-0,005-0,010-0,015-0,020-0,025-0,030 Vertikální posun - 1NP_NOS1-0,035 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 Staničení [m] Max. vertiální posun: Etapa 0 staničení: 4,009 m vertikální posun: -0,018 m Etapa 2 staničení: 4,100 m vertikální posun: -0,031 m Etapa 0 Etapa 2 Obr Graf vertikálního posunu nosníku mezi etapami 0 a 2 Vertikální posun [m] Vertikální posun - 1NP_NOS1 0,050 0,000-0,050-0,100-0,150-0,200-0,250-0,300-0,350-0,400-0,450-0,500-0,550-0,600-0,650-0,700 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 Staničení [m] Max. vertikální posun: Etapa 2 staničení: 4,087 m vertikální posun: -0,026 m Etapa 3 staničení: 7,662 m vertikální posun: -0,688 m Etapa 2 Etapa Sloupy Obr Graf vertikálního posunu nosníku mezi etapami 2 a 3 Sloupy byly dalšími pozorovanými částmi na objektu. První část jejich zpracování byla provedena opět v programu Geomagic. Zde byly pouze importovány data z programu Cyclone a odstranění odlehlých bodů, popsáno v kapitolách a Po úpravě byla 36

37 data z jednotlivých etap exportována do textového souboru, který obsahoval jejich souřadnice XYZ. pravé tlačítko myši v panelu Model Manager Save název.wtx Poté bylo potřeba pouze změnit příponu souborů z *.wtx na *.txt Spatfig Další zpracování sloupů bylo provedeno v programu vytvořeným Ing. Bronislavem Koskou, Ph.D. Cílem bylo získat souřadnice osy sloupů v jednotlivých etapách po 100 mm, pro zjišťování posunu v osách X a Y. Tento program byl vytvořen s využitím knihovny Spatfig. Vstupními daty jsou soubory *.txt z jednotlivých etap, nejnižší a nejvyšší souřadnice Z, hodnota intervalu a poloměr sloupu: nejnižší a nejvyšší souřadnice Z hodnoty určující úsek, ve kterém bude program zpracovávat data; hodnota intervalu interval byl zvolen 100 mm; poloměr sloupu 120 mm. Program nejdříve proložil mračna bodů v zadaném intervalu (100 mm) válcem metodou nejmenších čtverců. Poté spočítal souřadnice bodu uprostřed osy válce. Na následujících obrázcích Obr a Obr je znázorněn vypočtený střed ze zadaného intervalu z pohledu zepředu a izo. Střed je označen červeným čtverečkem. Obr Znázornění středu sloupu v daném intervalu (pohled zepředu) 37

38 Obr Znázornění středu sloupu (pohled izo) Výstupem výpočtu byl textový soubor, který obsahoval horní a dolní hranici intervalu, střed intervalu (souřadnice Z středu), počet bodů v intervalu a souřadnice X a Y středu sloupu Grafy posunů v osách X a Y Pro tvorbu grafů posunů v osách X a Y byl opět použit program Microsoft Office Excel Z výstupu byly dále použity souřadnice X a Y středu sloupu a střed intervalu (souřadnice Z). V programu Microsoft Office Excel byl pro tento případ zvolen bodový graf s rovnými spojnicemi. Na vodorovné ose byla vynesena výška sloupu, na svislé ose pak posun v ose X nebo Y. 0,004 0,003 Posun v ose X -2NP_SLOUP Posun v ose X [m] 0,002 0,001-1E-17-0,001 Etapa 0 Etapa 1-0,002-0, ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Výška sloupu [m] Obr Porovnání posunů v ose X mezi etapami 0 a 1, 2NP_SLOUP 38

