JP2023032067A - 設備のモデル化システム - Google Patents

Abstract

【課題】設備の機器・配管の状況を、設備の表面情報を使って推定し機器・配管と付帯物の３Ｄモデルを作成する。【解決手段】モデル化対象物体を有する設備のモデル化システム１は、設備全体の点群データと表面情報を含む設備情報１４ａを取得し設備全体３Ｄモデル１５を作成する設備全体３Ｄモデル作成部３、モデル化対象物体の少なくとも一部を覆う付帯物が存在する領域を検出し、当該領域を特徴部として認識する特徴部認識部４、設備情報１４ａの取得方法よりも高精度の取得方法により特徴部の点群データと表面情報とを含む特徴部情報１４ｂを取得し、特徴部に関する特徴部３Ｄモデル１７を作成する特徴部３Ｄモデル作成部５及びモデル化対象物体の付帯物に覆われた部分の形状情報を特徴部３Ｄモデル１７と特徴部情報１４ｂとに基づいて推定し、付帯物に覆われたモデル化対象物体に関する内部３Ｄモデル１８を作成する内部３Ｄモデル作成部６を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、非破壊の現場計測で得た情報を用いて、プラントやビル等における各種設備の機器・流体配管等の形状情報を３Ｄモデル化するシステムに関する。

プラントやビル等の設備では、空気や水をはじめとする様々な流体が取り扱われており、これらの流体を加熱または冷却、混合、反応、貯蔵、流量および圧力の調整等を目的とする機器や、機器から機器へと流体を輸送するための配管が設置されている。

配管等の機器内を流れる流体は、大気温度（一般に５～３０℃程度）と異なる温度条件となる場合がある。大気と異なる温度条件の流体を扱う機器・配管の外側には、それらの機器・配管を覆う付帯物（加熱・保温・冷却の各種手段、およびカバー等）が設置されているケースが多い。付帯物を設置する理由は、流体から大気への放熱または大気から流体への吸熱を抑制して流体温度を保持する運用上の理由や、作業者が触れた際の火傷を予防する安全上の理由からである。

設備の設計情報から機器・配管およびそれらを覆う外側の付帯物の３Ｄの形状情報を取得する手段として、例えばアイソメ図から３Ｄの座標を求める方法や、２Ｄの図面（配置図、据え付け図、組み立て図、構造図など）から３Ｄの座標を求める方法が考えられる。しかし、アイソメ図には機器・配管や付帯物の詳細な形状に関する情報が記載されない場合があり、また、２Ｄの図面では図面上で死角となる箇所等の形状や３Ｄの座標に関する情報を取得できない場合がある。従って、上記の方法によって３Ｄの形状情報を取得するためには、不足する情報を補完する必要がある。

本発明に関連する従来技術として例えば特許文献１及び特許文献２がある。特許文献１には、配管や鋼材、板材といった材料の形状を登録して記憶させ、レーザや画像等の現場計測で取得した表面形状に関する３Ｄの点群データや画像とあわせて連続する一体の３Ｄ－ＣＡＤデータを作成し、複数の計測箇所で得たこれら３Ｄ－ＣＡＤデータを合成することで死角部を減らす３Ｄ－ＣＡＤデータ作成システムについて記載されている。

また、特許文献２には、据え付け工事の際に製品（機器）や資材の形状および寸法をドローン等で現場で計測し、３Ｄ－ＣＡＤモデル等の設計情報と照合することで、現場の納品・据え付け状況を管理するプラント建設支援方法およびプラント建設支援装置について記載されている。

特許第６０６０２１１号公報 特開２０１２－１８０１９１号公報

上述したように、アイソメ図や２Ｄ図面は、３Ｄの形状情報を取得するために必要な形状に関する情報を欠いている。また、機器・配管や付帯物を補修・更新の工事を実施した際に、最終のデジタル図面が残っていないケースもある。これらの理由から、現場の機器・配管および付帯物の形状情報を３Ｄで正確にモデル化するには、現場で外側の付帯物を解体して付帯物の形状と付帯物の覆われた部分の機器・配管の形状を実測するか、非破壊の現場計測で得た３Ｄの点群データや画像等の表面情報から機器・配管および付帯物の形状情報を推定する必要がある。

これら２種類の方法のうち、後者に示した非破壊の現場計測で得た表面情報からの推定が効率的である。その理由は、設備の運転中に計測が可能で、現場確認のための足場設置や付帯物の解体・復旧工事を省略できるためである。

非破壊の現場計測で得た表面情報から、外側を付帯物で覆われた機器・配管の形状情報をモデル化するためには、上述の表面情報から機器・配管を付帯物から識別する技術と、付帯物内部にある機器・配管の形状および寸法を推定する技術が必要となる。これらの２つの技術課題に対する解決手段については、特許文献１および特許文献２では、ともに記載されていない。

本発明では、設備の表面情報から機器・配管を付帯物から識別し、付帯物内部にある機器・配管の形状および寸法を推定することで、現場の機器・配管および付帯物の形状情報を３Ｄで正確にモデル化することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一実施例は、モデル化対象物体を有する設備のモデル化システムであって、設備全体の点群データと表面情報とを含む設備情報を取得して設備全体に関する設備全体３Ｄモデルを作成する設備全体３Ｄモデル作成部と、設備全体３Ｄモデルに基づいて、モデル化対象物体およびモデル化対象物体の少なくとも一部を覆う付帯物が存在する領域を検出し、当該領域を特徴部として認識する特徴部認識部と、特徴部に関して、設備情報を取得した方法よりも高精度の取得方法によって、特徴部の点群データと表面情報とを含む特徴部情報を取得し、特徴部情報に基づいて特徴部に関する特徴部３Ｄモデルを作成する特徴部３Ｄモデル作成部と、モデル化対象物体の、付帯物に覆われた部分の形状情報を、特徴部３Ｄモデル及び特徴部情報に基づいて推定し、付帯物に覆われたモデル化対象物体に関する内部３Ｄモデルを作成する内部３Ｄモデル作成部と、を備えることを特徴とする。

