沈小威+賈爽

摘要：文章介紹了三維激光掃描技術(shù)在建筑工程行業(yè)中的應(yīng)用原理和方法，并對(duì)該技術(shù)在國內(nèi)某大型煙廠土建施工過程中的應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行了探索研究，體現(xiàn)了三維激光掃描技術(shù)在數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)分析和數(shù)字資產(chǎn)價(jià)值方面的極大優(yōu)勢(shì)，對(duì)數(shù)字化工廠的建立具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：三維激光掃描技術(shù)；建筑工程；質(zhì)量檢測(cè)；BIM；數(shù)字化工廠；土建施工 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP274 文章編號(hào)：1009-2374（2016）35-0153-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.35.074

信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天，各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域發(fā)生著跨越式的發(fā)展。信息技術(shù)擁有先進(jìn)的獲取數(shù)據(jù)的方法，強(qiáng)大的分析處理數(shù)據(jù)的功能、高效統(tǒng)籌運(yùn)算的能力，并因此在各個(gè)新興行業(yè)領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用。但是傳統(tǒng)的建筑行業(yè)在測(cè)繪、勘察設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等階段，信息化程度仍然較為落后，因此怎樣更好地把信息技術(shù)有效應(yīng)用于建設(shè)工程領(lǐng)域具有重要的意義。

三維激光掃描技術(shù)的誕生是繼GPS技術(shù)以來的信息技術(shù)領(lǐng)域的又一次革命，不用近距離接觸被測(cè)目標(biāo)就能高效地獲取其表面點(diǎn)位的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，進(jìn)而利用虛擬建模軟件來構(gòu)造出被測(cè)目標(biāo)三維信息模型的技術(shù)，又因此被稱為“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”。三維激光掃描技術(shù)具有自動(dòng)化、高效性、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)性、高數(shù)子化、高分辨率、高密度、無接觸等特點(diǎn)。將三維激光掃描技術(shù)的這些特點(diǎn)充分應(yīng)用于建筑施工領(lǐng)域，挖掘其存在的潛在價(jià)值，本文從工程質(zhì)量檢測(cè)的角度進(jìn)行探索研究。

1 三維激光掃描技術(shù)

1.1 基本原理

首先，把物方空間坐標(biāo)系定義為OS（X，Y，Z）。定義方法為：以三維激光掃描儀激光發(fā)射中心OS為原點(diǎn)，掃描路線方向?yàn)閄軸，天頂方向?yàn)閆軸，垂直于X、Z軸平面的方向?yàn)閅軸，構(gòu)建出一個(gè)空間右手坐標(biāo)系。該坐標(biāo)系中，經(jīng)過動(dòng)態(tài)差分，由GPS確定外方位元素（XS，YS，ZS），由姿態(tài)測(cè)量裝置求出姿態(tài)參數(shù)（φ，ω，k），由掃描器測(cè)定采樣點(diǎn)至掃描中心距離S，由激光編碼器根據(jù)固定激光脈沖間隔求出掃描方向與Z軸的夾角θ。

1.2 工作流程

采用三維激光掃描技術(shù)對(duì)實(shí)際工程項(xiàng)目進(jìn)行掃描工作時(shí)，主要分為四個(gè)階段：準(zhǔn)備工作階段，數(shù)據(jù)掃描階段，數(shù)據(jù)處理階段，成果實(shí)現(xiàn)階段。如圖2所示。

2 三維激光掃描技術(shù)與BIM技術(shù)的集成應(yīng)用

近年來，建筑信息模型技術(shù)（BIM， Building Information Modeling）被廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)信息化建設(shè)過程之中，該技術(shù)提倡運(yùn)用數(shù)字模型技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑項(xiàng)目的全生命周期集成化管理。以三維信息技術(shù)為基礎(chǔ)，數(shù)字化地表達(dá)建筑項(xiàng)目的物理特征和功能特性，基于模型集成工程項(xiàng)目各參與方的相關(guān)信息，為業(yè)主、設(shè)計(jì)方、施工方及監(jiān)理方等所有項(xiàng)目參與方提供一個(gè)可以共同理解、交流和處理問題的平臺(tái)。

BIM實(shí)施從項(xiàng)目建設(shè)的初期開始，模型與項(xiàng)目實(shí)際情況契合度較高，可為整個(gè)項(xiàng)目全生命周期的決策提供依據(jù)。但是由于項(xiàng)目在建造過程中情況復(fù)雜，設(shè)計(jì)變更以及施工過程問題，導(dǎo)致實(shí)際施工與設(shè)計(jì)BIM模型產(chǎn)生偏差，不能準(zhǔn)確反映施工效果，因此為了獲得有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義和實(shí)際使用價(jià)值的數(shù)據(jù)，采用三維激光掃描技術(shù)及時(shí)、準(zhǔn)確地獲取施工現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)云模型，經(jīng)過處理后的點(diǎn)云模型和原有BIM模型進(jìn)行整合校對(duì)，從而達(dá)到施工質(zhì)量檢測(cè)的目的。

