淺析三維激光掃描在建設(shè)施工中的應(yīng)用

鄒榮

摘 ? 要：現(xiàn)代建設(shè)施工因?yàn)楦黜?xiàng)先進(jìn)技術(shù)的支持，質(zhì)量與效率得到極大提高，本文簡單闡述了三維激光掃描技術(shù)的基本含義與技術(shù)原理，重點(diǎn)分析該技術(shù)在建設(shè)施工中的應(yīng)用，施工人員若是能夠在建設(shè)施工過程中利用并充分發(fā)揮三維激光掃描技術(shù)的作用，便可有效打破傳統(tǒng)測量方式的限制，不僅有利于進(jìn)一步提高模型的科學(xué)性與可靠性，還能切實(shí)提高建設(shè)施工質(zhì)量與效率。

關(guān)鍵詞：三維激光掃描 ?建設(shè)施工 ?數(shù)據(jù)逆向建模

中圖分類號(hào)：P225.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）02（c）-0001-02

在建設(shè)施工中充分發(fā)揮三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，對(duì)降低掃描誤差、提高施工質(zhì)量具有積極影響，故而施工企業(yè)要明確三維激光掃描的重要性，將其應(yīng)用于建設(shè)施工的全過程中。若想確保該技術(shù)作用切實(shí)落實(shí)，施工企業(yè)除了要增強(qiáng)施工人員操作能力，還應(yīng)選擇科學(xué)選擇高效的設(shè)備，構(gòu)建完善的掃描測量系統(tǒng)。

1 ?三維激光掃描技術(shù)概述

1.1 基本含義

三維激光掃描技術(shù)又被稱為實(shí)景復(fù)制技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用過程中，需要借助自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)情況比較復(fù)雜的施工現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行連續(xù)數(shù)據(jù)采集與處理，具有極強(qiáng)的非接觸性、實(shí)時(shí)性、擴(kuò)展性，此外應(yīng)用速率、數(shù)字化程度也比較高。將其應(yīng)用于建設(shè)施工中，能夠有效提高掃描數(shù)據(jù)的精確度，對(duì)實(shí)現(xiàn)三維可視化具有重要意義，可以被廣泛應(yīng)用于地形測量、場景虛擬、變形監(jiān)測、災(zāi)害預(yù)警等工作中。

1.2 技術(shù)原理

1.2.1 掃描原理

建設(shè)施工中的三維激光掃描技術(shù)依靠專業(yè)儀器實(shí)現(xiàn)，目前應(yīng)用最多的設(shè)備是三維激光掃描儀。在實(shí)際應(yīng)用過程中，該設(shè)備會(huì)先啟動(dòng)內(nèi)置伺服馬達(dá)系統(tǒng)，再利通過轉(zhuǎn)動(dòng)多面掃描棱鏡，令發(fā)射的脈沖激光束按照從左到右、由上至下的順序進(jìn)行快速掃描，以此實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)高精度步進(jìn)式測量，具體過程如圖1所示。

1.2.2 測距原理

現(xiàn)階段，利用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行測距，可以使用的方法主要有三種：脈沖測距、三角測距、相位測距。利用該技術(shù)進(jìn)行測距時(shí)，激光發(fā)射器會(huì)先發(fā)射一道速度極高但相對(duì)狹窄的激光脈沖，再利用探測系統(tǒng)捕捉脈沖被測物表面產(chǎn)生的回波信號(hào)，通過將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)逐漸生成回波脈沖信號(hào)，隨后對(duì)回波脈沖信號(hào)與發(fā)射脈沖信號(hào)之間的間隔進(jìn)行測量，最后便可得出被測物與激光發(fā)射器之間的距離，利用三維激光掃描技術(shù)測得的數(shù)據(jù)精確度比較高[1]。

