David Winslow (sağda) Glen Kanyon Barajı elektrik santralinde. Fotoğraf Islah Bürosu/Autodesk tarafından sağlanmıştır.
Batıya su ve elektrik getirmek
ABD Kongresi, kurak toprakları sulama yoluyla "ıslah ederek" insanların kullanımına açma hedefiyle 1902 yılında Islah Bürosu'nu kurdu. Şu anda 17 batı eyaletindeki 492 barajın bakımından sorumlu olan kurum, her yıl 10 trilyon galon suyu 31 milyondan fazla insana ulaştırıyor. Yılda 40 milyar kilovat saatlik elektrik üreten Büro, bölgedeki en büyük yenilenebilir hidroelektrik üreticileri arasında ikinci sırada.
Bugün kuruluşunun üzerinden yüz yıldan fazla bir sürenin geçmiş olmasına rağmen kurumun misyonu hâlâ gelişmeye devam ediyor. Kurum, Amerika Birleşik Devletleri'nin batı eyaletlerindeki topluluklara gerekli kaynakları sağlamanın yanı sıra kendi varlıklarını zamanın yıkıcı etkilerine karşı ıslah etmeyi de hedefliyor. Salt Lake City, Utah'daki Islah Bürosu'nda CAD yöneticisi ve inşaat mühendisi olarak çalışan David Winslow şunları dile getiriyor: "Bu tesisler bölge için hayati önem taşıyor. Bizim görevimiz ise yüz yıllarca olduğu yerde kalacak bir şeyi yönetmek. Biz dünyayı terk ettikten çok sonra bile bu yapılar burada olacak. Fakat düzgün bir şekilde işletilip bakımlarının yapılması gerekiyor."
David Winslow (sağda) Glen Kanyon Barajı elektrik santralinde. Fotoğraf Islah Bürosu/Autodesk tarafından sağlanmıştır.
Altyapı bakımı: dünya genelinde karşılaşılan bir zorluk
Glen Kanyon Barajı, 1950-1970 arasında kurulan barajların sayısında dünya çapında artış yaşandığı zamanlarda, 1963 yılında tamamlandı. O dönemde, dünyanın dört bir yanındaki bölgelere elektrik ve su getirip taşkınları kontrol altına almak adına Mısır'daki Nil Nehri'ne kurulan Asvan Barajı, Japonya'daki Kurobe Barajı, Hindistan'daki Idukki Barajı, Brezilya'daki Ilha Solteria Barajı ve İsviçre'deki Contra Barajı da dahil olmak üzere yılda yaklaşık bin adet baraj kuruldu.
O zamanlar bu devasa altyapı projelerinin oluşturulmasına yardımcı olabilecek bir CAD yoktu. Winslow, dünyadaki en büyük beton barajlardan biri olan Glen Kanyon Barajı'nın "sürgülü hesap cetvelleri ve trigonometrik tablolar yardımıyla yapıldığını" söylüyor. "Tüm çizimler, çizim masalarında elle yapılmıştı." Elinde yalnızca kağıt üzerindeki planlar ve projeler olan Islah Bürosu; yılların, hava koşullarının ve su akışındaki büyük değişikliklerin barajın durumu üzerindeki etkisi hakkında sınırlı bilgiye sahipti.
Bu, yalnızca Glen Kanyon Barajı'na özgü bir problem değil: Dünya Bankası'na göre, dünya çapında sayısı 58.000'i aşan barajların yarısından fazlası en az 50 yıldır hizmet veriyor. Baraj bakımı ve dayanıklılığı için daha iyi araçların bulunmasına yönelik ihtiyaç, şüphesiz tüm dünyada karşılaşılan bir zorluk.
1960'lı yıllarda Glen Kanyon Barajı. Fotoğraf Islah Bürosu tarafından sağlanmıştır.
"Bu tesisi yönetirken binlerce 2B çizimden kurtulmamız gerekiyordu. Glen Kanyon Barajı'nda tam olarak ihtiyacımız olan şey; barajı, kanyon duvarlarını, baraj gölünü, ters akışı, nehrin akışını ve elektrik santralinin iç ve dış kısmını içeren kapsamlı bir 3B modeldi."
—David Winslow, CAD yöneticisi ve inşaat mühendisi, Islah Bürosu
Eskiyen barajları teşhis eden yeni teknoloji ürünü araçlar
Islah Bürosu, yapının ayrıntılı bir 3B dijital modelini yani "sanal" bir Glen Kanyon Barajı oluşturmak için en iyi araç ve teknikleri seçebilmek üzere Autodesk'e danıştı. Üç boyutlu veriler, büronun 2B kağıt belgelerinin sunabileceklerinden daha fazla derinlik ve bağlam sunar. Üstelik dijital veriler dinamiktir: Eski projeler gibi zaman geçtikçe sabit kalmaz. Dijital modeller güncellenebilir, yeni senaryolar simüle edilebilir ve gelecek yüzyıllar için belirlenen orijinal verilerdeki değişiklikler ölçülebilir.
