一種結(jié)合三維激光掃描技術(shù)的大型構(gòu)件安裝方法

仲維光 張萌 路宏杰 赫海濤 張亞軍

摘要：模塊化的施工方式是將建筑物分割成若干個(gè)獨(dú)立的模塊構(gòu)件，分別在工廠進(jìn)行預(yù)制，完成后運(yùn)輸至建筑施工現(xiàn)場組合，形成最終的整體。在大型結(jié)構(gòu)構(gòu)件的預(yù)制過程中會(huì)產(chǎn)生不可避免的偏差，構(gòu)件的組合過程中，預(yù)制偏差可能導(dǎo)致各構(gòu)件間連接部位無法配合，需要現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)整，影響工期，增加成本。本文主要論述一種施工方法，即采用先進(jìn)的三維激光掃描技術(shù)，獲取構(gòu)件本體和安裝位置的三維點(diǎn)云模型，用以建立實(shí)體三維模型，通過模型進(jìn)行模擬安裝推演及結(jié)構(gòu)干涉檢測，可以科學(xué)地預(yù)判出風(fēng)險(xiǎn)部位，提前拿出最佳的解決方案指導(dǎo)現(xiàn)場處理，最終實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的一次性精準(zhǔn)安裝。能夠通過使用此方法，有效壓縮構(gòu)件吊裝、調(diào)整、處理工期，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，提高施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：大型構(gòu)件 三維激光掃描 建模技術(shù) 模擬推演

中圖分類號：TU741.2

Abstract： The modular construction method is to divide the building into several independent module components， prefabricate them in the factory， and then transport them to the construction site for combination to form the final whole. In the combination process of components， prefabrication deviation may lead to the failure of connection parts between components， which requires on-site adjustment， affecting the construction period and increasing the cost. This paper mainly discusses a construction method， that is， the advanced three-dimensional laser scanning technology is used to obtain the three-dimensional point cloud model of the component body and installation position， so as to establish the solid three-dimensional model. Through the simulation installation deduction and structural interference detection of the model， the risk position can be scientifically predicted， and the best solution can be put forward in advance to guide the on-site treatment， Finally， the one-time accurate installation of components is realized. By using this method， the component hoisting， adjustment and treatment period can be effectively compressed， the construction risk can be reduced and the construction quality can be improved.

Key Words： Large component; 3D Laser scanning technology; Modeling technology; Simulation deduction

模塊化施工技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到了現(xiàn)代工程建造中，在建設(shè)工程中，存在大量指定位置安裝大尺寸構(gòu)件的情況。例如，在核電站建設(shè)中，由多面（組）中空鋼板墻組合而成的大型建筑構(gòu)件，預(yù)制組合完成后，運(yùn)至施工現(xiàn)場使用大型吊車安裝就位到設(shè)計(jì)位置。

大型建筑構(gòu)件為了在安裝后可以與其安裝區(qū)域原有結(jié)構(gòu)良好結(jié)合，設(shè)計(jì)有大量交叉或連接的部件。一般情況，是在建筑構(gòu)件的內(nèi)部安裝大量的橫向鋼筋，可以與安裝區(qū)域布置的縱向預(yù)埋鋼筋交叉匹配，在構(gòu)件就位后澆筑混凝土，可以快速構(gòu)成牢固的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。由于構(gòu)件內(nèi)部鋼筋和預(yù)埋鋼筋是分開安裝的，存在無法避免的無規(guī)律性位置偏差，在安裝過程中，會(huì)相互干涉導(dǎo)致構(gòu)件無法安裝。傳統(tǒng)的解決辦法是在構(gòu)件吊裝接近鋼筋前停吊，再安排大量人員進(jìn)行目視排查，根據(jù)匹配情況進(jìn)行處理，吊裝風(fēng)險(xiǎn)高，施工工期和質(zhì)量也難以控制。本文主要論述一種結(jié)合三維激光掃描技術(shù)的模擬安裝方法，通過獲取構(gòu)件本體和安裝區(qū)域三維模型進(jìn)行模擬推演，可以預(yù)判出風(fēng)險(xiǎn)部位，提前進(jìn)行處理，減少了吊裝過程處理環(huán)節(jié)，可以有效地降低施工風(fēng)險(xiǎn)，良好地控制工期與質(zhì)量。

1三維激光掃描技術(shù)介紹

1.1工作原理

三維激光掃描技術(shù)，又稱“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”，是利用激光測距的原理，通過記錄被測物體表面密集點(diǎn)位三維坐標(biāo)信息，可快速復(fù)建出被測物體的三維模型數(shù)據(jù)[1]。

1.2系統(tǒng)構(gòu)成

三維激光掃描系統(tǒng)主要由三維激光掃描儀及配件與計(jì)算機(jī)軟件構(gòu)成，三維激光掃描儀作為主要組成部分，能夠通過發(fā)射和接收激光獲取三維坐標(biāo)信息，在施工中需要配套的靶球和支架等進(jìn)行工作。計(jì)算機(jī)軟件主要用于數(shù)據(jù)的處理，可以將三維坐標(biāo)信息構(gòu)成線、面、體等圖形數(shù)據(jù)[2]。