39 6.3.4 Strop Poslední pozorovanou částí na objektu byl strop. Strop byl zaměřen pouze v etapě 1, pak už z bezpečnostních důvodů další zaměření nebylo možné. V etapě 0 nebyl strop také měřen, protože bylo předpokládáno, že je vodorovný. Při skenování stropu nebyly zaměřeny vlícovací body. Z tohoto důvodu nebyla provedena v programu Cyclone registrace dat a pro další zpracování byl použit souřadnicový systém vytvořený skenerem. Stejně jako u předchozích pozorovaných částí byla data zpracována v Geomagicu. Nejprve byly importovány data z Cyclonu a poté odstraněny odlehlé body a další nečistoty, popsáno v kapitolách a Vzhledem k tomu, že v etapě 0 nebyl strop skenován, bylo nutné pro porovnání změn vytvořit jinou plochu, která by ji nahradila a vůči které budou hodnotit změny Tvorba referenční plochy nahrazující etapu 0 Program Geomagic nabízí funkci Perpendicular to Axis, která umí vytvořit plochu kolmou na libovolnou osu. V tomto případě byla vytvořena plocha kolmá na osu Z. Feature Plane Perpendicular to Axis Nastavení: Show Decomposed Feature Ano; Axis World: World CSYS - Z Axis volba osy, na kterou bude plocha kolmá; Point Feature Point zadání souřadnic bodu, vůči kterému bude plocha vytvořena (v tomto případě je důležitá hodnota souřadnice Z, souřadnice Z byla (vypočtena průměrem ze třech odečtených hodnot na místech, kde se strop protínal se sloupy, a lze usoudit, že tyto hodnoty se nejvíce přibližují k výšce stropu v etapě 0, hodnota Z byla -1,445 m); Po nastavení je nutné spustit funkci stisknutím Apply. Po výpočtu se vytvoří plocha kolmá na osu Z a poté už je potřeba jen nastavit šířku a délku plochy tak, aby překrývala strop. Dalším krokem bylo kopírování ploch do samostatného objektu (World). pravé tlačítko na novou plochu v panelu Model Manager Copy to World Nakonec byly tyto plochy převedeny do trojúhelníkové sítě funkcí Convert. Features Convert To Polygon Object Deviation Analysis Po vytvoření náhradní plochy bylo možno vyhodnotit změny stropu v etapě 1 vůči etapě 0. Funkce Deviation Analysis byla již detailně popsána v kapitole Veškeré nastavení zůstalo stejné. 39

40 Obr Porovnání změn stropu mezi etapou 0 a etapou 1 7 Zaměření objektu dynamickou metodou Zaměření skenovacím systémem HDS 3000 je výhodné v tom, že jde o bezkontaktní metodu. To znamená, že během požáru není nutné být v těsné blízkosti objektu a zvyšuje se tak bezpečnost. Další výhodou je rychlé zaměření a velké množství nasbíraných dat, což by klasickými metodami v geodézii nebylo možné. Pojem dynamická metoda znamená, že se objekt sledoval opakovaně během požáru. Zaměření dynamickou metodou proběhlo dne 15. září 2011 během druhé požární zkoušky. Skenováno bylo vnější opláštění v dolním podlaží ze dvou stran, viz. Obr

41 Obr. 7.1 Pozorované části objektu a stanovisko skeneru Nejprve byly tyto části třikrát skenovány před samotným požárem, aby se získalo co nejvíce dat před dalšími změnami. Poté byl objekt skenován opakovaně po pěti minutách od začátku požáru. Získáno tak bylo celkem třicet mračen bodů. 8 Zpracování naměřených dat dynamickou metodou Pro zpracování naměřených dat bylo nutné použít několik programů: Leica Cyclone 5.6; Geomagic Studio 12; Microsoft Office PowerPoint Program Cyclone Zpracování zaměřených dat probíhalo obdobně jako u statické metody. Pouze registrace mračen bodů nebyla potřeba, protože během měření se neměnila poloha skeneru, a proto byly jednotlivé skeny v totožné souřadnicové soustavě, kterou skener vytvořil. V programu Cyclone bylo tedy nutné pouze očistit mračna bodů, rozdělit je na jednotlivé části objektu a jejich export do textového souboru. 8.2 Program Geomagic Do programu Geomagic byly importovány textové soubory z programu Cyclone. Dále byly odstraněny odlehlé body a další nečistoty, které nebyly odstraněny v programu Cyclone, popsáno v kapitolách a Dále bylo nutné vytvořit referenční trojúhelníkovou síť, od které se pozorovaly změny opláštění během požáru. 41