本発明の設備のモデル化システムによれば、機器・配管の据え付け状況を現場で確認するための足場設置や付帯物の解体・復旧工事を簡略化し、非破壊の現場計測で得た情報を用いて設備の運転中に３Ｄモデルを作成することが可能となる。また、本システムを設備の点検・補修に用いることで、上述した現場確認に関する工事を簡略化できるため、設備の停止期間を短縮することができる。

さらに、本システムで作成した設備の３Ｄモデルをプロセス評価（デジタルツイン等）や機器単体の各種評価（熱流動、反応、構造（応力・振動）等の各種解析）に適用することで、現場の施工状況に基づく正確な形状データ作成、入力・出力および境界条件の選定を支援し、各種評価の準備作業の効率化と精度向上に貢献することが期待できる。

本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１に係るモデル化システムを用いて、現場計測で得た情報をもとに各種３Ｄモデルを作成するフローの一例。 本発明の実施例１に係るモデル化システムにおいて、特徴部認識部で対象物体と付帯物が存在する領域を検出するフローの一例。 本発明の実施例１に係るモデル化システムにおいて、内部３Ｄモデル作成部で対象物体の形状情報を推定するフローの一例。 本発明の実施例１に係るモデル化システムにおいて、付帯物３Ｄモデル作成部で付帯物の形状情報を推定するフローの一例。 本発明の実施例１に係るモデル化システムにおいて、３Ｄモデル拡張部で対象物体の形状情報を推定するフローの一例。 本発明の実施例１に係るモデル化システムにおいて、特徴部認識部によって行われる処理によって出力される画面の一例。 本発明の実施例１に係るモデル化システムによって出力される、特徴部廻りの３Ｄモデルの出力画面の一例。 本発明の実施例２に係るモデル化システムにおいて、対象物体と付帯物が存在する領域を検出できた場合に、付帯物３Ｄモデル作成部で伝熱計算を実施して付帯物の形状情報を推定するフローの一例。 本発明の実施例３に係るモデル化システムにおいて、対象物体と付帯物が存在する領域を検出できなかった場合に、付帯物３Ｄモデル作成部で伝熱計算を実施して付帯物の形状情報を推定するフローの一例。

〈実施例１〉
本発明の設備のモデル化システムを用いて、現場計測で得た表面情報から設備の３Ｄモデルを作成する実施例を、以下に説明する。
本発明の実施例１に係る設備のモデル化システムを、図１～図６を用いて説明する。まず、図１に、本発明の設備のモデル化システムを用いて、現場計測で得た情報をもとに３Ｄモデルを作成するフローの一例を示す。
ここで、本明細書におけるモデル化とは、計測で得た点群データを基に、メッシュデータ化する等の手段によって３次元座標上のマッピングした図等のことを指す。

本発明の実施例１に係る設備のモデル化システム１は、システム制御・データ格納部２、設備全体３Ｄモデル作成部３、特徴部認識部４、特徴部３Ｄモデル作成部５、内部３Ｄモデル作成部６、付帯物３Ｄモデル作成部７、及び３Ｄモデル拡張部８を有する。システム制御・データ格納部２は、３Ｄレーザスキャナなどの現場計測装置１０を制御し、かつ装置からの取得データを格納する現場計測装置の制御・データ格納部９と通信し、点群データ・表面情報の取得指令１１を送る。取得指令１１を受信した制御・データ格納部９は、現場計測装置１０に対して運行・計測指令１２を送信する。運行・計測指令１２を受信した現場計測装置１０は、指令に従って計測を実行し、データを取得する。

なお、本発明に係るシステム１は、制御・データ格納部９や現場計測装置１０に有線／無線ネットワークを介して接続されたコンピュータに内蔵され、当該コンピュータのＣＰＵによって実行され得る。また、図１には図示されていないが、モデル化システム１には、システム内で生成・測定・加工される各種データが出力されるモニタが接続されている。

そして、計測データ１３を制御・データ格納部９に送信する。そして、システム制御・データ格納部２は、現場計測装置の制御・データ格納部９から点群データ・表面情報１４を受け取る。ここで、点群データとは、主に設備の各系統や機器の外周部と中心線の座標データ群であり、表面情報とは外観画像または写真、色、光の反射強度、および表面温度等である。これらのデータや情報は、レーザスキャン、カメラおよびサーモグラフィ等の各種計測器を取り付けたドローン等の無人手段や、これらの計測器を持参した点検員による有人手段等によって取得することができる。なお、以下では設備全体の点群データ・表面情報については設備情報１４ａと表し、後述する特徴部廻りの点群データ・表面情報については特徴部情報１４ｂと表す。

