BIM/Digital Twin-Based Construction Progress Monitoring through Reality Capture to Extended Reality (DRX)

Abstract

A generic framework for automated construction progress monitoring via introducing a new integration method incorporating the use of reality capture technologies (Laser Scanner and Wireless Sensors), Building Information Modeling (BIM), Digital Twin (DT), and Extended Reality (XR) has been developed in this study. The proposed framework, BIM/Digital twin-based reality capture to extended reality (DRX), in this research, arrays steps on how these technologies work collaboratively to create, capture, generate, analyze, manage, and visualize construction progress data, information, and reports. Interactions among steps and processes to be followed for implementation purposes are discussed through process modeling and Integrated Function Modeling (IDEF0) language. Finally, the reliability, validity, and contribution of the proposed framework was evaluated to understand the DRX model's effectiveness when implemented in real practice. The empirical data were collected through a computerized self-administered questionnaire (CSAQ) survey conducted on contracting and engineering consulting companies operating in the USA, UAE, Sweden, Denmark, and Canada. The structural equation modeling (SEM) method was used to test the hypotheses and develop the skill model. Then, the strengths and challenges of the DRX model have been described based on three different sources of academic publications, construction professionals’ experiences, and the author's lessons learned. It is concluded how the technologies of Unmanned Aerial Vehicles (UAV), reality capturing, visualization, and robotics, with construction management principles, can establish a DRX model to enable accurate and real-time progress monitoring of complex projects. DRX facilitates more precise as-planned creation, faster as-built data acquisition, optimizing the whole created and captured data, and presenting them in a real environment. This study provides a roadmap for future efforts involving implementation of the DRX system as a new era of design, construction, and monitoring to empower clients, project managers, designers, and other stockholders with advanced decision-making mechanisms to solve discrepancies in an effective manner. Keywords: Automated Construction Progress Monitoring, Building Information Modeling (BIM), Reality Capture (RC), Digital Twins (DT), Extended Reality (XR).

ÖZ: Bu çalışmada Gerçeklik yakalama teknolojileri (Lazer Tarayıcı ve Kablosuz Sensörler), Bina Bilgi Modelleme (BIM), Dijital İkiz (DT) ve Genişletilmiş Gerçeklik (XR) kullanımını içeren yeni bir bütünleşik yöntem ortaya konularak otomatik yapım ilerleme izlemesi için genel bir çerçeve geliştirilmiştir. Bu araştırmada önerilen çerçeve, Dijital ikiz tabanlı gerçeklik yakalamasi (DRX), yapım ilerleme verileri, bilgileri ve raporlarını oluşturmak, yakalamak, üretmek, analiz etmek, yönetmek ve görselleştirmek için bu teknolojilerin nasıl işbirliği içinde çalıştığına ilişkin adımları sıralar. Uygulama amacıyla izlenecek adımlar ve süreçler arasındaki etkileşimler, süreç modelleme ve Entegre Fonksiyon Modelleme (IDEF0) dili ile açıklanmıştir. Son olarak, DRX modelinin gerçek uygulamadaki etkinliğini anlamak için önerilen çerçevenin güvenilirliği, geçerliliği ve katkısı değerlendirilmiştir. Ampirik veriler, ABD, BAE, İsveç, Danimarka ve Kanada'da faaliyet gösteren müteahhitlik ve mühendislik danışmanlık şirketleri ile yürütülen bilgisayar tabanlı kendi kendine yönetilen anket (CSAQ) yöntemiyle toplanmıştır. Hipotezleri test etmek ve beceri modelini geliştirmek için yapısal eşitlik modeli (SEM) yöntemi kullanılmıştır. Daha sonra, DRX modelinin güçlü yönleri ve zorlukları, üç farklı kaynak olan akademik yayınlara, yapım uzmanlarının tecrübelerine ve yazarın öğrendikleri derslere dayanarak açıklanmıştır. İnsansız Hava Araçları (UAV), gerçeklik yakalama, görselleştirme ve robot teknolojilerinin yapım yönetimi prensipleriyle nasıl karmaşık projelerin doğru ve gerçek zamanlı ilerleme izlemesini sağlamak için bir DRX modeli oluşturabileceği sonucuna varılmıştır. DRX, daha hassas planlanan tasarım oluşturma, daha hızlı yapımı tamamlanmış veri toplama, oluşturulan ve yakalanan verilerin tamamını optimize etme ve bunları gerçek bir ortamda sunma imkanını sağlar. Bu çalışma, uyuşmazlıkları etkin bir şekilde çözmek için müşterileri, proje yöneticilerini, tasarımcıları ve diğer paydaşları gelişmiş karar alma mekanizmalarıyla güçlendirmek amacıyla yeni bir tasarım, yapım ve ilerleme izleme dönemi olarak DRX sisteminin uygulanmasını içeren gelecekteki çalışmalara yön verecek bir yol haritası sunmaktadır. Anahtar Kelimeler: Otomatik Yapım İlerleme İzleme, Bina Bilgi Modelleme (BIM), Gerçeklik Yakalama (RC), Dijital İkizler (DT), Genişletilmiş Gerçeklik (XR).