42 8.2.1 Referenční trojúhelníková síť Jak už bylo zmíněno, před zahájením požární zkoušky byl objekt třikrát skenován. Aby byl vytvořen co nejlepší stav před požárem, bylo třeba vzniklá tři mračna bodů spojit. Program Geomagic obsahuje funkci Merge, která umí spojit několik mračen bodů a rovnou z nich vytvoří trojúhelníkovou síť. v panelu Model Manager se označí požadovaná mračna bodů ke spojení tak, aby byla všechna aktivní Points Merge OK Veškerá nastavení funkce byla ponechána tak, jak nabízel program Další úpravy Stejným způsobem jako u vnějšího opláštění vyhodnocovaného statickou metodou bylo nutné opravit orientaci normál a vyplnit vzniklé otvory. Postup těchto úprav je popsán v kapitolách a Deviation Analysis Opět byla zvolena metoda Deviation Analysis pro vyhodnocování změn vnějšího opláštění během požáru. Referenční plocha byla zvolena nově vzniklá trojúhelníková síť ze tří mračen bodů. Vůči ní se hodnotily změny mračna bodů měřených po pěti minutách. Funkce Deviation Analysis a její nastavení je popsáno v kapitole Microsoft Office PowerPoint Nakonec bylo potřeba tyto grafy vložit do jednoho souboru, ve kterém by je bylo možno jednoduše porovnávat. Proto byl zvolen program PowerPoint, do kterého lze vkládat obrázky a popisy na identická místa v jednotlivých snímcích. Na jednotlivých snímcích byly dodány další údaje o skenech: čas skenu a teplota v objektu v daný čas. Tyto údaje doplňují grafy a vytváří lepší představu, co se během požáru dělo. Takto byly zpracovány data obou částí opláštění. Soubory byly uloženy do formátu *.pptx a nachází se v Příloze č. 8 pouze v digitální podobě. 9 Další měření Během druhé požární zkoušky byla v objektu umístěna čidla měřící teplotu. Jejich umístění je znázorněno na obrázku Obr Naměřené teploty byly důležité pro vyhodnocování dynamické metody, jako doplňující údaje k jednotlivým skenům. Pro opláštění 1NP_ST3 a 1NP_ST4 byla vybrána různá čidla, jejichž teplota byla zprůměrována. V tabulce Tab. 9.1 jsou uvedena čidla, jejichž naměřené teploty byly zprůměrovány. 42

43 Tab. 9.1 Čidla určující teplotu pro jednotlivé opláštění Opláštění Čidla 1NP_ST3 TG22 TG23 TG29 1NP_ST4 TG24 TG28 Obr. 9.1 Čidla měřící teplotu [5] 10 Určení hodnot Min. Nominal a Max. Nominal Pro nás jsou hodnoty Min. Nominal a Max. Nominal velmi důležité při tvorbě hypsometrických grafů. Tyto hodnoty určují interval, ve kterém nelze říct, že na objektu došlo k přetvoření. Tyto hodnoty lze určit buď teoretickým způsobem, nebo empirickým způsobem Teoretický způsob Teoretický způsob je založen na zákoně hromadění směrodatných odchylek. Hodnoty Min. a Max. Nominal se rovnají meznímu rozdílu mezi dvěma etapami určený vzorcem: 2 (10.1) u p koeficient spolehlivosti, u p = 2; směrodatná odchylka registrace; směrodatná odchylka laserové skenování = 2,4 mm, tato hodnota byla empiricky určena při testování podélných posunů [7]. Při registraci mračen bodů v programu Cyclone byla zjištěna průměrná odchylka ν. Z průměrné odchylky lze vypočítat směrodatnou odchylku registrace na základě poměru 43