まず、設備全体の３Ｄモデルを作成するために、現場計測装置１０によって設備全体を対象とした計測を行い、計測によって得られた設備全体の設備情報１４ａを設備全体３Ｄモデル作成部３に入力し、設備全体の３Ｄモデルである設備全体３Ｄモデル１５を作成する。設備全体３Ｄモデル１５は、計測の結果得られた点群データをもとに作成した設備の配置図を基本とする。ただし、設備全体の画像や表面温度を合成した３Ｄモデルも併せて作成し、設備の配置図から参照できるようにしておくと、詳細な現場の状況を把握できるとともに、内部特徴部（モデル化すべきモデル化対象物体が付帯物から露出した部分、フランジ等の接続部やバルブ等で外径が変化したり形状に特徴がある領域等）の探索に有用である。また、設備全体３Ｄモデル１５の中で、設備を複数のブロックに分けて、ブロック毎にモデルのデータを扱うことができるようにしておくと良い。なお、モデル化対象物体については上記の通り付帯物に覆われた配管等のことを指すが、以下では単に対象物体と呼称する。

このように作成した設備全体３Ｄモデル１５は、システム制御・データ格納部２に保存されるとともに、特徴部認識部４に送られる。特徴部認識部４では、設備全体３Ｄモデル１５の中から、対象物体（機器・配管等）と、その外側に取り付けられた付帯物とが存在する領域を探索し、当該領域を特徴部と定義して検出する。特徴部として、点群データから作成した設備の配置図上で、配管等の外径が変化したり形状に特徴がある箇所を探索するが、画像データで外観形状や色や光の反射強度等、ならびに表面温度分布データで周囲と異なる箇所を併せて探索することも可能である。特に、対象物体の表面温度が大気温度（５～３０℃程度）と異なる場合に、その外側に付帯物を設置するケースが多く、そのような場合に、対象物体が付帯物から露出した部分を、周囲との表面温度の相違から特徴部として検出する手法が有効である。

図２に、特徴部認識部４において、対象物体と付帯物とが存在する特徴部を検出する具体的な方法の一例を示す。特徴部認識部４は、画像－３Ｄモデル合成部２１と、表面温度合成部２３と、対象物体の識別箇所探索部２５と、を有する。まず、画像－３Ｄモデル合成部２１に、設備全体３Ｄモデル１５と、設備情報１４ａの一部として取得した設備全体の点群データ１００と、この点群データ１００に紐づいた設備全体の外観画像または写真データ１０１を入力し、画像合成した設備全体３Ｄモデル２２を作成する。そして、この画像合成した設備全体３Ｄモデル２２を表面温度合成部２３及び対象物体の識別箇所探索部２５に送信する。

表面温度合成部２３では、画像合成した設備全体３Ｄモデル２２に、設備情報１４ａの一部として取得した設備全体の表面温度データ１０２をさらに合成し、画像・表面温度分布を合成した設備全体３Ｄモデル２４を作成する。作成された画像・表面温度分布を合成した設備全体３Ｄモデル２４は、対象物体の識別箇所探索部２５に送信される。そして、対象物体の識別箇所探索部２５は、画像合成した設備全体３Ｄモデル２２及び画像・表面温度分布を合成した設備全体３Ｄモデル２４に基づいて、上述したように外径や形状の変化が生じる箇所、外観の色や光の反射強度が異なる箇所、並びに表面温度が周囲と異なる箇所等を含む領域を探索し、特徴部として検出する。

特徴部認識部４では、対象物体の識別箇所探索部２５が検出した特徴部を含むブロックの３Ｄモデルを、設備全体３Ｄモデル１５から抽出した特徴部３Ｄモデル１６として抜き出し、システム制御・データ格納部２に保存するとともに、特徴部３Ｄモデル作成部５に送る。

特徴部３Ｄモデル作成部５では、設備全体３Ｄモデル１５から抽出した特徴部３Ｄモデル１６をベースとして、特徴部廻りの特徴部情報１４ｂを入力し、特徴部廻りの特徴部情報１４ｂをもとに特徴部３Ｄモデル１７を作成する。ここで、特徴部廻りの特徴部情報１４ｂとは、特徴部を含むブロックとその周辺に対して、上述の設備情報１４ａを取得した方法よりも精度の高い方法で得られた点群データである。例えば、設備情報１４ａを取得したときよりも設備に近接して配置した測定機器による測定や、設備情報１４ａを取得したときよりも多方位からの測定によって取得した点群データ・表面情報であるが、これに限られず、要は設備全体３Ｄモデル１５上における特徴部が有するデータ量よりも大きなデータ量を得られるような方法であればよい。

このように、設備情報１４ａよりも測定精度と解像度を高め、かつ死角の少ない特徴部情報１４ｂを用いることで、特徴部周辺の正確な３Ｄモデルを作成することが可能になっている。特徴部情報１４ｂをもとに作成した特徴部３Ｄモデル１７のデータは、システム制御・データ格納部２に保存されるとともに、内部３Ｄモデル作成部６に送られる。

内部３Ｄモデル作成部６において、特徴部廻りの特徴部情報１４ｂで取得した点群データと特徴部廻りの点群データ・表面情報をもとに作成した特徴部３Ｄモデル１７を用いて、上述の特徴部認識部４で検出した特徴部における対象物体（機器・配管等）の形状情報を特定または推定する。なお、本明細書において、「形状情報」とは、対象物体の寸法のみにとどまらず、対象物体を覆う付帯物に対する相対位置等の位置情報をも含むものとして取り扱う。

