三維激光掃描儀測(cè)量技術(shù)

1、三維激光掃描儀測(cè)量技術(shù)近年來(lái)，BIM技術(shù)已成為工程建設(shè)領(lǐng)域各方關(guān)注的焦點(diǎn)。BIM模型是一個(gè)面向?qū)ο?、參?shù)化以及智能化的建筑數(shù)字化表示，其通過(guò)構(gòu)筑信息模型建立起一條貫穿工程全壽命周期的網(wǎng)絡(luò)，將設(shè)計(jì)方、施工方和業(yè)主對(duì)工程在不同階段的不同需求連接成一個(gè)緊密相關(guān)的體系。 但在室內(nèi)裝飾工程 BIM應(yīng)用方面，由于受現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)工程實(shí)際尺寸影響較大，且精度要求極高，所以需要將現(xiàn)場(chǎng)尺寸獲取與BIM模型建立相結(jié)合，才能將 BIM技術(shù)真正應(yīng)用到施工管理中。三維掃描儀將施工現(xiàn)場(chǎng)土建結(jié)構(gòu)構(gòu)件的立體信息轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能直接處理的數(shù)字信號(hào)，再將BIM模型直接導(dǎo)入三維掃描儀配套的軟件中進(jìn)行與點(diǎn)云模型的三維比對(duì)，生成檢測(cè)報(bào) 告，用

2、以指導(dǎo)調(diào)整土建模型，準(zhǔn)確還原現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際尺寸，讓裝飾模型的建立有更準(zhǔn)確的參照， 極大地提高裝飾模型實(shí)用性，更好指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。一、技術(shù)特點(diǎn)三維掃描是集光、機(jī)、電和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高新技術(shù)，主要用于對(duì)物體空間外形和結(jié)構(gòu)及色彩進(jìn)行掃描， 以獲得物體表面的空間坐標(biāo)。能實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量， 測(cè)量結(jié)果能直接與CAD （計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）、CAM （計(jì)算機(jī)輔助制造）、CIMS （計(jì)算機(jī)集成制造）等系統(tǒng)多接 口，具有速度快、精度高的優(yōu)點(diǎn)。三維掃描技術(shù)生成的點(diǎn)云模型與土建BIM模型進(jìn)行對(duì)比，指導(dǎo)調(diào)整土建模型，從而還原現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際尺寸，更好指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和材料下單工作，縮短了工期，提高了工效。三維掃描技術(shù)可用于造型復(fù)雜的分部分

3、項(xiàng)工程，并能保證裝飾效果和設(shè)計(jì)要求，可用于裝飾工程全過(guò)程各個(gè)階段的施工質(zhì)量精度檢驗(yàn)工作。二、適用范圍三維掃描儀適用于室內(nèi)工程、幕墻工程的施工，特別是有特殊造型的工程。三、技術(shù)性能三維激光掃描儀高速旋轉(zhuǎn)的反光鏡將激光發(fā)射器發(fā)射出的激光點(diǎn)向四周以97600點(diǎn)/秒的速度發(fā)射，由于光速極其快，光點(diǎn)在碰到障礙物后會(huì)立即返回到掃描儀，掃描儀可以通過(guò)計(jì)算發(fā)射和返回的時(shí)間差來(lái)確定每一個(gè)點(diǎn)的位置，并將所有點(diǎn)組合在一起， 形成整個(gè)空間的點(diǎn)云文件。手機(jī)可以自動(dòng)找到兩張照不同測(cè)量站點(diǎn)的數(shù)據(jù)拼接組合類似于用手機(jī)拍攝全景照片時(shí)，片中相同的部分，并將它們重疊組合。三維掃描儀配套的軟件也可以找到兩個(gè)空間中三個(gè)以 上共同的標(biāo)靶

