关于三维扫描技术在装配式施工过程中可实施方向的探讨

孙 进 张仰福

（1.南通理工学院；2.海口经济学院）

三维激光扫描技术又称“实景复制技术”，也称“激光雷达取景技术”。三维扫描仪，采用激光技术只需数分钟即可产生详细三维实体图像，通过数百万彩色点的点云，来实现对现实环境的数字化再现。

三维激光扫描技术是相对于正向建模的技术应用，俗称逆向建模，也就是针对实体或者实景进行扫描，建立三维模型。其作业流程为点云数据采集、点云数据处理、三维模型建立、应用数据分析。提交的成果可分为二维图形（各种平、立、剖面图，等值线图）和三维图形（三维高密度点云数据、三角网格模型等）。

装配式建筑是将建筑的部分或全部构件在工厂预制完成,然后运输到施工现场将构件通过可靠的连接方式组装而建成的房屋。在欧美及日本被称作产业化住宅或工业化住宅。

装配式建筑施工精度拼接要求高，建筑、安装一体化设计。对预制构件、现场现浇节点的管线预留、钢筋连接的相关尺寸精度要求达到毫米级，而目前大部分预制工厂和施工工地的制作、安装还是人工作业，没有完全机械作业。而传统的人工作业施工精度在厘米级，一旦安装施工误差突破厘米级，那么后期的频繁的调整会累积大量停滞时间，耽误施工进度。

结合三维扫描技术和BIM 对点云数据的应用方向，初步思考三维扫描在装配式施工的应用方向可大致分为VR 应用、技术状态分析、三维尺寸量测、档案记录四大方面，可提供定期检查、变形观测、技术状态分析、故障预防等信息。

1 VR 应用

数字扫描的VR 全景，可以让人身临其境，实景展示脱离地域限制，比全景地图能提供更自由的观测视点。

2 技术状态分析

竣工验收时对建筑物进行最精密、最完整、最细致的扫描，建立建筑物的实物三维空间模型，可与BIM 模型进行比对，调整BIM 模型，形成三维空间模型数据库基础数据，并记录后期变形监测的扫描检测数据。历次变形监测时的观测数据，与三维模型基础数据和上次观测的扫描数据进行对比，判定建筑物构件三维空间位置是否有明显的变化，测定其变化值，并可通过色谱的颜色和深度来表达其变化量。例如对建筑施工过程中墙面平整度，地面平整度的检测，建筑物的平整度直接影响到下一个施工专业的施工质量及进度和成本，同时对整个建筑的质量有着重要的影响，通过三维扫描技术，我们只需要用几分钟时间，便将数据采集到办公室，进行快速检查形成永久的质量检查文件，并能够分享给项目的每一个管理人员。此外在在施工管理阶段，施工现场错综复杂，在施工5D 管理过程中，我们通过三维激光扫描技术，可以把每天获取现场实际情况，如现场物料，人员，机械等的位置关系，通过点云数据与BIM 模型连接起来，对场地管理，施工组织规划，物流进场计划，施工进度计划具有充分的指导意义。

3 三维尺寸量测

为后期装修阶段开展机电管道、水电线路设计碰撞检查、房间装修更新改造提供数据支持。实际施工的尺寸与设计图纸有偏差，导致竣工图现已不准确或不完整，需对建筑空间进行测量，可通过三维扫描，对其空间结构进行完整扫描，形成三维模型基础数据，通过软件量取真实空间的三维尺寸信息。如：可以采集计算出实际建筑层高、板厚等构件数据，为后期装修阶段的更新改造提供数据依据。机电专业和装饰行业进入施工现场首先进行的第一件事就是对建筑空间进行复测。对于复杂的的机电空间，我们通常采用预制加工来减少现场安装时间，但前期粗放式施工和设计变更，往往会给我们带来一些麻烦，我们可以通过三维扫描或者三维数据库获得现场的真实数据，进行预制加工的设计和安装，可以大大减少人员成本并且提高施工进度。例如，当所有的机电设备安装完成之后，必不可少的一定是对设备安装验收，这个时候我们就可以把采集的点云数据和BIM 设计模型进行对比，检查错漏，更新BIM 设计模型，使之设计模型成为竣工模型。也可以在装配式构件生产和现场施工过程中起到关键性的指导作用，装配式建筑有很多大型构件，节点比较复杂，我们无法在工厂实现拼装检查，那么我们可以利用三维激光扫描技术，把预制构件分别进行扫描，逆向建模，作出构件的三维模型，然后再对施工现场已完成的施工部位进行扫描建模，结合BIM 技术，在计算机中进行施工5D 模拟和精度控制。预拼装合格，我们再把装配式构件运到施工现场进行安装作业。

4 档案记录

目前安监部门的房屋档案资料仅局限于图纸和文字档案资料，可通过对建筑物进行全方位的三维激光扫描，获取建筑物的三维数据信息，将纸质材料升级为三维时空影像数据，为工程项目的施工测量及数字化存档管理探索新的途径，为后期研究提供精准的数据。通过三维扫描，可在各施工阶段验收时进行扫描，将建筑的三维信息保存，可检测建筑空间任意位置三维坐标测量信息，可检测施工质量的平整度、垂直度，可供后期作为检测变形，病害巡检、结构分析的相关依据资料。装配式建筑施工精度要求高，有利于三维扫描技术的应用。三维数据模型作为实物的副本保存，为后续管理提供完整、准确、永久的数字档案。后续可利用具有地理坐标和真实尺寸的三维场景，结合BIM 技术，为后期运营维保管理提供数据支持。施工单位以点云文件为基础来保存竣工三维模型，每次维修或变更，施工方均需提提供验收后的点云文件，并有相应存档文件。监理单位也可以直接拿施工单位的点云数据，抽样考核验收。

通过三维扫描技术在装配式施工过程中的可实施方向的应用，对建筑技术交底进行VR 应用和三维时空数据档案记录，我们可以整体优化施工管理系统，可以提高施工管理效率，避免盲目的施工建设，可以有效的在技术上避免错误的出现。对施工现场及构件的三维尺寸量测和技术状态分析，我们可以对施工阶段进行技术优化、人员配置优化，相比施工图纸，我们可以看到明确直观的施工内容、从而制定合理的施工程序和完整的施工方案，有利于建筑的整体质量、降低建筑成本，从而对建筑单位人员进行合理分配，明确实质工作职责。

目前三维扫描技术在各个领域的应用已然相当成熟，特别是文物保护、古建筑物的修缮，、医疗等领域的应用。由于BIM 技术的发展，三维激光扫描技术在施工阶段刚开始进行初步应用。17 年至今已在一些大型国企建筑项目开展应用，技术已趋于成熟，如青岛胶州湾海底隧道工程、华源丰田创业中心项目、龙湖地产等项目施工中，三维扫描技术已初步在基坑监测、隧道观测、病害巡检、墙地面平整度、机电管道改造安装等业务中开展了应用探索。在传统施工中，多达30%的建筑成本是由于返工产生的（平均占项目总成本的5-6%），10%的材料被完全浪费掉了，传统劳动力的使用效率仅为40-60%。随着三维扫描、装配式及BIM 技术的发展，精益制造、智能施工的加速将会提高建筑质量、加快建筑速度、降低建筑成本，从而整体上提高装配式施工的经济效益与社会效益。

本文通过对三维扫描技术在装配式施工过程中的可实施方向的探讨，希望能够对装配式建筑的发展起到一定的借鉴作用，推动建筑行业向精益建造、智能施工进一步发展。