董涛 吕彦雷 史伟 周胜军
中国建筑第八工程局钢结构工程公司 上海 200120
摘要：介绍三维激光扫描技术在蚌埠体育中心项目钢结构中的应用，探讨三维激光扫描技术在复杂钢结构构件制作，拼装中的应用。
关键词：三维激光扫描；点云；拼装；精度分析
Application of 3D Laser Scanning Technology in Steel Structure
Dong Tao Lv Yanlei Liu Shugui Liu Jun
（China Construction Eighth Engineering Bureau Steel Structure Engineering Company， Shanghai）
Abstract：This paper introduces the application of 3D laser scanning technology in the steel structure of Bengbu Sports Center project，and discusses the application of 3D laser scanning technology in the production and assembling of complex steel structure.
Key words：3D laser scanning Point cloud Assembled Precision analysis
前 言：随着随着科学技术的不断发展，出现了集成多种高新技术的新型测绘仪器—三维激光扫描仪，它采用非接触式高速激光测量方式，在复杂的现场和空间对被测物体进行快速扫描测量，直接获得激光点所接触的物体表面的三维坐标、色彩信息和反射强度—点云数据。点云数据经过计算机处理后，结合CAD可快速重构出被测物体的三维模型及线面、体、空间等各种制图数据。三维激光扫描技术是测绘领域继GPS技术之后的又一次技术革命，又称“实景复制技术”，能够完整并高精度地重建扫描实物及快速获得原始测绘数据。该技术可以真正做到直接从实物中进行快速的逆向三维数据采集及模型重构，无需进行任何实物表面处理，其激光点云中的每个三维数据都是直接采集目标的真实数据，使得后期处理的数据完全真实可靠。
这项技术可用于变形监测、工程测量、地形测量、断面和体积测量等领域，由于技术上突破了传统的单点测量方法，具有不需要合作目标、高精度、高密度、高效率、全数字特征等优点。
本文主要通过三维激光扫描技术在蚌埠体育中心的应用，探讨介绍三维激光扫描技术在钢结构中的应用。
1 项目背景
蚌埠市体育中心体育场工程平面形状呈椭圆形，东西向直径为258m，主要由上部屋面钢罩棚和下部混凝土看台组成，屋面钢罩棚划分为东（小罩棚）、西（大罩棚）两部分。此工程结构节点复杂，焊接量以及焊接难度很大，因此使用了大量铸钢件。铸钢件结构复杂，受力大，安装精度要求高，复杂的结构形式增加了制作，安装的难度。
2 设备简介
本工程采用的三维激光扫描设备为FocuX330型三维激光扫描，其最大扫描距离能达到330m，扫描速度最快达97600个点/s，测距误差为±2mm，完全能够满足大范围快速高精度测量的需求。其配套的分析软件包括SCENE，Geomagic Quahlify，Rapidform XOR3等，拥有强大的点云处理及数据对比分析功能。
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3 外业点云数据的获取
外业点云的采集分别在铸钢件加工厂和弧形大梁拼装现场进行实地扫描。因为构件比较大，一次无法将整个构件扫描完成，所以每个构件都利用标靶球定位，通过不同角度转换站点，完成整个构件全方位的扫描。
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4 数据处理
首先将外业采集的各测站点数据利用SCENE软件拼接、整合、筛选成一个完整构件的点云模型。接着将转换好的点云模型利用Geomagic qualify软件与标准模型进行对比分析，对分分析分为3D对比分析和2D对比分析。3D对比分析可以让我们对构件的整体偏差有一个直观的了解，2D对比分析可以对偏差比较密集或者比较关键的部位进行更加全面的对比分析，由此生成的偏差数据也更加的直观准确。
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通过将扫描的数据与标准模型的对比分析，我们可以直观的了解制作、拼装的误差，在构件出厂前可以对对制作不合格的构件进行矫正，严重不合格的进行报废处理，杜绝不合格产品出厂。同时在现场弧形大梁的拼装过程中也可以对拼装进行指导，预拼装好之后整体扫描一遍，误差在允许范围之内才能进行焊接，误差过大需根据对比分析结果进行及时调整，焊接完成之后进行复测，误差在允许范围内才可进行吊装。
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对比分析完成之后，我们可以通过Geomagic qualify软件对之前进行的对比分析结果出一份完整的报告，方便保存以及以后的查看。
三维激光扫描配套的Rapidform XOR3软件还可以以扫描点数据为基准依据，逆向创建模型。Rapidform XOR使用自动识别拉伸、旋转、放样、扫描等建模功能，快速建模，创建具有参数特征的模型；通过自动草图功能，根据点云数据更简单准确的绘制草图，辅助建模。
结束语
利用三维扫描技术来对钢结构构件加工制作，拼装等尺寸，误差检查方面与传统检查方法相比，具有非凡的优势。它正在逐步改善传统的测量方法，本文中介绍的利用三维激光扫描技术对异型钢构件生产，拼装精度的检测，防止了钢构件在生产、拼装中误差过大给后期施工造成的延误，甚至是影响建筑物本身的安全性；不仅提高了生产的精度、速度，还最大限度的保证了工期的质量，节约了生产成本。将三维激光扫描技术运用到钢结构当中，对钢结构够的生产制作，安装具有非常现实的指导意义。
参考文献
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论文作者:董涛,吕彦雷,史伟,周胜军
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/17
标签：激光论文; 构件论文; 数据论文; 技术论文; 钢结构论文; 罩棚论文; 测量论文; 《建筑学研究前沿》2018年第23期论文;