2 ?三維激光掃描技術(shù)在建設(shè)施工中的應(yīng)用

2.1 數(shù)據(jù)逆向建模

三維激光掃描是提高建設(shè)施工實(shí)際測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的有效方式，因此施工人員可以利用該技術(shù)儲(chǔ)存施工現(xiàn)場各項(xiàng)資料數(shù)據(jù)，為后續(xù)施工與驗(yàn)收等工作提供有力支持。由于異型建筑建設(shè)與安裝施工難度比較大，所以為了提升建設(shè)施工效果，施工人員會(huì)利用三維激光掃描技術(shù)獲取相關(guān)現(xiàn)狀的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行模型設(shè)計(jì)。例如正在建設(shè)一個(gè)有異形裝飾玻璃幕墻的建筑，該建筑在建設(shè)后期，準(zhǔn)備給建筑貼裝飾玻璃幕墻時(shí)，發(fā)現(xiàn)已建成的建筑構(gòu)件與原設(shè)計(jì)圖紙有出入，導(dǎo)致原來設(shè)計(jì)好的玻璃幕墻無法與構(gòu)件貼合。因此，必須得到已建成的建筑及構(gòu)件的整體模型，根據(jù)模型設(shè)計(jì)新玻璃幕墻圖，使用掃描儀對(duì)建筑整體數(shù)據(jù)進(jìn)行采集 ，并利用全站儀作為控制，對(duì)掃描儀得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行平差改正，極大的保證測量精度，最后根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)建筑進(jìn)行精細(xì)建模，最后將成果交給客戶，他們就根據(jù)我提供的模型，重新設(shè)計(jì)了玻璃幕墻，最終完成建筑玻璃裝飾幕墻的任務(wù)。

現(xiàn)階段，三維激光掃描技術(shù)在政府政策與研究人員的努力下愈加成熟，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不斷得到優(yōu)化與完善，以三維激光掃描技術(shù)為基礎(chǔ)的模型庫也越來越健全，整體應(yīng)用范圍愈加廣泛，故而施工人員可以基于此開展數(shù)據(jù)逆向建模工作，以此提高成本控制水平、降低建設(shè)施工風(fēng)險(xiǎn)。例如，復(fù)雜環(huán)境下的深基坑建設(shè)工程對(duì)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求比較高，只有保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確才能有效規(guī)避施工風(fēng)險(xiǎn)，過去施工人員采用傳統(tǒng)的離散單點(diǎn)采集三維坐標(biāo)法進(jìn)行測繪，由于測點(diǎn)有限，所以測得數(shù)據(jù)的精確度比較低，嚴(yán)重影響建設(shè)施工效率與質(zhì)量，一定程度上還拖延了工程進(jìn)度，若是能夠發(fā)揮三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，便可增強(qiáng)掃描路線的科學(xué)合理性，對(duì)避免干擾與遮擋、增強(qiáng)模型可靠性具有積極影響，有利于為后續(xù)建設(shè)施工設(shè)計(jì)規(guī)劃提供強(qiáng)有力支持[2]。

2.2 工程質(zhì)量分析及工程量計(jì)算

以三維激光掃描技術(shù)為基礎(chǔ)開展建設(shè)施工，有利于提高本次工程項(xiàng)目的建設(shè)施工效果。實(shí)際施工中，工作人員首先要利用三維激光掃描技術(shù)獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，采用專業(yè)性較強(qiáng)的系統(tǒng)軟件對(duì)其進(jìn)行處理，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成三維模型;其次，應(yīng)將三維模型與施工設(shè)計(jì)中的CAD模型、BIM模型進(jìn)行精確度對(duì)比，尋找不同模型存在的不足，利用先進(jìn)的技術(shù)與工藝對(duì)偏差進(jìn)行修正，從而為建設(shè)施工提供應(yīng)用價(jià)值較高的指導(dǎo)，進(jìn)而減少安全事故、進(jìn)度延誤、成本浪費(fèi)等問題發(fā)生;最后，施工人員要對(duì)三維激光掃描設(shè)備獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析與整理，尤其是某些施工現(xiàn)場環(huán)境比較復(fù)雜的工程項(xiàng)目，比如異形結(jié)構(gòu)大范圍幕墻安裝，先對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)的洞口尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核，找出模型與實(shí)際存在的誤差，再對(duì)三維掃描模型設(shè)計(jì)進(jìn)行深化，以此為幕墻安裝提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)支持，為提高建設(shè)施工質(zhì)量奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

