三維激光掃描技術與PDMS相結合在核電廠建造安裝期間的應用

何煒亭 李元江 蔣韋峰

摘 ? 要：本文主要介紹三維激光掃描技術與PDMS相結合在核電廠建造安裝期的應用方法，包括利用三維激光掃描技術開展現場測繪，利用三維激光掃描的點云數據導入三維設計軟件PDMS中，利用測量點云數據與設計模型開展核電廠大型設備的模擬運輸及安裝，土建及管道、通風、橋架建造安裝誤差對比分析及問題處理等，為核電廠建造安裝期間風險的提早識別和處理提供了一套先進可靠的分析方法，具有較大的優越性。

關鍵詞：三維掃描技術 ?點云數據 ?PDMS ?建造安裝

中圖分類號：TE4;TN249 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）07（b）-0071-03

Abstract： This paper briefly introduces the application of 3D laser scanning technology combined with PDMS software using for construction and erection phase of nuclear project， including site measurement， importing cloud points into 3D design PDMS software and analyzing the transportation and introduction of main equipment， checking the conformity for deviation of piping， HVAC， cable trays in design model. A advanced and reliable method is provide to identify the risk and solve them in advance， which has a huge advantage.

Key Words： 3D laser scanning; Cloud point data; PDMS; Construction and erection

三維激光掃描技術作為一種高速度、高精度獲取被測物體表面的三維坐標的新技術，近年來有著長足的發展和廣泛的應用。三維激光掃描技術克服了傳統單點測量的局限性，將物體立體信息轉換為計算機可以處理的數據，三維激光掃描技術被稱為“實景復制技術”，已廣泛應用于汽車、建筑、地形勘探、石油化工等行業。利用三維激光掃描儀的掃描結果（點云數據）和設計建模軟件PDMS相結合，可以針對現場實際環境與設計模擬環境進行對比分析，發現核電項目建造安裝期間的現場實際環境與設計模擬環境之間的差別，提前識別風險點并及時制定處理措施，尤其對于保證項目關鍵設備及關鍵里程碑有重要的支持作用。本文主要簡述在核電項目中如何利用三維激光掃描技術與設計建模軟件PDMS相結合針對建造安裝期間的應用方法。

1 ?三維激光掃描儀

三維激光掃描儀采用非接觸式高速激光測量方式，以點云形式獲取地形及復雜物體三維表面的陣列式幾何圖形數據，激光掃描儀本身主要包括激光測距系統和激光掃描系統，同時也集成儀器內部控制和校正系統等。其具備便攜，掃描速度快，可隨意調節測量姿勢，大景深，測量范圍大，測量精度高，分布非常規則，自動拼接等特點。

三維激光掃描儀按照測量方式可以分為脈沖式和相位差式，脈沖式掃描儀掃描速度可達到50000點/s，相位式掃描儀最高速度可達到120萬點/s。如果按用途可分為為室內型和室外型，也就是長距離和短距離的不同。一般基于相位差原理的三維激光掃描儀測程較短，只有百米左右，而基于脈沖式原理的三維激光掃描儀測程較長，測程最遠的可達6km。目前市面上常用的三維激光掃描儀包括：德國Z+F，美國Surphaser，澳大利亞I-site，奧地利Riegl，瑞士徠卡等。

2 ?三維設計軟件PDMS

PDMS是三維工廠設計管理系統（Plant Design Management System）的簡稱，是以網絡為支撐，以數據為核心的大型三維工程設計軟件。目前國內外大量核電項目三維設計采用PDMS設計平臺，在設計階段通過三維軟件建立包括土建、鋼結構、管道、通風、橋架、設備、支架等物項模型，通過PDMS三維設計軟件模擬現場情況，有利于不同專業和不同單位之間的協調工作，也有利于現場問題在辦公室內提早發現和解決。

3 ?掃描數據和PDMS相結合支持建造安裝工作

核電項目建造安裝工作環境往往復雜多變，且因為設計精度要求高，現場往往存在一些建造和安裝的不符合項，造成實際現場環境與三維設計模型中的環境條件不一致的情況，例如設備制造期間與設計圖紙的不符合以及便于運輸等增加的臨時部件，土建和安裝階段的孔洞、預埋件等物項的施工偏差。有些偏差往往無法及時反饋在設計模型中，造成設計人員使用的設計模型環境與現場實際環境不一致，因此建造安裝工作的部分隱患和風險無法及時發現。通過使用三維激光掃描技術與設計軟件PDMS相結合的方法，保證設計模型能夠及時獲取現場實際環境條件，可以有效地提前識別風險并制定相應的解決措施，尤其是對于重要設備引入和關鍵里程碑節點前開展預演和風險識別有重大意義。

經過三維激光掃描儀處理的數據可以分為：激光掃描點云，激光掃描點云+物理模型，激光掃描點云+智能模型。三類數據的主要特點及對比情況可以參見表1：三維激光掃描數據模式。

以某核電廠安裝建造期間實際應用情況為例，該機組從設計到施工階段均采用電廠三維設計軟件（PDMS）先模擬后施工，PDMS利用安裝前的設計圖紙正向建模，但安裝過程中會對圖紙進行修改，導致PDMS模型與實際現場環境存在較大差異。因此，需要對PDMS模型與現場掃描所得點云數據進行精度分析，并修正精度相差較大的區域。通過使用三維激光掃描技術有效地提前識別和解決了大量風險問題，根據項目實際應用情況，總結主要工作項和工作流程如表2：三維激光掃描典型工作流程所示，此工作流程可以根據不同項目的要求和情況進行適應性調整。同時，通過將三維激光掃描數據導入到PDMS模型中對比設計環境和現場環境的使用效果案例可以參見圖1：三維激光掃描數據與設計模型開展碰撞檢查，通過對比非常直觀地發現現場安裝與設計的偏差并及時發現可能引起的其他潛在問題和風險點，便于提前處理，提高現場施工的可建造性，對項目進度和成本均有益處。

4 ?結語

伴隨三維激光掃描技術的不斷完善與發展，三維激光掃描技術在核電廠建造安裝期間應用具有顯著技術優勢，可以通過將現場測量數據與PDMS三維設計環境進行對比分析，及早識別風險問題并進行處理，該項技術的應用也將成為一種應用趨勢。

參考文獻

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