淺析三維激光掃描在建設施工中的應用

鄒榮

摘 ? 要：現代建設施工因為各項先進技術的支持，質量與效率得到極大提高，本文簡單闡述了三維激光掃描技術的基本含義與技術原理，重點分析該技術在建設施工中的應用，施工人員若是能夠在建設施工過程中利用并充分發揮三維激光掃描技術的作用，便可有效打破傳統測量方式的限制，不僅有利于進一步提高模型的科學性與可靠性，還能切實提高建設施工質量與效率。

關鍵詞：三維激光掃描 ?建設施工 ?數據逆向建模

中圖分類號：P225.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）02（c）-0001-02

在建設施工中充分發揮三維激光掃描技術的應用價值，對降低掃描誤差、提高施工質量具有積極影響，故而施工企業要明確三維激光掃描的重要性，將其應用于建設施工的全過程中。若想確保該技術作用切實落實，施工企業除了要增強施工人員操作能力，還應選擇科學選擇高效的設備，構建完善的掃描測量系統。

1 ?三維激光掃描技術概述

1.1 基本含義

三維激光掃描技術又被稱為實景復制技術，在實際應用過程中，需要借助自動控制技術對情況比較復雜的施工現場環境進行連續數據采集與處理，具有極強的非接觸性、實時性、擴展性，此外應用速率、數字化程度也比較高。將其應用于建設施工中，能夠有效提高掃描數據的精確度，對實現三維可視化具有重要意義，可以被廣泛應用于地形測量、場景虛擬、變形監測、災害預警等工作中。

1.2 技術原理

1.2.1 掃描原理

建設施工中的三維激光掃描技術依靠專業儀器實現，目前應用最多的設備是三維激光掃描儀。在實際應用過程中，該設備會先啟動內置伺服馬達系統，再利通過轉動多面掃描棱鏡，令發射的脈沖激光束按照從左到右、由上至下的順序進行快速掃描，以此實現全自動高精度步進式測量，具體過程如圖1所示。

1.2.2 測距原理

現階段，利用三維激光掃描技術進行測距，可以使用的方法主要有三種：脈沖測距、三角測距、相位測距。利用該技術進行測距時，激光發射器會先發射一道速度極高但相對狹窄的激光脈沖，再利用探測系統捕捉脈沖被測物表面產生的回波信號，通過將其轉換成電信號逐漸生成回波脈沖信號，隨后對回波脈沖信號與發射脈沖信號之間的間隔進行測量，最后便可得出被測物與激光發射器之間的距離，利用三維激光掃描技術測得的數據精確度比較高[1]。

2 ?三維激光掃描技術在建設施工中的應用

2.1 數據逆向建模

三維激光掃描是提高建設施工實際測量數據準確性的有效方式，因此施工人員可以利用該技術儲存施工現場各項資料數據，為后續施工與驗收等工作提供有力支持。由于異型建筑建設與安裝施工難度比較大，所以為了提升建設施工效果，施工人員會利用三維激光掃描技術獲取相關現狀的點云數據，然后進行模型設計。例如正在建設一個有異形裝飾玻璃幕墻的建筑，該建筑在建設后期，準備給建筑貼裝飾玻璃幕墻時，發現已建成的建筑構件與原設計圖紙有出入，導致原來設計好的玻璃幕墻無法與構件貼合。因此，必須得到已建成的建筑及構件的整體模型，根據模型設計新玻璃幕墻圖，使用掃描儀對建筑整體數據進行采集 ，并利用全站儀作為控制，對掃描儀得到的數據進行平差改正，極大的保證測量精度，最后根據點云數據對建筑進行精細建模，最后將成果交給客戶，他們就根據我提供的模型，重新設計了玻璃幕墻，最終完成建筑玻璃裝飾幕墻的任務。

現階段，三維激光掃描技術在政府政策與研究人員的努力下愈加成熟，行業標準不斷得到優化與完善，以三維激光掃描技術為基礎的模型庫也越來越健全，整體應用范圍愈加廣泛，故而施工人員可以基于此開展數據逆向建模工作，以此提高成本控制水平、降低建設施工風險。例如，復雜環境下的深基坑建設工程對地基基礎設計、圍護結構設計的要求比較高，只有保證數據準確才能有效規避施工風險，過去施工人員采用傳統的離散單點采集三維坐標法進行測繪，由于測點有限，所以測得數據的精確度比較低，嚴重影響建設施工效率與質量，一定程度上還拖延了工程進度，若是能夠發揮三維激光掃描技術的應用優勢，便可增強掃描路線的科學合理性，對避免干擾與遮擋、增強模型可靠性具有積極影響，有利于為后續建設施工設計規劃提供強有力支持[2]。

