三維激光掃描技術在建筑工程質量檢測過程中的應用研究

沈小威+賈爽

摘要：文章介紹了三維激光掃描技術在建筑工程行業中的應用原理和方法，并對該技術在國內某大型煙廠土建施工過程中的應用價值進行了探索研究，體現了三維激光掃描技術在數據獲取、數據分析和數字資產價值方面的極大優勢，對數字化工廠的建立具有重要的意義。

關鍵詞：三維激光掃描技術；建筑工程；質量檢測；BIM；數字化工廠；土建施工 文獻標識碼：A

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

信息技術飛速發展的今天，各個行業領域發生著跨越式的發展。信息技術擁有先進的獲取數據的方法，強大的分析處理數據的功能、高效統籌運算的能力，并因此在各個新興行業領域得到了很好的應用。但是傳統的建筑行業在測繪、勘察設計、施工、運維等階段，信息化程度仍然較為落后，因此怎樣更好地把信息技術有效應用于建設工程領域具有重要的意義。

三維激光掃描技術的誕生是繼GPS技術以來的信息技術領域的又一次革命，不用近距離接觸被測目標就能高效地獲取其表面點位的三維坐標數據，進而利用虛擬建模軟件來構造出被測目標三維信息模型的技術，又因此被稱為“實景復制技術”。三維激光掃描技術具有自動化、高效性、實時動態性、高數子化、高分辨率、高密度、無接觸等特點。將三維激光掃描技術的這些特點充分應用于建筑施工領域，挖掘其存在的潛在價值，本文從工程質量檢測的角度進行探索研究。

1 三維激光掃描技術

1.1 基本原理

首先，把物方空間坐標系定義為OS（X，Y，Z）。定義方法為：以三維激光掃描儀激光發射中心OS為原點，掃描路線方向為X軸，天頂方向為Z軸，垂直于X、Z軸平面的方向為Y軸，構建出一個空間右手坐標系。該坐標系中，經過動態差分，由GPS確定外方位元素（XS，YS，ZS），由姿態測量裝置求出姿態參數（φ，ω，k），由掃描器測定采樣點至掃描中心距離S，由激光編碼器根據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對實際工程項目進行掃描工作時，主要分為四個階段：準備工作階段，數據掃描階段，數據處理階段，成果實現階段。如圖2所示。

2 三維激光掃描技術與BIM技術的集成應用

近年來，建筑信息模型技術（BIM， Building Information Modeling）被廣泛應用于建筑行業信息化建設過程之中，該技術提倡運用數字模型技術實現建筑項目的全生命周期集成化管理。以三維信息技術為基礎，數字化地表達建筑項目的物理特征和功能特性，基于模型集成工程項目各參與方的相關信息，為業主、設計方、施工方及監理方等所有項目參與方提供一個可以共同理解、交流和處理問題的平臺。

BIM實施從項目建設的初期開始，模型與項目實際情況契合度較高，可為整個項目全生命周期的決策提供依據。但是由于項目在建造過程中情況復雜，設計變更以及施工過程問題，導致實際施工與設計BIM模型產生偏差，不能準確反映施工效果，因此為了獲得有現實指導意義和實際使用價值的數據，采用三維激光掃描技術及時、準確地獲取施工現場點云模型，經過處理后的點云模型和原有BIM模型進行整合校對，從而達到施工質量檢測的目的。

3 項目應用案例

以國內某大型煙廠建設項目施工過程為例，對項目土建施工過程中，墻、梁、板等主要結構的施工精度進行檢測，并與設計BIM模型對比校驗，從而及時發現并解決問題。

3.1 掃描準備

根據要求，確定測區范圍，對測區范圍進行初步勘察，估算任務量，進行掃描站點布置，預設掃描質量和分辨率，并根據現場環境和自然條件，決定掃描實施時間。

3.2 現場作業

根據準備工作進度計劃，按施工現場安全施工要求進行現場三維激光掃描作業，記錄作業過程文件，配合移動端施工管理軟件進行問題記錄，如圖3所示：

3.3 數據處理

獲取的掃描點云數據在檢查確認沒有質量問題后，導入軟件中對掃描點云數據進行預處理和拼接工作。之后，根據拼接點云進行合成面片、生成模型等工作，并根據需要，導出成為不同格式的數據文件，進一步與BIM軟件結合，進行對比校驗工作，從而監測施工質量。

3.4 結果校驗

針對質量檢測對象要求，采取不同的校驗方法，有直接測量法、提取比對法等，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云對比，通過得到的計算云圖進行校驗。本項目綜合采用以上幾種方法。

3.5 問題處理

經過計算校驗得到測區內土建施工中不同檢測目標的校驗結果，分析問題發現并及時上報相應部門，從而達到施工質量檢測的作用。本項目測區ZL4中KL400×800梁存在明顯超差現象，經上報業主單位與施工單位核查后發現，存在施工錯誤情況，經及時改正避免了更大的損失的產生，如表1、表2、表3所示。

4 結語

綜上所述，本文通過對國內某大型煙廠建設項目過程中三維掃描技術的應用，歸納總結了該技術在施工質量檢測過程中的應用方法和流程，對其在施工關鍵環節的精確質量控制作用進行了闡述。對三維掃描技術與BIM技術的結合應用進行了初步探究，二者的結合發展將對企業利用建設數據、進行數據分析，建立數字資產提供重要幫助，并對企業進一步高效、準確的建立和管理數字化工廠奠定基礎。

參考文獻

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

[2] 張再豐.三維激光掃描技術在竣工測量中的應用研究[J] .科研，2015，（10）.

作者簡介：沈小威（1986-），男，河南南陽人，機械工業第六設計研究院有限公司工程師，碩士，研究方向：工程設計咨詢。

（責任編輯：小 燕）