特徴部において、対象物体が付帯物に覆われず露出している（即ち、点群データ・表面情報を実測できる）部分においては、露出している部分の対象物体の形状情報を実測し、例えば付帯物に覆われた部分の対象物体の外径を、当該露出している部分の外径と同じ等と仮定することにより、付帯物に覆われた部分の対象物体の形状情報を推定する。特徴部において、対象物体が付帯物から露出した箇所が無く、対象物体が接続されたフランジやバルブ部分で外径が変化する等の、対象物体近傍の形状に変化がある領域の対象物体の形状情報を推定する場合には、例えば以下２種類のアプローチを採用し得る。

（１）付帯物の厚みを仮定し、付帯物に覆われた内部の対象物体の外径をエンジニアリングによって推定する。付帯物が保温材の場合、市販品の厚みは２０～１００ｍｍ程度であり、この中から付帯物の厚みの初期値を設定する。これにより推定した対象物体の外径をもとに、フランジやバルブ等の市販品の外径寸法などを示す仕様（例えば５０Ａ、スケジュール１０など）を規格表から検索して推定し、対象物体の機器・配管等の仕様と大きさを特定する。なお、保温材の厚みは、対象物体の外径や表面温度、付帯物の表面温度の設計値によって変わり得る。

（２）（１）と同様に付帯物の厚みと物性（内部の熱伝導率、表面の熱伝達係数）を仮定し、内部の対象物体の表面温度を伝熱計算によって推定する。設備のプロセスデータとして、対象物体の内部温度を取得できる場合に有効な手段である。上記推定した対象物体の表面温度と、取得した対象物体の内部温度とを比較することで、対象物体の外径を推定することが可能になる。

図３に、設備のモデル化システムの内部３Ｄモデル作成部６において、特徴部における付帯物の内部の対象物体の形状情報を推定する具体的なフローの一例を示す。特徴部廻りの特徴部情報１４ｂで取得した特徴部廻りの点群データ１０３、特徴部廻りの外観画像または写真データ１０４、特徴部廻りの表面温度データ１０５、ならびに特徴部３Ｄモデル１７を用いて、対象物体の形状情報推定部２６において、付帯物に覆われた部分の対象物体の形状情報推定結果２７を求める。

この推定結果と、あらかじめエンジニアリングに関する情報を格納した設計情報格納部２９から取得した対象物体設計データ１０７とを、対象物体の形状情報判定部２８で照合し、対象物体の形状情報推定結果２７の妥当性を判断する。妥当と判断した場合には、上述の特徴部認識部４で検出した特徴部における対象物体（機器・配管等）の形状情報を特定し、内部３Ｄモデル１８を出力する。一方、妥当でない、即ち、対象物体設計データ１０７で該当する候補が見つからなかった場合には、対象物体の形状情報の再推定の指令３０を出し、対象物体の形状情報推定部２６における処理に戻る。

ここで、仮に設計情報格納部２９で、当該箇所の設計データ（図面や仕様など）を参照することができれば、対象物体の形状情報を特定したり、上述の仮定や推定結果をバックチェックすることが可能である。また、この設計情報をもとに特徴部の対象物体３Ｄモデルを作成するアプローチを取ることも可能である。

以上の手順によって、付帯物に覆われた部分の対象物体の形状情報を特定または推定し、特徴部における付帯物に覆われた部分の対象物体の３Ｄモデルである内部３Ｄモデル１８を作成する。内部３Ｄモデル１８のデータは、システム制御・データ格納部２に保存されるとともに、付帯物３Ｄモデル作成部７に送られる。

付帯物３Ｄモデル作成部７では、図４に示すように、特徴部における付帯物の形状情報推定部３１において、特徴部３Ｄモデル１７と内部３Ｄモデル１８の形状情報との差分を取り、特徴部における付帯物の形状情報を推定する。この推定結果をもとに、特徴部における付帯物３Ｄモデル１９を作成し、そのデータをシステム制御・データ格納部２に保存するとともに、３Ｄモデル拡張部８に送る。

次に、３Ｄモデル拡張部８で特徴部の３Ｄモデルを拡張するフローの一例を、図５に示す。３Ｄモデル拡張部８では、付帯物３Ｄモデル１９に加えて、設備全体３Ｄモデル１５、特徴部３Ｄモデル１７、および内部３Ｄモデル１８を用いて、特徴部に繋がる系統の対象物体および付帯物の３Ｄモデル２０を作成する。ここで、特徴部に繋がる系統とは、詳しくは後述するが、特徴部認識部４において認識した特徴部が属するブロックと隣接するブロックのことを指す。

３Ｄモデル拡張部８ではまず、特徴部に繋がる系統の形状情報の偏差確認部３４において、設備全体３Ｄモデル１５より求めた当該系統における付帯物の形状情報と、特徴部３Ｄモデル１７と特徴部の付帯物３Ｄモデル１９の少なくとも一方より求めた特徴部の付帯物の形状情報の差分を取り、特徴部に繋がる系統の形状情報の偏差３５を求める。付帯物に繋がる系統の対象物体３Ｄモデル作成部３６において、特徴部の対象物体３Ｄモデルの形状情報を、上述の偏差分を補正する等の方法によって推算し、推算結果から特徴部に繋がる系統の対象物体３Ｄモデル３７を作成する。続いて、特徴部に繋がる系統の付帯物３Ｄモデル作成部３８において、設備全体３Ｄモデル１５から、特徴部に繋がる系統における対象物体３Ｄモデル３７の差分を取ることで、特徴部に繋がる系統の対象物体および付帯物の３Ｄモデル２０が得られる。