4、球，或者標(biāo)靶紙來(lái)將兩個(gè)相鄰空間的點(diǎn)云拼接在一起。旋轉(zhuǎn)的激光束電池倉(cāng)圖3-1三維激光掃描儀基本構(gòu)成四、施工工藝流程及措施工序流程：準(zhǔn)備工作一站點(diǎn)選擇一標(biāo)靶紙粘貼一標(biāo)靶球放置一掃描儀放置一數(shù)據(jù)掃描一掃描儀保管一數(shù)據(jù)處理一模型調(diào)整一結(jié)果應(yīng)用施工工藝準(zhǔn)備工作：掃描前應(yīng)將掃描儀器、配套軟件、輔助材料、圖紙資料、操作人員安排好，現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行檢查，確保掃描工作正常進(jìn)行；(1)儀器機(jī)具：三維掃描儀，專用三腳架，專用白色標(biāo)靶球，全站儀；(2)配套軟件：三維掃描儀配套realworks軟件；(3)輔助材料：2*2黑白相間格子的 A4標(biāo)靶紙，膠接與清潔材料；(4)圖紙資料：現(xiàn)場(chǎng)平面圖紙；(5)人員安排：儀器操作員

5、1人，輔助人員1人；(6)檢查事項(xiàng)：1)檢查掃描儀電量是否充足，使用是否正常;2）檢查三腳架鎖扣是否可以正常固定及解鎖;3）檢查標(biāo)靶球是否有破損；4）掃描人員是否熟悉圖紙，是否清楚需掃描區(qū)域，重點(diǎn)掃描區(qū)域在哪里，掃描路線是否已規(guī)劃好，現(xiàn)場(chǎng)阻礙視線的雜物是否已清理，能否避開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)施工的影響，現(xiàn)場(chǎng)是否已接好供電與照明設(shè)備，滿足照明要求；站點(diǎn)選擇：在土建主軸線交點(diǎn)處附近選擇一塊場(chǎng)地平整，視線較好的區(qū)域作為起測(cè)站點(diǎn)；標(biāo)靶紙粘貼：在起測(cè)點(diǎn)附近墻面用膠水或膠帶粘貼至少3張標(biāo)靶紙（空間坐標(biāo)需 要至少3個(gè)點(diǎn)來(lái)定位），以記錄起測(cè)點(diǎn)的位置，用全站儀測(cè)出這幾張標(biāo)靶紙的中心在土建主軸線和基準(zhǔn)點(diǎn)確定的坐標(biāo)系統(tǒng)的相對(duì)坐標(biāo)，

6、記錄備用；4.2.3-1標(biāo)靶紙粘貼標(biāo)靶球放置：在起測(cè)站范圍10米之內(nèi)的不同位置擺放 3個(gè)以上標(biāo)靶球作為規(guī)劃掃描路線第二測(cè)量站的連接站（掃描儀可以自動(dòng)記錄標(biāo)靶球和最初粘貼的標(biāo)靶紙之間的空間相對(duì)坐標(biāo)），需要在相鄰兩站的位置都可以完整看見(jiàn)至少3個(gè)以上共同標(biāo)靶球;圖4.2.4-1 標(biāo)靶球放置掃描儀放置：架設(shè)并調(diào)平專用三腳架，將三維掃描儀安裝在三腳架上并鎖定;圖4.2.5-1三維掃描儀放置調(diào)平數(shù)據(jù)掃描：按掃描儀電源鍵開(kāi)機(jī)，進(jìn)入主界面之后選擇適合所在現(xiàn)場(chǎng)條件的掃描配置文件，如掃描距離、精細(xì)程度、光線情況、色彩情況等參數(shù)（通常室內(nèi)十米：分辨率及掃描質(zhì)量選擇為中等的黑白掃描時(shí)長(zhǎng)約為兩分鐘一站；如果需要獲取點(diǎn)云