Bir 3B model, Islah Bürosu'na Glen Kanyon Barajı'nın yönetim ve bakımında yardımcı olacak pek çok yeni olanak sunabilirdi. Bu model; mevcut hasarların bulunmasını, teşhis edilmesini ve onarılmasını, gelecekte oluşabilecek hasarların ise önceden tahmin edilip önlenmesini kolaylaştırırdı.
Peki CAD henüz yokken inşa edilen bir yapının bilgisayar modelini nasıl oluşturabilirsiniz? Cevap: gerçeklik yakalama yöntemiyle.
"Bu tesisi yönetirken binlerce 2B çizimden kurtulmamız gerekiyordu. Glen Kanyon Barajı'nda tam olarak ihtiyacımız olan şey; barajı, kanyon duvarlarını, baraj gölünü, ters akışı, nehrin akışını ve elektrik santralinin iç ve dış kısmını içeren kapsamlı bir 3B modeldi."
—David Winslow, CAD yöneticisi ve inşaat mühendisi, Islah Bürosu
Devasa bir tesisten devasa veriler yakalamak
Gerçeklik yakalama, bir nesneyle ilgili verilerin (boyut, şekil ve pozisyona ait görsel ve ölçüler) toplanıp bunların bilgisayar modelinde bir araya getirilmesini kapsar. Islah Bürosu, çalışanları prosedür ve süreçleri gözlemlerken gerekli verileri toplayıp 3B modeller oluşturmak için, Bilim ve Teknoloji programına ait fonu kullanarak Autodesk ile sözleşme imzaladı. Islah Bürosu ve Autodesk, Ağustos 2016'da tesisi belgelemek için lazer tabanlı tarayıcılardan (lidar olarak bilinir), sonarlardan ve kameralardan faydalanarak barajla ilgili verileri toplamaya başladı.
Son derece büyük bir görev üstlenen Autodesk ekibi, günde 12 saat çalışarak tam bir haftada barajı ve çevresindekileri tarayıp fotoğrafladı. Ekip üyeleri; hidroelektrik santralinin iç ve dış kısımlarının, barajın düz ve ters akış cephelerinin, barajın tepe noktasının, çevresindeki manzaranın ve hatta ziyaretçi merkezinin bir kısmının görüntülerini yakalayarak ölçümlerini yaptılar. Topladıkları 700 lidar taramasının yanı sıra bir dizi gelişmiş aracı kullanarak karadan, sudan ve havadan binlerce fotoğraf ve video da çektiler.
Fotoğraflar Islah Bürosu/Autodesk tarafından sağlanmıştır.
Winslow (solda), lazer tarayıcıyla barajda ve kanyon duvarlarında yüksek hassasiyete sahip 3B ölçümler yapıp bunların görsellerini yakalayan proje ekibini gözlemliyor.
1/6
Lazer tabanlı teknoloji, diğer adıyla lidar, ışık atımları yapıp bunların kaynağa dönme sürelerini ölçerek devasa barajlarda ölçümler yapıyor.
2/6
Autodesk iş ortaklarından e-Trac, Lake Powell baraj gölünde sonar kullanarak barajın su altındaki yüzeylerini tarayan uzaktan kumandalı aracı (ROV) yönlendiriyor.
3/6
Autodesk ekip üyeleri, fotogrametri adı verilen bir işlemle 3B dijital modellere dönüştürmek üzere tahliye helikopterinden manzaranın bindirmeli hava fotoğraflarını çektiler.
4/6
Autodesk ekip üyeleri, üzerine kamera monte edilmiş bir drone ile hidroelektrik santralinin ana üretim bölgesinin yüksek iç kısmını taradı.
5/6
Autodesk ekip üyeleri, üzerine kamera monte edilmiş bir drone ile hidroelektrik santralinin ana üretim bölgesinin yüksek iç kısmını taradı.
6/6
Fotoğraflar Islah Bürosu/Autodesk tarafından sağlanmıştır.
Glen Kanyon Barajı'nın Autodesk ReMake ile oluşturulan modeli.
Verileri dijital modellere dönüştürmek
Glen Kanyon Barajı'nın taramalarında göz alıcı görseller ve zengin, fotoğraf gerçekliğindeki 3B nokta bulutlarında milyonlarca veri noktası yakalandı. Fotogrametri adı verilen bir işlemle bindirmeli resimler birleştirilerek ekibin fotoğraflarından fotoğraf modelleri oluşturuldu. Ekip, tüm bu işlenmemiş verileri bir araya getirmek için ReCap Pro (İngilizce) kullanarak daha büyük, daha kapsamlı bir nokta bulutu oluşturdu.
