三维激光扫描技术与PDMS相结合在核电厂建造安装期间的应用

何炜亭 李元江 蒋韦峰

摘   要：本文主要介绍三维激光扫描技术与PDMS相结合在核电厂建造安装期的应用方法，包括利用三维激光扫描技术开展现场测绘，利用三维激光扫描的点云数据导入三维设计软件PDMS中，利用测量点云数据与设计模型开展核电厂大型设备的模拟运输及安装，土建及管道、通风、桥架建造安装误差对比分析及问题处理等，为核电厂建造安装期间风险的提早识别和处理提供了一套先进可靠的分析方法，具有较大的优越性。

关键词：三维扫描技术  点云数据  PDMS  建造安装

中图分类号：TE4;TN249                         文献标识码：A                        文章编号：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

三维激光扫描技术作为一种高速度、高精度获取被测物体表面的三维坐标的新技术，近年来有着长足的发展和广泛的应用。三维激光扫描技术克服了传统单点测量的局限性，将物体立体信息转换为计算机可以处理的数据，三维激光扫描技术被称为“实景复制技术”，已广泛应用于汽车、建筑、地形勘探、石油化工等行业。利用三维激光扫描仪的扫描结果（点云数据）和设计建模软件PDMS相结合，可以针对现场实际环境与设计模拟环境进行对比分析，发现核电项目建造安装期间的现场实际环境与设计模拟环境之间的差别，提前识别风险点并及时制定处理措施，尤其对于保证项目关键设备及关键里程碑有重要的支持作用。本文主要简述在核电项目中如何利用三维激光扫描技术与设计建模软件PDMS相结合针对建造安装期间的应用方法。

1  三维激光扫描仪

三维激光扫描仪采用非接触式高速激光测量方式，以点云形式获取地形及复杂物体三维表面的阵列式几何图形数据，激光扫描仪本身主要包括激光测距系统和激光扫描系统，同时也集成仪器内部控制和校正系统等。其具备便携，扫描速度快，可随意调节测量姿势，大景深，测量范围大，测量精度高，分布非常规则，自动拼接等特点。

三维激光扫描仪按照测量方式可以分为脉冲式和相位差式，脉冲式扫描仪扫描速度可达到50000点/s，相位式扫描仪最高速度可达到120万点/s。如果按用途可分为为室内型和室外型，也就是长距离和短距离的不同。一般基于相位差原理的三维激光扫描仪测程较短，只有百米左右，而基于脉冲式原理的三维激光扫描仪测程较长，测程最远的可达6km。目前市面上常用的三维激光扫描仪包括：德国Z+F，美国Surphaser，澳大利亚I-site，奥地利Riegl，瑞士徕卡等。

2  三维设计软件PDMS

PDMS是三维工厂设计管理系统（Plant Design Management System）的简称，是以网络为支撐，以数据为核心的大型三维工程设计软件。目前国内外大量核电项目三维设计采用PDMS设计平台，在设计阶段通过三维软件建立包括土建、钢结构、管道、通风、桥架、设备、支架等物项模型，通过PDMS三维设计软件模拟现场情况，有利于不同专业和不同单位之间的协调工作，也有利于现场问题在办公室内提早发现和解决。

3  扫描数据和PDMS相结合支持建造安装工作

核电项目建造安装工作环境往往复杂多变，且因为设计精度要求高，现场往往存在一些建造和安装的不符合项，造成实际现场环境与三维设计模型中的环境条件不一致的情况，例如设备制造期间与设计图纸的不符合以及便于运输等增加的临时部件，土建和安装阶段的孔洞、预埋件等物项的施工偏差。有些偏差往往无法及时反馈在设计模型中，造成设计人员使用的设计模型环境与现场实际环境不一致，因此建造安装工作的部分隐患和风险无法及时发现。通过使用三维激光扫描技术与设计软件PDMS相结合的方法，保证设计模型能够及时获取现场实际环境条件，可以有效地提前识别风险并制定相应的解决措施，尤其是对于重要设备引入和关键里程碑节点前开展预演和风险识别有重大意义。

经过三维激光扫描仪处理的数据可以分为：激光扫描点云，激光扫描点云+物理模型，激光扫描点云+智能模型。三类数据的主要特点及对比情况可以参见表1：三维激光扫描数据模式。

以某核电厂安装建造期间实际应用情况为例，该机组从设计到施工阶段均采用电厂三维设计软件（PDMS）先模拟后施工，PDMS利用安装前的设计图纸正向建模，但安装过程中会对图纸进行修改，导致PDMS模型与实际现场环境存在较大差异。因此，需要对PDMS模型与现场扫描所得点云数据进行精度分析，并修正精度相差较大的区域。通过使用三维激光扫描技术有效地提前识别和解决了大量风险问题，根据项目实际应用情况，总结主要工作项和工作流程如表2：三维激光扫描典型工作流程所示，此工作流程可以根据不同项目的要求和情况进行适应性调整。同时，通过将三维激光扫描数据导入到PDMS模型中对比设计环境和现场环境的使用效果案例可以参见图1：三维激光扫描数据与设计模型开展碰撞检查，通过对比非常直观地发现现场安装与设计的偏差并及时发现可能引起的其他潜在问题和风险点，便于提前处理，提高现场施工的可建造性，对项目进度和成本均有益处。

4  结语

伴随三维激光扫描技术的不断完善与发展，三维激光扫描技术在核电厂建造安装期间应用具有显著技术优势，可以通过将现场测量数据与PDMS三维设计环境进行对比分析，及早识别风险问题并进行处理，该项技术的应用也将成为一种应用趋势。

参考文献

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