一種結合三維激光掃描技術的大型構件安裝方法

仲維光 張萌 路宏杰 赫海濤 張亞軍

摘要：模塊化的施工方式是將建筑物分割成若干個獨立的模塊構件，分別在工廠進行預制，完成后運輸至建筑施工現場組合，形成最終的整體。在大型結構構件的預制過程中會產生不可避免的偏差，構件的組合過程中，預制偏差可能導致各構件間連接部位無法配合，需要現場進行調整，影響工期，增加成本。本文主要論述一種施工方法，即采用先進的三維激光掃描技術，獲取構件本體和安裝位置的三維點云模型，用以建立實體三維模型，通過模型進行模擬安裝推演及結構干涉檢測，可以科學地預判出風險部位，提前拿出最佳的解決方案指導現場處理，最終實現構件的一次性精準安裝。能夠通過使用此方法，有效壓縮構件吊裝、調整、處理工期，降低施工風險，提高施工質量。

關鍵詞：大型構件 三維激光掃描 建模技術 模擬推演

中圖分類號：TU741.2

Abstract： The modular construction method is to divide the building into several independent module components， prefabricate them in the factory， and then transport them to the construction site for combination to form the final whole. In the combination process of components， prefabrication deviation may lead to the failure of connection parts between components， which requires on-site adjustment， affecting the construction period and increasing the cost. This paper mainly discusses a construction method， that is， the advanced three-dimensional laser scanning technology is used to obtain the three-dimensional point cloud model of the component body and installation position， so as to establish the solid three-dimensional model. Through the simulation installation deduction and structural interference detection of the model， the risk position can be scientifically predicted， and the best solution can be put forward in advance to guide the on-site treatment， Finally， the one-time accurate installation of components is realized. By using this method， the component hoisting， adjustment and treatment period can be effectively compressed， the construction risk can be reduced and the construction quality can be improved.

Key Words： Large component; 3D Laser scanning technology; Modeling technology; Simulation deduction

模塊化施工技術已經廣泛應用到了現代工程建造中，在建設工程中，存在大量指定位置安裝大尺寸構件的情況。例如，在核電站建設中，由多面（組）中空鋼板墻組合而成的大型建筑構件，預制組合完成后，運至施工現場使用大型吊車安裝就位到設計位置。

大型建筑構件為了在安裝后可以與其安裝區域原有結構良好結合，設計有大量交叉或連接的部件。一般情況，是在建筑構件的內部安裝大量的橫向鋼筋，可以與安裝區域布置的縱向預埋鋼筋交叉匹配，在構件就位后澆筑混凝土，可以快速構成牢固的鋼筋混凝土結構。由于構件內部鋼筋和預埋鋼筋是分開安裝的，存在無法避免的無規律性位置偏差，在安裝過程中，會相互干涉導致構件無法安裝。傳統的解決辦法是在構件吊裝接近鋼筋前停吊，再安排大量人員進行目視排查，根據匹配情況進行處理，吊裝風險高，施工工期和質量也難以控制。本文主要論述一種結合三維激光掃描技術的模擬安裝方法，通過獲取構件本體和安裝區域三維模型進行模擬推演，可以預判出風險部位，提前進行處理，減少了吊裝過程處理環節，可以有效地降低施工風險，良好地控制工期與質量。

1三維激光掃描技術介紹

1.1工作原理

三維激光掃描技術，又稱“實景復制技術”，是利用激光測距的原理，通過記錄被測物體表面密集點位三維坐標信息，可快速復建出被測物體的三維模型數據[1]。

1.2系統構成

三維激光掃描系統主要由三維激光掃描儀及配件與計算機軟件構成，三維激光掃描儀作為主要組成部分，能夠通過發射和接收激光獲取三維坐標信息，在施工中需要配套的靶球和支架等進行工作。計算機軟件主要用于數據的處理，可以將三維坐標信息構成線、面、體等圖形數據[2]。