44 pro základní soubor náhodných chyb s normálním rozdělením. Průměrná odchylka je 80% směrodatné odchylky [8]. V následující tabulce Tab jsou uvedeny průměrné a směrodatné odchylky registrací v jednotlivých etapách. Tab Průměrné směrodatné odchylky registrace Etapa Průměrná odchylka Směrodatná odchylka Mezní rozdíl mezi registrace ν registrace dvěma etapami 0 1,4 mm 1,8 mm 8,5 mm 1 1,8 mm 2,2 mm 9,2 mm 2 1,1 mm 1,4 mm 7,9 mm 3 1,0 mm 1,2 mm 7,6 mm Největší mezní rozdíl mezi dvěma etapami byl M = 9,2 mm Empirický způsob Během měření pozorovaného objektu byly naskenovány i okolní objekty. Tyto objekty nebyly ovlivněny požárními zkouškami. Tři vybrané objekty, které byly zaměřeny alespoň ve dvou etapách, byly vyhodnoceny stejným způsobem jako například vnější opláštění. Funkce Deviation Analysis po výpočtu vytvoří nejen graf, ale i statistiku výpočtu. Ve statistice lze zjistit největší kladné a záporné hodnoty, průměrný posun a směrodatnou odchylku. Hodnoty Max. a Min. Nominal byly určeny z mezní odchylky dána vzorcem: (10.2) u p koeficient spolehlivosti, u p = 2; - průměrný posun; - směrodatná odchylka V tabulce Tab jsou uvedeny hodnoty směrodatných odchylek, průměrný posun a z nich vypočtená mezní hodnota. Tab Statistika Objekt Porovnání Směrodatná Průměrná Mezní mezi etapami odchylka hodnota odchylka 1 0 a 2 2,15 mm 0,34 mm 4,4 mm 2 0 a 2 2,52 mm -0,86 mm 5,3 mm 2 0 a 3 2,44 mm -2,40 mm 6,8 mm 3 0 a 2 1,83 mm -0,81 mm 4,0 mm 3 0 a 3 2,25 mm -1,13 mm 5,0 mm Největší mezní odchylka byla vypočtena na objektu 2 mezi etapu 0 a 3 a to 6,8 mm. 44

45 Byl použit největší mezní rozdíl M = 9,2 mm určený teoretickým způsobem, abychom měli jistotu, že přesnost našeho měření tuto hodnotu nepřekročí. Pro přehlednost Spectra (barevné odlišení dílků Spectra) v grafech byla zvolena hodnota 10 mm. 11 Výsledky Cílem této práce bylo zpracování naměřených dat metodou laserového skenování, což bylo provedeno. Byly použity dvě metody pro sledování změn na konstrukci experimentální budovy způsobené požárními zkouškami. Statickou metodou byly sledovány změny po požárních zkouškách v závislosti na stavu před požárem. Dynamickou metodou byly sledovány změny v průběhu druhé požární zkoušky Statická metoda Předmětem sledování změn konstrukce byly jednotlivé části: vnější opláštění, vnitřní stěny, nosníky, sloupy a strop. Vždy se vyhodnocoval stav po požární zkoušce. Požární zkoušky byly provedeny dvě. První požární zkouška simulovala putující požár a proběhla v horním patře objektu. Druhá požární zkouška simulovala prostorový požár a proběhla v dolním patře objektu První požární zkouška Po první požární zkoušce bylo možné vstoupit i do druhého patra budovy, proto zde mohly být sledovány změny na částech konstrukce. Pro vyhodnocení zaměřených dat byl převážně použit program Geomagic a jeho funkce Deviation Analysis. Funkce Deviation Analysis vytváří hypsometrický graf, který barevně odlišuje velikost odchylek od počátečního stavu. Tímto způsobem bylo vyhodnoceno vnější opláštění, vnitřní stěny, strop a stojiny nosníků, které vyjadřovaly příčné odchylky. Na vnějším opláštění v dolním patře nedošlo k žádným změnám. Vzniklé odchylky na hypsometrickém grafu vznikly především chybami při vyplňování otvorů na referenční ploše. V horním patře došlo k vyboulení opláštění směrem ven, největších hodnot dosahovalo ve středu a to 60 mm. Na vnitřních stěnách v dolním patře také nedošlo k žádným změnám. V horním patře došlo k vyboulení směrem ven 80 mm až 90 mm, což koresponduje s vnějším opláštěním. Strop byl vyhodnocen opět hypsometrickým grafem. Stav před první požární zkouškou nebyl změřen, proto byla vytvořena náhradní plocha kolmá na osu Z v hodnotě -1,445 m. Vzhledem k tomu, že strop byl měřen samostatně a pouze jednou, nebyla provedena registrace mračen bodů. K této ploše byl vyhodnocován stav po požáru. Strop se přibližně uprostřed propadl o 310 cm. U nosníků se vyhodnocovaly změny v příčném směru a ve vertikálním směru. V příčném směru byly výsledky opět vyjádřeny hypsometrickým grafem, který graficky znázornily, jak se nosníky přetvořily. Vertikální posun byl vyjádřen spojnicovým grafem znázorňující, jak se 45