異形建筑表面積計(jì)算及不規(guī)則建筑體積的計(jì)算，直接關(guān)系到施工方和建設(shè)方的經(jīng)濟(jì)結(jié)算，同時(shí)也關(guān)系著建筑應(yīng)用的合理性和安全性。在工程竣工時(shí)需要對(duì)這些不規(guī)則表面積和異形體積進(jìn)行量算，傳統(tǒng)測量方式需要人工去爬懸梯或者通過全站儀密集打點(diǎn)利用微積分的原理分段進(jìn)行計(jì)算。這些方法不僅耗時(shí)耗力，獲取的數(shù)據(jù)不全面，而且計(jì)算不準(zhǔn)確，極容易產(chǎn)生漏洞，同時(shí)還伴有危險(xiǎn)性。利用三維激光掃描儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過對(duì)建筑表面進(jìn)行掃描和建模，可以輕松獲得異形建筑的表面積和體積等工程量。非接觸式自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集也大大提高了作業(yè)人員的工作效率和安全性，最終計(jì)算出的結(jié)果也跟接近實(shí)際，為建設(shè)工程的工程量核算提供了極大的幫助。

2.3 運(yùn)維管理與變形監(jiān)測

運(yùn)維管理與變形監(jiān)測是建設(shè)工程驗(yàn)收的重要環(huán)節(jié)，在經(jīng)過方案規(guī)劃、圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、實(shí)際施工等階段后，企業(yè)已經(jīng)投入了大量時(shí)間與資金，為了確保工程項(xiàng)目在后期能夠真正獲得預(yù)期效益，施工企業(yè)可以將三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于運(yùn)維管理環(huán)節(jié)中，基于該技術(shù)制定科學(xué)合理的管理方案，以此減少修繕費(fèi)用、降低維護(hù)成本與改建成本。對(duì)于整體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜且功能性較強(qiáng)的建筑，充分發(fā)揮三維激光掃描技術(shù)的作用與優(yōu)勢，可以為構(gòu)建智能化、信息化、一體化特征較明顯的運(yùn)維管理平臺(tái)提供技術(shù)支持，有利于提高建設(shè)施工空間管理、設(shè)備管理、資產(chǎn)管理的高效性，對(duì)降低運(yùn)維成本、延長建筑使用壽命具有積極意義[3]。此外，變形監(jiān)測在建設(shè)施工整個(gè)生命周期中占據(jù)重要地位，直接影響工程質(zhì)量與建筑結(jié)構(gòu)安全，故而為了確保建設(shè)施工能夠取得良好效果，施工人員必須明確將三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于變形監(jiān)測環(huán)節(jié)的必要性，對(duì)被測物進(jìn)行全方位的測量，通過對(duì)比多次掃描數(shù)據(jù)，制定可靠性與可行性較強(qiáng)的變形改良方案，從而有效提高建設(shè)施工質(zhì)量。

3 ?結(jié)語

綜上所述，三維激光掃描技術(shù)可以被應(yīng)用于環(huán)境條件復(fù)雜的施工現(xiàn)場，具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性與擴(kuò)展性，數(shù)字化程度比較高，充分發(fā)揮其作用能夠提高施工質(zhì)量。因此施工人員要明確將其應(yīng)用于數(shù)據(jù)逆向建模、工程量計(jì)算、工程進(jìn)度實(shí)時(shí)跟蹤、質(zhì)量檢測、運(yùn)維管理、變形監(jiān)測等環(huán)節(jié)的重要性，切實(shí)提高施工效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 周克勤.三維激光掃描測繪技術(shù)在建設(shè)工程施工監(jiān)測中的應(yīng)用[J].建設(shè)監(jiān)理，2018（10）：53-57.

[2] 王靜.三維激光掃描技術(shù)結(jié)合BIM技術(shù)在建設(shè)工程中的應(yīng)用[J].江西建材，2018（11）：62-63.

[3] 周瑾鈺，王海順.基于三維激光掃描技術(shù)的礦山地質(zhì)工程精度檢測應(yīng)用研究[J].世界有色金屬，2019（11）：236-237.