7、的色彩信息，可以設(shè)置為彩色掃描，掃描儀在黑白掃描結(jié)束后自動(dòng)進(jìn)行全景攝影，總時(shí)長(zhǎng)約為五分鐘， 攝影文件會(huì)自動(dòng)和點(diǎn)云文件疊加，從而呈現(xiàn)更加逼真的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景），點(diǎn)按開(kāi)始鍵開(kāi)始掃描；圖4.2.6-1三維掃描儀參數(shù)設(shè)置起測(cè)站掃描完畢后，將儀器搬至預(yù)設(shè)的第二測(cè)量站，然后在第二測(cè)量站和第三測(cè)量站之間按照第一連接站的要求擺放3個(gè)以上標(biāo)靶球作為第二連接站，從而將每一測(cè)量站所測(cè)量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以在掃描儀配套軟件中連接到一起，準(zhǔn)確還原各站之間的相對(duì)位置；根據(jù)每一個(gè)房間的大小設(shè)置不同數(shù)目的測(cè)量站，但是都要確保至少有一個(gè)連接站的幾個(gè)標(biāo)靶球之間的空間關(guān)系是固定的，從而可以將新掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)在軟件中順利自動(dòng)識(shí)別，連接到一起，按

8、照規(guī)劃掃描路線逐步掃描，并且通過(guò)連接站記錄不同測(cè)量站；掃描儀保管：測(cè)量完成后將掃描儀關(guān)機(jī)取下，并收起三腳架，清潔掃描儀、標(biāo)靶球等設(shè)備之后放入專用箱內(nèi)保管；圖4.2.7-1掃描儀保管4.2.8數(shù)據(jù)處理：取出三維掃描儀中的SD卡，將數(shù)據(jù)拷貝到電腦中，打開(kāi)配套的Realworks軟件導(dǎo)入FLS數(shù)據(jù)，利用軟件自動(dòng)配準(zhǔn)工具進(jìn)行數(shù)據(jù)配準(zhǔn)，生成整個(gè)掃描區(qū)域的、按照實(shí)際空間關(guān)系連接在一起的點(diǎn)云文件，Realworks軟件支持20億點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理能力，提拱數(shù)據(jù)分割工具進(jìn)行冗余數(shù)據(jù)處理，將不需要的數(shù)據(jù)快速刪除，使得整體數(shù)據(jù)迅速變小， 增加后緒工作的運(yùn)行效率；模型調(diào)整：在BIM模型中找到之前的土建主軸線和基準(zhǔn)點(diǎn)，獲取

9、模型中的三維坐標(biāo)，將之前記錄的標(biāo)靶紙的相對(duì)坐標(biāo)換算為模型中的相對(duì)坐標(biāo)，在點(diǎn)云文件中找到最初標(biāo)靶紙上的中心點(diǎn)，分別輸入它們?cè)谀Ｐ椭械南鄬?duì)坐標(biāo)，移動(dòng)到對(duì)應(yīng)位置；利用Realworks軟件進(jìn)行三維模型與實(shí)體檢測(cè)，將BIM模型直接導(dǎo)入 Realworks軟件中進(jìn)行與點(diǎn)云模型的三維比對(duì)，生成檢測(cè)報(bào)告，調(diào)整土建模型，準(zhǔn)確還原現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際尺寸；結(jié)果應(yīng)用：除了利用三維掃描生成的點(diǎn)云文件進(jìn)行土建模型的對(duì)比與調(diào)整外，還可進(jìn)行其他應(yīng)用：(1)碰撞檢測(cè)：土建施工誤差導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)尺寸不滿足裝飾施工要求，提前協(xié)調(diào)解決，拆改土建結(jié)構(gòu)或者調(diào)整裝飾設(shè)計(jì)方案；(2)異形測(cè)量放線：先將三維掃描的數(shù)據(jù)與土建模型全部調(diào)整到總包提供的絕對(duì)坐標(biāo)系

10、統(tǒng)中，使用放線機(jī)器人進(jìn)行打點(diǎn)時(shí)，通過(guò)標(biāo)靶紙的自動(dòng)識(shí)別確定當(dāng)前坐標(biāo)，進(jìn)而將模型中的已標(biāo)記點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)精準(zhǔn)確定，確保大面積曲面控制線的連續(xù)性、流暢性；(3)基層質(zhì)量檢查：基層施工完成后再做一次三維掃描，獲取基層的施工誤差數(shù)據(jù)，在面層下單時(shí)指導(dǎo)調(diào)整面層或者更改基層，避免因安裝時(shí)才發(fā)現(xiàn)問(wèn)題而延誤工期，提升工程質(zhì)量；(4)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)測(cè)量：三維掃描的點(diǎn)云用配套R(shí)ealworks軟件進(jìn)行全方位瀏覽，記錄帶有顏色信息的點(diǎn)云，還原施工前中后的現(xiàn)場(chǎng)情況，并測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，包括長(zhǎng)寬高，面積，體積，角度等，將現(xiàn)場(chǎng)尺寸數(shù)據(jù)作為進(jìn)場(chǎng)成本核算的依據(jù)；(5)施工協(xié)調(diào)：將現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題在點(diǎn)云中進(jìn)行批注，將批注信息共享，或者直接截圖發(fā)送至外部