また、特徴部の３Ｄモデルを起点として、特徴部に繋がる系統で近隣のブロックにおける対象物体および付帯物の３Ｄモデルを推定し、この推定作業を繰り返すことで付帯物に覆われた内部の対象物体の３Ｄモデルを作成することができる。

最後に、図６Ａ及び図６Ｂに、設備のモデル化システムの処理画面および出力画面の一例を示す。まず図６Ａに、前述の図２に示した、特徴部認識部４が対象物体と付帯物を識別できる箇所を探索する際に表示される処理画面の一例を示す。

特徴部認識部４は、特徴部認識部４の画像－３Ｄモデル合成部２１で作成した、画像合成した設備全体３Ｄモデル２２から、外径や色や光の反射強度などの、外観が周囲と異なる箇所を抽出する。それと同時に、表面温度合成部２３から作成した、画像・表面温度分布を合成した設備全体３Ｄモデル２４から、表面温度が周囲と異なる箇所を、それぞれ抽出する。

その一方で、設備全体３Ｄモデル１５と、システム制御・データ格納部２に保存されている対象物体設計データ１０７と、図示しないものの対象物体の内部温度の実測データと、から、対象物体の大きさや系統上の位置関係、外径、色ならびに表面温度の想定値を推算する。

上述した、周囲と比べて外観又は／及び表面温度が異なる箇所について、推算された想定値とも照合し、当該箇所が対象物体の露出部か、等を判定する。また、当該箇所を特徴部として認識し、設備全体３Ｄモデル１５の中から当該箇所を含むブロックのデータを抽出し、設備全体３Ｄモデル１５より抽出した特徴部３Ｄモデル１６として出力する。

次に、図６Ｂに、特徴部廻りの３Ｄモデルの出力画面の一例を示す。この出力画面は、内部３Ｄモデル作成部６から出力された、特徴部における付帯物に覆われた対象物体の内部３Ｄモデル１８と、付帯物３Ｄモデル作成部７から出力された、特徴部における付帯物３Ｄモデル１９と、３Ｄモデル拡張部８から出力された、特徴部に繋がる系統の対象物体および付帯物の３Ｄモデル２０と、をまとめて一画面上に表示したものである。

図６Ｂに示す画面を表示させるには、まず対象物体（図中の配管Ｌ１＿Ｎ－１及び配管Ｌ２＿Ｎ＋１の露出部、並びに機器Ｅ１）を含むブロックＮを特徴部として、ブロックＮにおける３Ｄモデル１８、１９を作成する。そして、隣接するブロックＮ－１とブロックＮ＋１について、この３Ｄモデル１８、１９と設備全体３Ｄモデル１５を用いて、図５に示した３Ｄモデル拡張部８によってブロックＮに隣接するブロックＮ－１とブロックＮ＋１における対象物体（配管Ｌ１＿Ｎ－１及び配管Ｌ２＿Ｎ＋１）および付帯物（配管Ｌ１＿Ｎ－１を覆うカバーＬ１＿Ｎ－１、及び配管Ｌ２＿Ｎ＋１を覆うカバーＬ２＿Ｎ＋１）の３Ｄモデル２０を作成し、これら３つのブロックの３Ｄモデルを繋げて図６Ｂに示す表示画面を得る。

なお、図６Ｂにおいては、対象物体を配管Ｌ１＿Ｎ－１及び配管Ｌ２＿Ｎ＋１の露出部、並びに機器Ｅ１として示したが、モデル化の目的等によっては、特徴部がバルブＢ１、フランジＦ１、Ｆ２になることもあり得る。

以上に示した設備のモデル化システムによれば、設備外部からの非破壊現場計測で得た表面情報をもとに、外側の付帯物と、付帯物に覆われた内部対象物体（機器・配管等）を識別できる箇所を特徴部として探索し、この特徴部における対象物体および付帯物の３Ｄモデルを作成することができる。

さらに、本発明の設備のモデル化システムを、設備の点検・補修に用いることで、現在の機器・配管の据え付け状況を確認するための足場設置や付帯物の解体・復旧工事を簡略化でき、その作業分の設備の停止期間を短縮することができる。加えて、図示しないものの、本システムで作成した設備の３Ｄモデルをプロセス評価（デジタルツイン等）や機器単体の各種評価（熱流動、反応、構造（応力・振動）等の各種解析）に適用することで、現場の施工状況に基づく正確な形状データ作成、入力・出力および境界条件の選定を支援し、各種評価の準備作業の効率化と精度向上に貢献する。

〈実施例２〉
次に、本発明の実施例２に係る設備のモデル化システムについて、図７を用いて説明する。本実施例では、特徴部認識部４が特徴部を認識できた場合に、実施例１の付帯物３Ｄモデル作成部７においてさらに、伝熱計算を実施して付帯物の仕様（厚さなどの形状、熱伝導率などの熱物性）を推定する。設備のモデル化システムの他のフローは、実施例１と同じであるため、図示および説明を省略する。

実施例２の付帯物３Ｄモデル作成部７では、特徴部の付帯物の形状情報推定部３１において、特徴部情報１４ｂをもとに作成した特徴部３Ｄモデル１７と内部３Ｄモデル１８との差分を取り、特徴部の付帯物の形状情報推定結果３２として出力する。この時点で、特徴部における付帯物の形状の推定結果が得られたことになる。続いて、付帯物の仕様推定部３３において、特徴部における付帯物の形状と、特徴部情報１４ｂを用いて伝熱計算を実施し、付帯物の熱物性（熱伝導率など）３９を推算する。ここで、対象物体の露出部を特徴部として検出できており、当該箇所で実測した表面温度や、この表面温度に対する対象物体の内部温度の実測値、さらに大気温度の実測値を得ることができれば、実用的な精度での推算が可能になる。