46 nosník prohnul. Z grafů je zřejmé, že nosníky byl již před první požární zkouškou prohnuté. V dolním patře byl nosník 1NP_NOS2 (dlouhý nosník dále od okenního otvoru) prohnut 34 mm oproti jeho okraji. V horním patře byl nosník 2NO_NOS4 (dlouhý nosník díle od okenního otvoru) prohnut až 45 mm. Tyto maximální hodnoty, byly přibližně uprostřed nosníků. Po první požární zkoušce došlo ještě k větším průhybům. V dolním patře byl nosník 1NP_NOS2 prohnut 46 mm, to znamená, že se průhyb zvětšil přibližně ještě o 10 mm. V horním patře došlo opět k největšímu průhybu u nosníku 2NP_NOS4 a to na hodnotu 269 mm. To znamená, že se průhyb zvětšil přibližně o 225 mm. Tyto maximální hodnoty byly opět uprostřed nosníků. U sloupů byly hodnoceny posuny ve směru os X a Y v souřadnicovém systému, ve kterém byla provedena registrace mračen bodů. Posuny byly vztaženy k ose, která procházela středem sloupu. Pro zjištění os sloupu byl použit program v programovacím jazyce C++. Ten vypočetl středy v intervalu po 10 cm. Výsledky byly vyjádřeny spojnicovým grafem. Posuny v osách nelze vyjádřit jednou hodnotou, proto je lepší pohled na grafy v Příloze č Druhá požární zkouška Jednotlivé části konstrukce byly zpracovány stejným způsobem. Vzhledem k bezpečnosti nebylo možné zaměřit vnitřní stěny, nosníky a sloup v horním podlaží. Dále nebyla změřena vnitřní stěna s okenním otvorem v dolním patře, protože v její blízkosti byl postaven skener. Změny na vnějším opláštění v dolním patře měly podobné chování. Nejčastěji došlo k vyboulení směrem dovnitř objektu, nejvíce na opláštění 1NP_ST3 (zadní část objektu) a to 230 mm. Naopak u opláštění 1NP_ST1 (s okenním otvorem) došlo nad okenním otvorem k vyboulení směrem ven až 150 mm. V horním patře byla část pod okenním otvorem u 2NP_ST5 vyboulena směrem dovnitř o 110 mm. Nosníky v horním patře nebyly vyhodnoceny. V dolním patře došlo po požáru ještě k větším průhybům. Nosník 1NP_NOS2 (dlouhý nosník dále od okenního otvoru) byl prohnut nejvíce a to až o 850 mm. Během druhé požární zkoušky došlo k výbuchu sloupu v dolním podlaží. Z tohoto důvodu nebylo možné vypočítat v této části sloupu osu a v grafu nebyla vynesena. Jak už bylo zmíněno, posuny v osách nelze vyjádřit jednou hodnotou, a proto je lepší pohled na grafy v Příloze č Dynamická metoda Při změnách během druhého požáru bylo pozorováno vnější opláštění ze dvou stran objektu. Během požáru se opláštění vyboulilo směrem dovnitř objektu. Od začátku požáru se vyboulení postupně zvětšovalo až do doby, kdy teplota uvnitř objektu dosáhla téměř maximální hodnoty. Při ochlazování se vyboulení opláštění pomalu vracelo zpět. U opláštění 1NP_ST3 (zadní stěna) došlo k maximálnímu vyboulení 460 mm v 52. minutě. U opláštění 1NP_ST4 došlo k maximálnímu vyboulení 190 mm v 15. minutě. 46