3 項(xiàng)目應(yīng)用案例

以國內(nèi)某大型煙廠建設(shè)項(xiàng)目施工過程為例，對(duì)項(xiàng)目土建施工過程中，墻、梁、板等主要結(jié)構(gòu)的施工精度進(jìn)行檢測(cè)，并與設(shè)計(jì)BIM模型對(duì)比校驗(yàn)，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題。

3.1 掃描準(zhǔn)備

根據(jù)要求，確定測(cè)區(qū)范圍，對(duì)測(cè)區(qū)范圍進(jìn)行初步勘察，估算任務(wù)量，進(jìn)行掃描站點(diǎn)布置，預(yù)設(shè)掃描質(zhì)量和分辨率，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和自然條件，決定掃描實(shí)施時(shí)間。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)

根據(jù)準(zhǔn)備工作進(jìn)度計(jì)劃，按施工現(xiàn)場(chǎng)安全施工要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)三維激光掃描作業(yè)，記錄作業(yè)過程文件，配合移動(dòng)端施工管理軟件進(jìn)行問題記錄，如圖3所示：

3.3 數(shù)據(jù)處理

獲取的掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)在檢查確認(rèn)沒有質(zhì)量問題后，導(dǎo)入軟件中對(duì)掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和拼接工作。之后，根據(jù)拼接點(diǎn)云進(jìn)行合成面片、生成模型等工作，并根據(jù)需要，導(dǎo)出成為不同格式的數(shù)據(jù)文件，進(jìn)一步與BIM軟件結(jié)合，進(jìn)行對(duì)比校驗(yàn)工作，從而監(jiān)測(cè)施工質(zhì)量。

3.4 結(jié)果校驗(yàn)

針對(duì)質(zhì)量檢測(cè)對(duì)象要求，采取不同的校驗(yàn)方法，有直接測(cè)量法、提取比對(duì)法等，如圖4、圖5、圖6所示，也可借助第三方誤差分析軟件直接將模型與點(diǎn)云對(duì)比，通過得到的計(jì)算云圖進(jìn)行校驗(yàn)。本項(xiàng)目綜合采用以上幾種方法。

3.5 問題處理

經(jīng)過計(jì)算校驗(yàn)得到測(cè)區(qū)內(nèi)土建施工中不同檢測(cè)目標(biāo)的校驗(yàn)結(jié)果，分析問題發(fā)現(xiàn)并及時(shí)上報(bào)相應(yīng)部門，從而達(dá)到施工質(zhì)量檢測(cè)的作用。本項(xiàng)目測(cè)區(qū)ZL4中KL400×800梁存在明顯超差現(xiàn)象，經(jīng)上報(bào)業(yè)主單位與施工單位核查后發(fā)現(xiàn)，存在施工錯(cuò)誤情況，經(jīng)及時(shí)改正避免了更大的損失的產(chǎn)生，如表1、表2、表3所示。

4 結(jié)語

綜上所述，本文通過對(duì)國內(nèi)某大型煙廠建設(shè)項(xiàng)目過程中三維掃描技術(shù)的應(yīng)用，歸納總結(jié)了該技術(shù)在施工質(zhì)量檢測(cè)過程中的應(yīng)用方法和流程，對(duì)其在施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)的精確質(zhì)量控制作用進(jìn)行了闡述。對(duì)三維掃描技術(shù)與BIM技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用進(jìn)行了初步探究，二者的結(jié)合發(fā)展將對(duì)企業(yè)利用建設(shè)數(shù)據(jù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，建立數(shù)字資產(chǎn)提供重要幫助，并對(duì)企業(yè)進(jìn)一步高效、準(zhǔn)確的建立和管理數(shù)字化工廠奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐寧.基于三維激光掃描技術(shù)的工程測(cè)量應(yīng)用研究[J] .工業(yè)C，2015，（7）.

[2] 張?jiān)儇S.三維激光掃描技術(shù)在竣工測(cè)量中的應(yīng)用研究[J] .科研，2015，（10）.

作者簡(jiǎn)介：沈小威（1986-），男，河南南陽人，機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院有限公司工程師，碩士，研究方向：工程設(shè)計(jì)咨詢。

（責(zé)任編輯：小 燕）