次に、付帯物の熱物性３９の推算結果の妥当性を、付帯物の仕様判定部４０で判定する。付帯物が例えば保温材の場合、市販の保温材の熱伝導率は０．０３～０．１０Ｗ／ｍ・Ｋ（７０℃）程度であり、この範囲に入れば妥当な推算結果と判断する。このような熱物性値は、材質や種類や評価温度、ならびに保温材の劣化状態で変動するため、これらに関する情報も考慮して判断することが好ましい。

付帯物の熱物性３９の推算結果が妥当であると判断された場合には、付帯物３Ｄモデル作成部７は特徴部における付帯物３Ｄモデル１９を出力し、妥当でないと判断された場合には、特徴部における付帯物の形状情報の再推定の指令４１を出して、特徴部における付帯物の形状情報推定部３１における処理に戻る。

このように、本実施例においては、付帯物の熱物性（熱伝導率など）をさらに推定し、その推定結果の妥当性をエンジニアリングの観点で確認できる手段を設けているため、付帯物の形状推定精度を高めることが可能になっている。

〈実施例３〉
最後に、本発明の実施例３に係る設備のモデル化システムについて、図８を用いて説明する。本実施例では、本発明の設備のモデル化システムにおいて、特徴部認識部４において対象物体と付帯物を識別できる箇所を検出できなかった場合、すなわち、特徴部を自動的に認識できなかった場合に、付帯物３Ｄモデル作成部７において伝熱計算を実施し、付帯物の形状情報を推定する。本実施例においても、実施例１と異なる部分のフローについてのみ説明する。

本実施例では、特徴部認識部４で対象物体と付帯物を識別できる箇所を検出できなかった場合を想定しており、この場合は、目視等でユーザが伝熱計算を実施する箇所を特徴部として選定する。そして、ユーザ自身によって測定機器を操作し、特徴部を含む領域における特徴部情報１４ｂを取得する。選定する特徴部としては、設備の外観においては外径変化や付帯物の劣化が少なく、付帯物については表面温度分布のばらつきが小さく、かつ対象物体についてはその内部温度の実測値が得られる箇所の近傍が望ましい。このような場所を選ぶことで、特徴部の付帯物の内部と外部の表面温度を実測値から与えることができる。

特徴部３Ｄモデル作成部５では、上記ユーザが取得した特徴部廻りの特徴部情報１４ｂを用いて、特徴部廻りの特徴部情報１４ｂもとに特徴部３Ｄモデル１７を作成し、付帯物の形状情報や表面温度に関する詳細なデータを取得することができる。なお、ユーザが取得した特徴部情報１４ｂは、ユーザによってシステム制御・データ格納部２に格納される。

これらのデータに加え、付帯物に覆われた部分の対象物体の温度と外径の実測値を与え（付帯物の厚みも決まる）、実施例２と同様に付帯物３Ｄモデル作成部７において伝熱計算を実施することで、付帯物の熱物性（熱伝導率）を推算することができる。この推算結果が、実施例２と同様の手順で妥当と判断できれば、付帯物の材質も特定できるとともに、特徴部における付帯物３Ｄモデル１９を出力する。

得られた付帯物３Ｄモデル１９は、内部３Ｄモデル作成部６に送られて確認的に内部３Ｄモデル１８を作成してもよいし、直接３Ｄモデル拡張部８に送られてもよい。

以上で説明した本発明の実施例によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）モデル化対象物体を有する設備のモデル化システム１であって、設備の点群データと表面情報とを含む設備情報１４ａを取得し、当該設備情報１４ａに基づいて、モデル化対象物体および当該モデル化対象物体の少なくとも一部を覆う付帯物が存在する領域を検出し、当該領域を特徴部として認識する特徴部認識部４と、設備情報１４ａを用いて、特徴部に関する特徴部３Ｄモデル１７を作成する特徴部３Ｄモデル作成部５と、モデル化対象物体の、付帯物に覆われた部分の形状情報を、特徴部３Ｄモデル１７及び設備情報１４ａに基づいて推定し、付帯物に覆われたモデル化対象物体に関する内部３Ｄモデル１８を作成する内部３Ｄモデル作成部６と、を備える。

これにより、機器・配管の据え付け状況を現場で確認するための足場設置や付帯物の解体・復旧工事を簡略化し、非破壊の現場計測で得た情報を用いて設備の運転中に３Ｄモデルを作成することが可能となる。また、本システムを設備の点検・補修に用いることで、上述した現場確認に関する工事を簡略化できるため、設備の停止期間を短縮することができる。

（２）モデル化対象物体を有する設備のモデル化システム１であって、設備全体の点群データと表面情報とを含む設備情報１４ａを取得して設備全体に関する設備全体３Ｄモデル１５を作成する設備全体３Ｄモデル作成部３と、設備全体３Ｄモデル１５に基づいて、モデル化対象物体およびモデル化対象物体の少なくとも一部を覆う付帯物が存在する領域を検出し、当該領域を特徴部として認識する特徴部認識部４と、特徴部に関して、設備情報１４ａを取得した方法よりも高精度の取得方法によって、特徴部の点群データと表面情報とを含む特徴部情報１４ｂを取得し、特徴部情報１４ｂに基づいて特徴部に関する特徴部３Ｄモデル１７を作成する特徴部３Ｄモデル作成部５と、モデル化対象物体の、付帯物に覆われた部分の形状情報を、特徴部３Ｄモデル１７及び特徴部情報１４ｂに基づいて推定し、付帯物に覆われたモデル化対象物体に関する内部３Ｄモデル１８を作成する内部３Ｄモデル作成部６と、を備える。