2.2 工程質量分析及工程量計算

以三維激光掃描技術為基礎開展建設施工，有利于提高本次工程項目的建設施工效果。實際施工中，工作人員首先要利用三維激光掃描技術獲取點云數據，采用專業性較強的系統軟件對其進行處理，將數據轉化成三維模型;其次，應將三維模型與施工設計中的CAD模型、BIM模型進行精確度對比，尋找不同模型存在的不足，利用先進的技術與工藝對偏差進行修正，從而為建設施工提供應用價值較高的指導，進而減少安全事故、進度延誤、成本浪費等問題發生;最后，施工人員要對三維激光掃描設備獲取的數據進行全面分析與整理，尤其是某些施工現場環境比較復雜的工程項目，比如異形結構大范圍幕墻安裝，先對實際結構的洞口尺寸數據進行復核，找出模型與實際存在的誤差，再對三維掃描模型設計進行深化，以此為幕墻安裝提供準確數據支持，為提高建設施工質量奠定堅實基礎。

異形建筑表面積計算及不規則建筑體積的計算，直接關系到施工方和建設方的經濟結算，同時也關系著建筑應用的合理性和安全性。在工程竣工時需要對這些不規則表面積和異形體積進行量算，傳統測量方式需要人工去爬懸梯或者通過全站儀密集打點利用微積分的原理分段進行計算。這些方法不僅耗時耗力，獲取的數據不全面，而且計算不準確，極容易產生漏洞，同時還伴有危險性。利用三維激光掃描儀進行數據采集，通過對建筑表面進行掃描和建模，可以輕松獲得異形建筑的表面積和體積等工程量。非接觸式自動化數據采集也大大提高了作業人員的工作效率和安全性，最終計算出的結果也跟接近實際，為建設工程的工程量核算提供了極大的幫助。

2.3 運維管理與變形監測

運維管理與變形監測是建設工程驗收的重要環節，在經過方案規劃、圖紙設計、實際施工等階段后，企業已經投入了大量時間與資金，為了確保工程項目在后期能夠真正獲得預期效益，施工企業可以將三維激光掃描技術應用于運維管理環節中，基于該技術制定科學合理的管理方案，以此減少修繕費用、降低維護成本與改建成本。對于整體結構比較復雜且功能性較強的建筑，充分發揮三維激光掃描技術的作用與優勢，可以為構建智能化、信息化、一體化特征較明顯的運維管理平臺提供技術支持，有利于提高建設施工空間管理、設備管理、資產管理的高效性，對降低運維成本、延長建筑使用壽命具有積極意義[3]。此外，變形監測在建設施工整個生命周期中占據重要地位，直接影響工程質量與建筑結構安全，故而為了確保建設施工能夠取得良好效果，施工人員必須明確將三維激光掃描技術應用于變形監測環節的必要性，對被測物進行全方位的測量，通過對比多次掃描數據，制定可靠性與可行性較強的變形改良方案，從而有效提高建設施工質量。

3 ?結語

綜上所述，三維激光掃描技術可以被應用于環境條件復雜的施工現場，具有較強的實時性與擴展性，數字化程度比較高，充分發揮其作用能夠提高施工質量。因此施工人員要明確將其應用于數據逆向建模、工程量計算、工程進度實時跟蹤、質量檢測、運維管理、變形監測等環節的重要性，切實提高施工效果。

參考文獻

[1] 周克勤.三維激光掃描測繪技術在建設工程施工監測中的應用[J].建設監理，2018（10）：53-57.

[2] 王靜.三維激光掃描技術結合BIM技術在建設工程中的應用[J].江西建材，2018（11）：62-63.

[3] 周瑾鈺，王海順.基于三維激光掃描技術的礦山地質工程精度檢測應用研究[J].世界有色金屬，2019（11）：236-237.