三维激光扫描技术在施工精准控制中的应用与研究——以装配式钢结构建筑为例

许良梅，王友光，田朋飞，姚翔

（1.巢湖市建设工程质量监督站，安徽 合肥 238000；2.安徽富煌钢构股份有限公司，安徽 合肥 238076）

1 引言

装配式钢结构建筑的钢构件采用工厂制作，墙板、叠合板、楼梯及阳台板等采用工厂预制，其对现场施工安装精度要求非常高，通常达到毫米精度。当制作或施工安装达不到相关精度要求时，往往会导致建筑外观满足不了美观要求，严重者甚至会影响建筑结构质量安全。为使结构安装精度满足设计要求，施工过程中常常需要多次反复测量、纠偏，该工序往往会浪费很多人力物力。快速、精准的施工安装成了困扰装配式建筑发展的难题之一，急需一种精准、快速、大范围的检测方法来提高装配式钢结构建筑的施工安装效率，从而发挥出装配式钢结构建筑绿色、环保、节能、快速装配等优势。而三维激光扫描技术利用激光测距原理，以每秒数百万的测量速度，快速获取物体表面点的三位坐标值、反射率和纹理等信息，通过计算机软件云计算处理，可以快速构建被测物体的点、线、面以及三维模型，经过软件快速与实际模型分析对比处理，生成准确的精度偏差分析报告及点云图。

2 工作流程图

三维激光扫描技术在装配式钢结构建筑施工精准控制及纠偏修正的应用工作流程如下图（图1）：

图1 工作流程图

3 应用工程

阜阳市抱龙安置区一期工程，总建筑面积约27万m2，整体工程以装配式钢结构建筑实施建造，住宅结构采用钢框架支撑结构体系，商业结构采用钢框架结构体系。住宅部分采用的技术体系为：框架支撑+预制混凝土保温夹芯外挂墙板+ALC内墙条板（局部砌体）+预制叠合板、预制楼梯、标准化户型应用比例达75%，水电集成设计、装配率达72%。施工工期紧、体量大、装配化程度高，施工难度在于在快速施工的同时确保安装精度控制，安装后定位复核难度极大。

4 设备简介

本项目采用Trimble TX8扫描仪，其以360°×317°的视场和每秒1,000,000点的数据获取速度，在整个120m测程内都能够保持高测量精度且测程可扩展至340m，目标球拼接可使精度控制在1mm以内。满足装配式钢结构建筑精准、快速、大范围测量和及时纠偏的需求。

5 实施过程

5.1 扫描仪站点架设及数据采集过程

①现场查勘：在准备扫描之前对现场环境做一个调查，为后面的设站做准备；

②设置靶球：由于项目要求的精度较高，同时也为了提高外业的工作相率，保证点云拼接精度，我们可以采用靶球拼接的方式进行数据拼接，完成坐标转换；

③设站：根据现场环境进行一个比较合理的设站，提高点云采集的完整度；

④设置参数现场采集：架设好仪器之后，我们需要对仪器进行一些参数的设计，设置扫描等级，即可开始扫描采集工作。

图2 三维扫描仪现场数据采集

5.2 数据预处理过程

①点云拼接

三维点云处理/分析/制作软件系统，此软件可完成多站点数据的自动匹配与配准，且可以自动生成配准报告，利用TRW的自动提取目标配准的功能，即可完成数据预处理，不需要过多的人为干预，拼接完成以后会导出拼接报告。

②数据编辑

由于扫描的原始点云数据属于海量数据，在实际生产中应用不多，我们一般会把点云进行取样，根据项目三维检测的实际情况，建议取样点云间距，取样完成以后我们删除不需要的杂点即可得到纯净的点云数据。

图3 点云数据

③导出点云数据

5.3 软件云计算对比过程

①导入点云数据和模型

导入已经预处理完成的点云数据，以及相对应区域的模型数据。

②点云数据与模型对比。

③注释并输出报告。

根据项目要求提供具体的带有注释的报告。在对需要检测的物体标完注释后，我们可以一键导出报告，报告内容包括每一建筑物的3D偏差值、偏差分布图表、标准偏差图表、三维视图、注释视图、整体偏差表等。

5.4 编制纠偏数值表

现场根据构件偏差情况给予有针对性修正。

6 结语

通过三维激光扫描仪对装配式钢结构建筑施工安装精度的复核检查，具有传统方法不具备的精准、快速、大范围的优势，能及时的指导现场施工纠偏；三维激光扫描能够对任意物体进行扫描，尤其对快速施工的项目、大体量项目、大跨度复杂的空间结构项目都能直接快速、精确的测量其构件的安装精度，直接快速的生成对比参数值，及时用于指导施工，更能发挥出装配式钢结构建筑绿色、环保、节能、快速装配等优势。