1.3技術優點

三維激光掃描技術，不需反射棱鏡，可以自動、直接對目標體進行非接觸性的掃描式測量工作，獲取構件及其安裝區域結構準確的三維點云數據。用以完成真實的實體三維模型建模，能夠為模擬安裝及干涉檢測創造良好的條件[3]。

整個過程中，人工參與的工作較少，且容易控制，基本免除了人工操作誤差產生的可能性，數據通過配套的軟件進行規范化的處理，過程中進行了充分的檢核與平差，減少了累積誤差，使精度有保障且不易出現錯誤。

2構件本體與安裝區域掃描

下文以Thimble TX8型三維激光掃描儀為例進行操作，分別在構件與安裝區域，選擇穩定的位置，安裝掃描標靶（如圖1所示），掃描標靶應均勻包圍需要掃描的區域，布置完成后對每個掃描標靶應進行單獨編號，并繪制現場布置簡圖。

根據現場實際結構確定掃描路線后，布置掃描靶球位置，保證能夠完整掃描獲取全部三維點云數據。掃描時，對于空間較小，結構復雜密集的區域和部位，應縮小測站間的距離，達到能夠掃描到全部細節數據的狀態。過程中主要采用典型掃描模式進行掃描，對于最復雜的縱橫墻交叉位置，采用精密掃描模式進行掃描，如圖2、圖3所示。

掃描測量完成后，提取儀器內部的點云數據，轉移至計算機中進行數據處理工作，通過配套的Trimble RealWorks點云數據處理軟件，進行高精度配準[4]。

由于點云文件的數據量龐大，在配準操作完成后，可以對點云模型進行裁切處理，去除無關的部分，方便操作。

3模型建立與調整

首先，使用Revit軟件按設計圖紙建立模型文件，對于干涉風險較高的部位應進行重點建模。建模完成后，將構件本體的模型文件和構件安裝區域結構的模型文件分別導入軟件，與相應的點云模型文件進行匹配，匹配后查看偏差部位，根據軟件中顯示的實際點云位置，調整模型文件中的模型位置，保證模型與實際情況達到一致[5]，如圖4、圖5所示。

4模擬推演與處理

分別將調整好的模型導入Navisworks軟件，進行模擬推演與干涉檢測。以安裝區域模型為基準，移動調整構件本體模型，利用軟件中的干涉檢測功能檢測兩個模型之間發生重合的部位[6]。

根據構件的安裝就位技術要求，調整構件本體模型的位置和角度，尋找干涉位置最少，處理較為容易的方案，輸出干涉檢測結果，如圖6所示。

根據檢測結果與設計方進行溝通，提出風險處理方案，并將干涉檢測結果作為依據，發起相關文件流程。

5結語

通過三維激光掃描技術獲取的點云數據模型真實、可靠地還原了構件與安裝區域結構的情況，通過建模進行模擬推演形成的處理方案，可以直觀、立體地展示出干涉部位的具體情況，為設計方下達處理意見提供重要參考。同時，將干涉部位的具體情況模型檢測的文件帶到現場，也能夠更好指導現場工作人員正確地對干涉部位進行處理。處理完成后，可以通過再次掃描和模擬安裝的方式進行驗證，保證吊裝工作的萬無一失。

參考文獻

[1]李濤濤，彭建盛，許恒銘.基于激光掃描熱成像技術的電感裂紋檢測[J].光學技術，2021，47（5）：513-518.

[2]趙勇，夏雨帆.三維激光掃描在大型斜拉橋施工中的應用[J].低溫建筑技術，2021，43（9）：153-156.

[3]成樞，查天宇，黃小斌，等.移動式三維激光掃描技術在地鐵隧道變形監測中的應用[J].測繪地理信息，2021，46（5）：13-16.

[4]林博文，黃玲.三維激光掃描技術在人防隧道檢測中的應用[J].智能城市，2021，7（18）：50-52.

[5]魏占勝，王濤，鮑文福.三維激光掃描技術在露天礦山監測中的應用[J].采礦技術，2021，21（5）：176-179.

[6]賀曉東.三維激光掃描技術在建筑立面數字化采集和立面繪制方向應用的可行性研究[J].測繪通報，2021，（9）：157-159，164.

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