一种结合三维激光扫描技术的大型构件安装方法

仲维光 张萌 路宏杰 赫海涛 张亚军

摘要：模块化的施工方式是将建筑物分割成若干个独立的模块构件，分别在工厂进行预制，完成后运输至建筑施工现场组合，形成最终的整体。在大型结构构件的预制过程中会产生不可避免的偏差，构件的组合过程中，预制偏差可能导致各构件间连接部位无法配合，需要现场进行调整，影响工期，增加成本。本文主要论述一种施工方法，即采用先进的三维激光扫描技术，获取构件本体和安装位置的三维点云模型，用以建立实体三维模型，通过模型进行模拟安装推演及结构干涉检测，可以科学地预判出风险部位，提前拿出最佳的解决方案指导现场处理，最终实现构件的一次性精准安装。能够通过使用此方法，有效压缩构件吊装、调整、处理工期，降低施工风险，提高施工质量。

关键词：大型构件 三维激光扫描 建模技术 模拟推演

中图分类号：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

模塊化施工技术已经广泛应用到了现代工程建造中，在建设工程中，存在大量指定位置安装大尺寸构件的情况。例如，在核电站建设中，由多面（组）中空钢板墙组合而成的大型建筑构件，预制组合完成后，运至施工现场使用大型吊车安装就位到设计位置。

大型建筑构件为了在安装后可以与其安装区域原有结构良好结合，设计有大量交叉或连接的部件。一般情况，是在建筑构件的内部安装大量的横向钢筋，可以与安装区域布置的纵向预埋钢筋交叉匹配，在构件就位后浇筑混凝土，可以快速构成牢固的钢筋混凝土结构。由于构件内部钢筋和预埋钢筋是分开安装的，存在无法避免的无规律性位置偏差，在安装过程中，会相互干涉导致构件无法安装。传统的解决办法是在构件吊装接近钢筋前停吊，再安排大量人员进行目视排查，根据匹配情况进行处理，吊装风险高，施工工期和质量也难以控制。本文主要论述一种结合三维激光扫描技术的模拟安装方法，通过获取构件本体和安装区域三维模型进行模拟推演，可以预判出风险部位，提前进行处理，减少了吊装过程处理环节，可以有效地降低施工风险，良好地控制工期与质量。

1三维激光扫描技术介绍

1.1工作原理

三维激光扫描技术，又称“实景复制技术”，是利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面密集点位三维坐标信息，可快速复建出被测物体的三维模型数据[1]。

1.2系统构成

三维激光扫描系统主要由三维激光扫描仪及配件与计算机软件构成，三维激光扫描仪作为主要组成部分，能够通过发射和接收激光获取三维坐标信息，在施工中需要配套的靶球和支架等进行工作。计算机软件主要用于数据的处理，可以将三维坐标信息构成线、面、体等图形数据[2]。

1.3技术优点

三维激光扫描技术，不需反射棱镜，可以自动、直接对目标体进行非接触性的扫描式测量工作，获取构件及其安装区域结构准确的三维点云数据。用以完成真实的实体三维模型建模，能够为模拟安装及干涉检测创造良好的条件[3]。

整个过程中，人工参与的工作较少，且容易控制，基本免除了人工操作误差产生的可能性，数据通过配套的软件进行规范化的处理，过程中进行了充分的检核与平差，减少了累积误差，使精度有保障且不易出现错误。

2构件本体与安装区域扫描

下文以Thimble TX8型三维激光扫描仪为例进行操作，分别在构件与安装区域，选择稳定的位置，安装扫描标靶（如图1所示），扫描标靶应均匀包围需要扫描的区域，布置完成后对每个扫描标靶应进行单独编号，并绘制现场布置简图。

根据现场实际结构确定扫描路线后，布置扫描靶球位置，保证能够完整扫描获取全部三维点云数据。扫描时，对于空间较小，结构复杂密集的区域和部位，应缩小测站间的距离，达到能够扫描到全部细节数据的状态。过程中主要采用典型扫描模式进行扫描，对于最复杂的纵横墙交叉位置，采用精密扫描模式进行扫描，如图2、图3所示。

扫描测量完成后，提取仪器内部的点云数据，转移至计算机中进行数据处理工作，通过配套的Trimble RealWorks點云数据处理软件，进行高精度配准[4]。

由于点云文件的数据量庞大，在配准操作完成后，可以对点云模型进行裁切处理，去除无关的部分，方便操作。

3模型建立与调整

首先，使用Revit软件按设计图纸建立模型文件，对于干涉风险较高的部位应进行重点建模。建模完成后，将构件本体的模型文件和构件安装区域结构的模型文件分别导入软件，与相应的点云模型文件进行匹配，匹配后查看偏差部位，根据软件中显示的实际点云位置，调整模型文件中的模型位置，保证模型与实际情况达到一致[5]，如图4、图5所示。

4模拟推演与处理

分别将调整好的模型导入Navisworks软件，进行模拟推演与干涉检测。以安装区域模型为基准，移动调整构件本体模型，利用软件中的干涉检测功能检测两个模型之间发生重合的部位[6]。

根据构件的安装就位技术要求，调整构件本体模型的位置和角度，寻找干涉位置最少，处理较为容易的方案，输出干涉检测结果，如图6所示。

根据检测结果与设计方进行沟通，提出风险处理方案，并将干涉检测结果作为依据，发起相关文件流程。

5结语

通过三维激光扫描技术获取的点云数据模型真实、可靠地还原了构件与安装区域结构的情况，通过建模进行模拟推演形成的处理方案，可以直观、立体地展示出干涉部位的具体情况，为设计方下达处理意见提供重要参考。同时，将干涉部位的具体情况模型检测的文件带到现场，也能够更好指导现场工作人员正确地对干涉部位进行处理。处理完成后，可以通过再次扫描和模拟安装的方式进行验证，保证吊装工作的万无一失。

参考文献

[1]李涛涛，彭建盛，许恒铭.基于激光扫描热成像技术的电感裂纹检测[J].光学技术，2021，47（5）：513-518.

[2]赵勇，夏雨帆.三维激光扫描在大型斜拉桥施工中的应用[J].低温建筑技术，2021，43（9）：153-156.

[3]成枢，查天宇，黄小斌，等.移动式三维激光扫描技术在地铁隧道变形监测中的应用[J].测绘地理信息，2021，46（5）：13-16.

[4]林博文，黄玲.三维激光扫描技术在人防隧道检测中的应用[J].智能城市，2021，7（18）：50-52.

[5]魏占胜，王涛，鲍文福.三维激光扫描技术在露天矿山监测中的应用[J].采矿技术，2021，21（5）：176-179.

[6]贺晓东.三维激光扫描技术在建筑立面数字化采集和立面绘制方向应用的可行性研究[J].测绘通报，2021，（9）：157-159，164.

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