攝像測量在建筑物爆破拆除力學分析應用

劉 源

（保利新聯爆破工程集團有限公司 貴州貴陽 550000）

1 引言

近年來，社會經濟的迅猛發展，部分建筑物已經面臨破舊等問題而急需被拆除。爆破拆除方式成為目前最主要的拆除方式之一，研究人員對建筑物在爆破拆除過程中的力學分析進行了大量的研究。在拆除坍塌的過程中，建筑物的各組成構件的位移變化數據、速度數據以及加速度動態數據等作為力學研究、工程總結以及計算機模擬計算的關鍵數據，如何獲取這些關鍵數據成為目前的研究熱點。而隨著攝像機以及計算機等科學工具的發展，攝像測量通過采集建筑物爆破拆除過程中符合工程精度的圖像以及記錄建筑物拆除過程的圖像，用來后期計算機輔助模擬建筑物的整體爆破拆除的過程。通過攝像測量技術監控整個建筑物坍塌過程，完整地記錄建筑物各主要構件的空間位移變化，獲得構件在坍塌過程中完整的位移、速度以及加速度數據，從而更科學且有效地進行建筑物爆破拆除過程中的力學研究。

2 攝像測量在建筑物爆破拆除中的簡要介紹

攝像測量作為新興的一項測量技術手段，其融合了傳統的測量學、光學測量以及計算機視覺圖像處理技術等眾多學科技術，通過利用高速攝像機以及照相機對動態或者靜態目標進行攝像而獲得實時的圖像，在利用計算機視覺圖像處理技術對目標建筑物進行模擬分析，從而獲取相應的位移變化以及速度變化等數據。該方法具有操作簡便、獨特的高精度以及實時動態測量等特點，廣泛應用于航空航天、環境檢測以及建筑拆除等領域。

攝像測量在建筑爆破拆除中，采集實時、動態的圖像，構建出建筑物在整個爆破過程中的實時坍塌變化，也就是利用二維空間圖像記錄建筑物在爆破拆除過程中整個位移變化。再利用現代化的計算機圖像解析技術將建筑物拆除過程中的二維圖像進一步模擬轉化成三維建筑空間變化，從而還原真實的空間位移變化[1]。最后，結合后專業的數據后處理手段，利用建筑物爆破拆除過程中實時的三維空間變化，研究分析出爆破過程中的力學數據與機理，對爆破結果進行科學合理的總結，從而總結出科學的實踐數據，為以后的類似工程提供科學依據與力學研究理論。

3 攝像測量在建筑物爆破拆除力學分析應用

3.1 攝像測量系統

在建筑物的拆除中，攝像測量能夠實時檢測建筑構件的位移變化，其攝像測量系統包含攝像系統、圖像處理以及攝像測量布置。

攝像系統通常是利用量測攝像機，其攝像機的各項數據都是已知的，包括內方位元素和框標等，并且其物鏡的畸變特點小。而專業的量測攝像機價位較高，因此非量測攝像機價位相對普通，應用也較為廣泛。非量測攝影機在應用時，能夠在一定程度完整記錄構件的位移變化，但在后續的圖像處理相對于量測攝像機更加繁瑣。在建筑物的爆破拆除中，利用高性能的量測攝像機對建筑構件的位移變化進行實時記錄，采集相應的符合工程要求的圖像，從而構建建筑物的二維運動[2]。

圖像處理系統一般包括模擬法和解析法，在該過程利用圖像處理系統對采集的圖像進行模擬分析，能夠得到建筑物的運動平面圖、立體圖以及物點運動位移等運動參數。二維平面圖像，根據相應的測量理論，需要給定獨立的5個空間參考點坐標，依據這空間坐標系能夠建立空間變換矩陣，進一步地利用矩陣對采集的圖像上的物點進行坐標確定，從而得到物點在爆破拆除中的運動數據，包括位移隨時間的變化、速度的變化以及加速度、動能等。在攝像測量時，如攝像機的位置定位固定，采集的圖像上的物點可以直接建立無方位坐標。通過研究分析上述數據，就能夠科學地設計圖片處理程序，對建筑物的力學狀態進行分析。

攝影測量布置是對攝像的整體建筑物的關鍵點進行攝像布置，通過選擇合適的位置安裝攝像機，實時記錄該關鍵點的動態變化，研究分析其形變所產生的原因，進而分析其產生形變的力學原因。因此，合適的攝影測量布置也是十分重要的。

3.2 攝像測量爆破拆除中常見構件的力學分析應用

在建筑物的常見構件中，爆破拆除倒塌過程中力學分析主要需要分析承重立柱和矩形懸臂梁的力學狀態，而這些建筑構件的變化可以通過攝像測量對其在爆破過程中的狀態進行采集，利用圖像分析以及專業的數據處理來進行受理分析。

某工廠由于其自身發展的需要，將其中舊式建筑進行爆破拆除處理，通過攝像測量技術，對建筑物的承重立柱以及矩形懸臂梁在爆破過程中受力進行分析。該舊式建筑共有四排承重立柱，其在建筑物倒塌過程中第一排承重立柱首先坍塌而喪失承載強度，同時產生第一段爆破傾倒高度，使得建筑物在第一排立柱失去受力倒塌后出現足夠的傾斜。相應的，第二排承重立柱發生同樣的過程，產生第二段爆破傾倒高度，第三排承重立柱爆破后產生第三段爆破傾倒高度，第四排承重立柱爆破后產生第三段爆破傾倒高度，從而使建筑物發生定向爆破傾倒。這些過程都是事先準備的攝像機進行圖像采集，在經過后期的專業數據處理均被模擬分析，為立柱的受力分析提供依據。矩形懸臂梁在第一排承重立柱爆破后，矩形懸梁臂承受的載荷來自于相關聯的建筑構件的重量，先爆破的中心立柱對邊梁還會產生力學作用，因此邊梁同時還承受扭矩作用。承重立柱的箍筋受力分析可建立簡要模型，將其模擬為兩端固定桿發生橫向彎曲。在建筑物的爆破拆除中，箍筋的受力主要是來源于爆炸應力波，以不耦合裝填爆破炸藥為例，箍筋上任意一點的應力波長公式可根據公式（1）計算[3]：

其中，ρ為爆破裝藥密度，D為炸藥爆破速度，r為比距離，R為距爆心距，r1裝藥半徑，r2炮孔半徑，n為爆炸波沖擊壓力增大倍數（約為8～11），α為衰減指數，γ為泊松比。

在建筑物的爆破拆除中，承重立柱和矩形懸臂梁的受力分析，通過設置的攝像機采集的實時圖像，后期模擬建立受力模型分析，可以科學地分析出裝填炸藥的爆破速度，比距離等位置信息，從而有效分析承重立柱和矩形懸臂梁的受力情況。

4 結論

通過對攝像測量原理的分析，結合工程實施數據，詳細地分析了攝像測量技術在建筑物爆破拆除中的應用，能夠從采集的實時數據來模擬構建建筑物構建的受力模型，從而分析其力學狀態，為建筑物的爆破拆除提供可參考的方案。