これにより、まず設備外部からの非破壊現場計測で得た設備全体の情報をもとに、外側の付帯物と、付帯物に覆われた内部対象物体（機器・配管等）を識別できる領域を特徴部として検出することが可能になるため、特徴部の検出精度を向上させることが可能になる。さらに、特徴部に対しては、設備全体を測定した方法よりも精度の高い測定方法によって点群データ及び表面情報を取得し、３Ｄモデルを作成するため、特徴部における対象物体および付帯物のより高精度な３Ｄモデルを作成することができる。

（３）特徴部３Ｄモデルおよび内部３Ｄモデルの差分を取り、付帯物の形状情報を推定し、付帯物に関する付帯物３Ｄモデル１９を作成する付帯物３Ｄモデル作成部７と、をさらに備える。これにより、モデル化対象物体だけでなく、対象物体を覆う付帯物についても、精度の高い３Ｄモデル図を作成することが可能になる。

（４）特徴部３Ｄモデル１７に関する情報と、特徴部に隣接する領域に関する点群データとを用いて、当該特徴部に隣接する領域に存在する付帯物の形状情報を推定することによって付帯物３Ｄモデル１９を拡張し、特徴部に隣接する領域の点群データと、拡張した付帯物３Ｄモデルとの差分を取り、特徴部に隣接する領域におけるモデル化対象物体の形状を推定して内部３Ｄモデルを拡張する、３Ｄモデル拡張部８をさらに備える。これにより、一の特徴部において得られた各種のデータを用いて、当該特徴部に隣接する領域についてのモデル化を容易に行うことが可能になる。

（５）内部３Ｄモデル作成部６は、推定したモデル化対象物体の形状情報を、設備の設計情報から取得したモデル化対象物体に関する情報と照合する。これにより、設備の設計情報が既知である場合に、モデル化の精度を向上させることが可能になる。

（６）表面情報は、設備の外観画像もしくは写真、または表面温度の分布のうちの少なくとも１種類を含む。これらは、３Ｄレーザスキャナやサーモグラフィなどの既存の機器を用いて容易に取得できるため、効率よく本発明を実施できる。

（７）モデル化対象物体および当該モデル化対象物体の少なくとも一部を覆う付帯物の検出には、表面情報から外径、色、表面温度のうち少なくとも１種類のデータを使用する。このように多角的な情報を用いることにより、得られるデータも多様なものになり、多角的な分析が可能になる。

（８）表面情報は設備の表面温度の分布を含み、特徴部認識部は、設備の表面上で、周囲と表面温度が異なる領域を探索し、当該領域を特徴部として検出する。これにより、外観では形状の変化がないような領域も特徴部と認識可能になるため、特徴部の見落としを減少させることが可能になる。

（９）付帯物３Ｄモデル作成部７は、周囲と表面温度が異なる領域について、その領域およびその領域の周囲の表面温度を用いて伝熱計算を実施し、付帯物の熱伝導率を推定する。これにより、付帯物の熱物性（熱伝導率など）をさらに推定し、その推定結果の妥当性をエンジニアリングの観点で確認することが可能になるため、付帯物の形状推定精度を高めることが可能になる。

（１０）設備上の任意の領域であって、当該領域におけるモデル化対象物体の表面温度及び／又は外径が実測可能である領域を特徴部であると設定し、付帯物３Ｄモデル作成部７は、付帯物の外側表面に対して伝熱計算を実施し、モデル化対象物体の表面温度及び／又は外径と伝熱計算の結果とに基づいて付帯物の熱伝導率を推定する。従って、特徴部認識部４が特徴部を認識できなかった場合でも、本発明を適用して適切なモデル化を実現することが可能になる。すなわち、外観および表面温度からでは、付帯物に覆われた、モデル化すべき対象物体を認識できないような場合であっても、ユーザによる探索によって対象物体を検知し、当該対象物体が存在する領域を特徴部として設定することによって、本発明を適用して精度の高い３Ｄモデル図を作成することが可能になる。

本発明の設備のモデル化システムは、外側に付帯物（加熱・保温・冷却手段、カバー等）が施工された多くの機器・配管が設置されているプラント、工場、ビルや商業施設、地下鉱山、トンネルといった様々な設備に適用可能である。また、本システムで作成した、現在の設備の施工状況をデジタル化した３Ｄモデルの情報は、デジタルツインを始めとする各種解析による設備の運用評価、保守計画、施工管理等のシステムとの連携が可能であり、これらシステムを用いた設備のＯ＆Ｍ（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ＆ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）業務を高精度化および効率化することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、上記の実施例は本発明に対する理解を助けるために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…モデル化システム、 ３…設備全体３Ｄモデル作成部、 ４…特徴部認識部、 ５…特徴部３Ｄモデル作成部、 ６…内部３Ｄモデル作成部、 ７…付帯物３Ｄモデル作成部、 ８…３Ｄモデル拡張部、 １４…点群データ・表面情報、 １４ａ…設備全体の点群データ・表面情報（設備情報）、 １４ｂ…特徴部廻りの点群データ・表面情報（特徴部情報）、 １５…設備全体３Ｄモデル、 １６…設備全体３Ｄモデルより抽出した特徴部３Ｄモデル、 １７…特徴部廻りの点群データ・表面情報をもとに作成した特徴部３Ｄモデル、 １８…内部３Ｄモデル、 １９…付帯物３Ｄモデル、 ２０…特徴部に繋がる系統（特徴部と隣接するブロック）の対象物体および付帯物の３Ｄモデル、 ３６…特徴部に繋がる系統（特徴部と隣接するブロック）の対象物体３Ｄモデル作成部、 ３８…特徴部に繋がる系統（特徴部と隣接するブロック）の付帯物３Ｄモデル作成部、 １０７…対象物体設計データ