Nokta bulutunu Revit'e (İngilizce) aktaran ekip, sonrasında yapı çeliğinden hidroelektrik jeneratörlerine kadar barajın bileşenleriyle donatılmış bir 3B teknik model ortaya çıkardı. Eski ve yeniyi bir araya getiren bu modelde, kullanıcıların barajın parça ve kısımlarının yanı sıra bunların birlikte bir sistem hâlinde nasıl çalıştıklarını da anlayabilmeleri için eski 2B çizimlerle gelişmiş nokta bulutu verileri eşleştirilir.
Ekip, projenin son aşamasında teknik modeli InfraWorks'e (İngilizce) aktararak barajın performansı hakkında (ne kadar suyun serbest bırakıldığı ve ne kadar elektriğin üretildiği gibi) gerçek zamanlı veri akışları ekleyecek. Sonuç olarak, operatörlerin dikkat etmeleri gereken riskleri ve faydalanabilecekleri fırsatları tespit etmesine yardımcı olan, barajın dinamik bir sanal sunumu ortaya çıkacak.
Glen Kanyon Barajı'nın Autodesk ReMake ile oluşturulan modeli.
Geleceği öngörmek
Islah Bürosu, Glen Kanyon Barajı'nın dinamik 3B modelini tüm beceri düzeylerindeki operatör ve çalışanları için bir araç olarak kullanacak. Winslow: "Bu, birden fazla kez kullanabileceğimiz bir model olacak. Üstelik halkın eğitimi konusunda yeni yöntemler de sunuyor: Örneğin özellikle ziyaretçilerin güvenli bir şekilde ulaşamadığı alanlar için sanal barajın videolu sunumları paylaşılabilir. Kurum, Nevada'daki Hoover Barajı ve Washington'daki Grand Coulee Barajı da dahil olmak üzere diğer varlıkları için de buna benzer 3B modeller oluşturmayı planlıyor.
En önemli husus ise modelin karşılaşacakları belirsizliklere karşı hazırlıklı olmalarında kritik bir araç olması. Winslow düşüncelerini şöyle dile getiriyor: "Yıldan yıla su akışı ve hava koşulları değiştiğinden baraj gölüne ulaşan akış konusunda neyle karşılaşacağımızdan emin olamıyoruz. Yalnızca bu yüzyılda değil, sonrasında da bölgeye suyu en iyi şekilde nasıl sağlayabileceğimizi anlamaya çalışıyoruz." Sözlerine devam eden Winslow, dinamik 3B modelin "birçok disiplinde kullanılabilen, seneler geçtikçe tesisi daha iyi yönetebilmelerine yardımcı olacak bir araç" olduğunu ifade ediyor.
3B model, milyonlarca veri noktasından yola çıkarak baraj ve çevresindekilerin doğru bir görselleştirmesini sunuyor.
Ekip üyelerinden biri, lidar cihazıyla devasa Glen Kanyon Barajı'nı tarıyor. Fotoğraf Islah Bürosu/Autodesk tarafından sağlanmıştır.
Tüm dünyada etki uyandıran teknoloji araçları
Günümüzde baraj operatörlerinin belirsiz bir geleceğe karşı hazırlıklı olmaları gerekiyor. Glen Kanyon Barajı'yla aynı yaşlardaki barajların onarılması için çeşitli girişimlerde bulunuluyor. Bahsedilen bu barajların arasında Afrika'daki 1959'da tamamlanan Kariba Barajı, Kaliforniya'daki 1968'de tamamlanan Oroville Barajı ve Avustralya'daki 1987'de tamamlanan Burdekin Falls Barajı yer alıyor. Ayrıca Endonezya, Hindistan, Ermenistan ve Vietnam'daki barajların iyileştirilmesi için de ulusal programlar düzenleniyor. Winslow'a göre Glen Kanyon Barajı'nda ilk adımı atılan 3B model oluşturma süreci, "tüm dünyadaki baraj sahiplerine ve operatörlere gelecekte tesislerini daha iyi işletip yönetmelerinde yardımcı olabilir."
Gerçeklik yakalama ve 3B dijital modeller, Glen Kanyon Barajı ve yaşı ilerleyen diğer barajlarda (elektrik santralleri, köprüler, limanlar ve kritik altyapı kapsamına giren diğer tüm tesislerin yanı sıra) tesislerin görselleştirilmesine, durumlarının izlenmesine ve gelecekteki performanslarının tahmin edilmesine yardımcı oluyor. Sonuç: altyapının daha uzun süre ayakta kalmasına yardımcı olan, daha iyi ve daha uygun maliyetli bir bakım süreci.
Ekip üyelerinden biri, lidar cihazıyla devasa Glen Kanyon Barajı'nı tarıyor. Fotoğraf Islah Bürosu/Autodesk tarafından sağlanmıştır.