1.3技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

三維激光掃描技術(shù)，不需反射棱鏡，可以自動(dòng)、直接對目標(biāo)體進(jìn)行非接觸性的掃描式測量工作，獲取構(gòu)件及其安裝區(qū)域結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。用以完成真實(shí)的實(shí)體三維模型建模，能夠?yàn)槟M安裝及干涉檢測創(chuàng)造良好的條件[3]。

整個(gè)過程中，人工參與的工作較少，且容易控制，基本免除了人工操作誤差產(chǎn)生的可能性，數(shù)據(jù)通過配套的軟件進(jìn)行規(guī)范化的處理，過程中進(jìn)行了充分的檢核與平差，減少了累積誤差，使精度有保障且不易出現(xiàn)錯(cuò)誤。

2構(gòu)件本體與安裝區(qū)域掃描

下文以Thimble TX8型三維激光掃描儀為例進(jìn)行操作，分別在構(gòu)件與安裝區(qū)域，選擇穩(wěn)定的位置，安裝掃描標(biāo)靶（如圖1所示），掃描標(biāo)靶應(yīng)均勻包圍需要掃描的區(qū)域，布置完成后對每個(gè)掃描標(biāo)靶應(yīng)進(jìn)行單獨(dú)編號，并繪制現(xiàn)場布置簡圖。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際結(jié)構(gòu)確定掃描路線后，布置掃描靶球位置，保證能夠完整掃描獲取全部三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。掃描時(shí)，對于空間較小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜密集的區(qū)域和部位，應(yīng)縮小測站間的距離，達(dá)到能夠掃描到全部細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)的狀態(tài)。過程中主要采用典型掃描模式進(jìn)行掃描，對于最復(fù)雜的縱橫墻交叉位置，采用精密掃描模式進(jìn)行掃描，如圖2、圖3所示。

掃描測量完成后，提取儀器內(nèi)部的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)移至計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理工作，通過配套的Trimble RealWorks點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理軟件，進(jìn)行高精度配準(zhǔn)[4]。

由于點(diǎn)云文件的數(shù)據(jù)量龐大，在配準(zhǔn)操作完成后，可以對點(diǎn)云模型進(jìn)行裁切處理，去除無關(guān)的部分，方便操作。

3模型建立與調(diào)整

首先，使用Revit軟件按設(shè)計(jì)圖紙建立模型文件，對于干涉風(fēng)險(xiǎn)較高的部位應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)建模。建模完成后，將構(gòu)件本體的模型文件和構(gòu)件安裝區(qū)域結(jié)構(gòu)的模型文件分別導(dǎo)入軟件，與相應(yīng)的點(diǎn)云模型文件進(jìn)行匹配，匹配后查看偏差部位，根據(jù)軟件中顯示的實(shí)際點(diǎn)云位置，調(diào)整模型文件中的模型位置，保證模型與實(shí)際情況達(dá)到一致[5]，如圖4、圖5所示。

4模擬推演與處理

分別將調(diào)整好的模型導(dǎo)入Navisworks軟件，進(jìn)行模擬推演與干涉檢測。以安裝區(qū)域模型為基準(zhǔn)，移動(dòng)調(diào)整構(gòu)件本體模型，利用軟件中的干涉檢測功能檢測兩個(gè)模型之間發(fā)生重合的部位[6]。

根據(jù)構(gòu)件的安裝就位技術(shù)要求，調(diào)整構(gòu)件本體模型的位置和角度，尋找干涉位置最少，處理較為容易的方案，輸出干涉檢測結(jié)果，如圖6所示。

根據(jù)檢測結(jié)果與設(shè)計(jì)方進(jìn)行溝通，提出風(fēng)險(xiǎn)處理方案，并將干涉檢測結(jié)果作為依據(jù)，發(fā)起相關(guān)文件流程。

5結(jié)語

通過三維激光掃描技術(shù)獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型真實(shí)、可靠地還原了構(gòu)件與安裝區(qū)域結(jié)構(gòu)的情況，通過建模進(jìn)行模擬推演形成的處理方案，可以直觀、立體地展示出干涉部位的具體情況，為設(shè)計(jì)方下達(dá)處理意見提供重要參考。同時(shí)，將干涉部位的具體情況模型檢測的文件帶到現(xiàn)場，也能夠更好指導(dǎo)現(xiàn)場工作人員正確地對干涉部位進(jìn)行處理。處理完成后，可以通過再次掃描和模擬安裝的方式進(jìn)行驗(yàn)證，保證吊裝工作的萬無一失。

參考文獻(xiàn)

[1]李濤濤，彭建盛，許恒銘.基于激光掃描熱成像技術(shù)的電感裂紋檢測[J].光學(xué)技術(shù)，2021，47（5）：513-518.

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[3]成樞，查天宇，黃小斌，等.移動(dòng)式三維激光掃描技術(shù)在地鐵隧道變形監(jiān)測中的應(yīng)用[J].測繪地理信息，2021，46（5）：13-16.

[4]林博文，黃玲.三維激光掃描技術(shù)在人防隧道檢測中的應(yīng)用[J].智能城市，2021，7（18）：50-52.

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