Claims (10)

1. モデル化対象物体を有する設備のモデル化システムであって、
   前記設備の点群データと表面情報とを含む設備情報を取得し、当該設備情報に基づいて、前記モデル化対象物体および当該モデル化対象物体の少なくとも一部を覆う付帯物が存在する領域を検出し、当該領域を特徴部として認識する特徴部認識部と、
   前記設備情報を用いて、前記特徴部に関する特徴部３Ｄモデルを作成する特徴部３Ｄモデル作成部と、
   前記モデル化対象物体の、前記付帯物に覆われた部分の形状情報を、前記特徴部３Ｄモデル及び前記設備情報に基づいて推定し、前記付帯物に覆われた前記モデル化対象物体に関する内部３Ｄモデルを作成する内部３Ｄモデル作成部と、
   を備えることを特徴とするモデル化システム。
2. モデル化対象物体を有する設備のモデル化システムであって、
   前記設備全体の点群データと表面情報とを含む設備情報を取得して設備全体に関する設備全体３Ｄモデルを作成する設備全体３Ｄモデル作成部と、
   前記設備全体３Ｄモデルに基づいて、前記モデル化対象物体および当該モデル化対象物体の少なくとも一部を覆う付帯物が存在する領域を検出し、当該領域を特徴部として認識する特徴部認識部と、
   前記特徴部に関して、前記設備情報を取得した方法よりも高精度の取得方法によって、前記特徴部の点群データと表面情報とを含む特徴部情報を取得し、当該特徴部情報に基づいて前記特徴部に関する特徴部３Ｄモデルを作成する特徴部３Ｄモデル作成部と、
   前記モデル化対象物体の、前記付帯物に覆われた部分の形状情報を、前記特徴部３Ｄモデル及び前記特徴部情報に基づいて推定し、前記付帯物に覆われた前記モデル化対象物体に関する内部３Ｄモデルを作成する内部３Ｄモデル作成部と、
   を備えることを特徴とするモデル化システム。
3. 請求項２に記載されたモデル化システムにおいて、
   前記特徴部３Ｄモデルおよび前記内部３Ｄモデルの差分を取り、前記付帯物の形状情報を推定し、前記付帯物に関する付帯物３Ｄモデルを作成する付帯物３Ｄモデル作成部と、
   をさらに備えることを特徴とするモデル化システム。
4. 請求項３に記載されたモデル化システムにおいて、
   前記特徴部３Ｄモデルに関する情報と、前記特徴部に隣接する領域に関する点群データとを用いて、当該特徴部に隣接する領域に存在する付帯物の形状情報を推定することによって前記付帯物３Ｄモデルを拡張し、
   前記特徴部に隣接する領域の点群データと、拡張した前記付帯物３Ｄモデルとの差分を取り、前記特徴部に隣接する領域におけるモデル化対象物体の形状を推定して前記内部３Ｄモデルを拡張する、３Ｄモデル拡張部をさらに備えることを特徴とするモデル化システム。
5. 請求項２に記載されたモデル化システムにおいて、
   前記内部３Ｄモデル作成部は、
   前記推定した前記モデル化対象物体の形状情報を、前記設備の設計情報から取得した前記モデル化対象物体に関する情報と照合する、ことを特徴とするモデル化システム。
6. 請求項２に記載されたモデル化システムにおいて、
   前記表面情報は、前記設備の外観画像もしくは写真、または表面温度の分布のうちの少なくとも１種類を含む、ことを特徴とするモデル化システム。
7. 請求項２に記載されたモデル化システムにおいて、
   前記モデル化対象物体および当該モデル化対象物体の少なくとも一部を覆う付帯物の検出には、前記表面情報から外径、色、表面温度のうち少なくとも１種類のデータを使用することを特徴とするモデル化システム。
8. 請求項３に記載されたモデル化システムにおいて、
   前記表面情報は前記設備の表面温度の分布を含み、
   前記特徴部認識部は、前記設備の表面上で、周囲と表面温度が異なる領域を探索し、
   当該領域を前記特徴部として検出することを特徴とするモデル化システム。
9. 請求項８に記載されたモデル化システムにおいて、
   前記付帯物３Ｄモデル作成部は、前記周囲と表面温度が異なる領域について、
   前記領域および当該領域の周囲の表面温度を用いて伝熱計算を実施し、前記付帯物の熱伝導率を推定する、ことを特徴とするモデル化システム。
10. 請求項３に記載されたモデル化システムにおいて、
    前記設備上の任意の領域であって、当該領域における前記モデル化対象物体の表面温度及び／又は外径が実測可能である領域を前記特徴部であると設定し、前記付帯物３Ｄモデル作成部は、前記付帯物の外側表面に対して伝熱計算を実施し、前記モデル化対象物体の表面温度及び／又は外径と前記伝熱計算の結果とに基づいて前記付帯物の熱伝導率を推定する、ことを特徴とするモデル化システム。

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