11、單位，提高溝通效率。五、注意事項(xiàng)(1)掃描過(guò)程中要注意經(jīng)常核對(duì)標(biāo)靶球數(shù)目，換站之后要及時(shí)挪動(dòng)箱子及標(biāo)靶球等物品；(2)為了盡量少地遮擋待掃描區(qū)域，掃描期間人需要距離掃描儀五米以上，并且不能遮擋到標(biāo)靶球和標(biāo)靶紙；(3)掃描完成后將掃描儀關(guān)機(jī)取下，清潔掃描儀、標(biāo)靶球等設(shè)備之后放入專用箱內(nèi)保管；(4)掃描的數(shù)據(jù)必須儲(chǔ)存到全英文目錄；(5)每站掃描的數(shù)據(jù)大概有 150兆左右，一天可以掃 70站左右，大概50個(gè)房間，所以一天的數(shù)據(jù)量可能有十幾 G, 一方面需要準(zhǔn)備大一些的存儲(chǔ)卡用來(lái)記錄數(shù)據(jù)，另外就是需要較快的讀寫(xiě)速度，最好每天掃描完成后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中，避免因?yàn)榇鎯?chǔ)卡數(shù)據(jù)量太大影響掃描過(guò)程中的讀寫(xiě)速度

12、，甚至出錯(cuò)而損壞數(shù)據(jù)；(6)非線性的房間集中區(qū)域，比如房間在走道兩側(cè)，可以在相鄰的門(mén)口附近先找公共視點(diǎn)，使在盡可能多的房間里可以看到該位置，然后將三個(gè)以上標(biāo)靶球放置在該位置作為連接站，使每個(gè)房間都可以看見(jiàn)至少三個(gè)球，這樣甚至可以只設(shè)一個(gè)連接站就可以掃描完四 五個(gè)房間，極大地提高工作效率；(7)如果在現(xiàn)場(chǎng)的掃描過(guò)程中，沒(méi)能完全按照規(guī)劃的路線逐站測(cè)量，需要在平面圖上標(biāo)注出來(lái)，并且記錄好測(cè)量站的序號(hào)和掃描儀流水號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，尤其是在有支線的測(cè)量路線上，方便在計(jì)算機(jī)上將空間相鄰的站點(diǎn)自動(dòng)拼接；(8)掃描儀一塊電池的正常使用時(shí)長(zhǎng)為5-8小時(shí)，所以即使充滿電后也不能完成一整天的連續(xù)掃描，可以在午休時(shí)間充電一兩個(gè)小時(shí)以滿足使用；(9)如果掃描儀提示低電量而需要回辦公室充電或者結(jié)束一天的掃描時(shí)一定首先在最后一次掃描前在墻上貼好3張以上標(biāo)靶紙并通過(guò)同時(shí)掃描上一連接站和標(biāo)靶紙建立標(biāo)靶紙和之前掃描的空間的連接關(guān)系，之后過(guò)來(lái)可以通過(guò)標(biāo)靶紙來(lái)將新掃描的點(diǎn)云文件連接到之前 的點(diǎn)云文件中。六、效益分析三維掃描儀的應(yīng)用，可以提升現(xiàn)場(chǎng)尺寸測(cè)量的準(zhǔn)確性，并可以根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效修模，從而提升材料的下單準(zhǔn)確性，尤其是異型材料，有效減少返工，縮短異型材料的下單耗 時(shí)。七、已應(yīng)用的典型案例某工程工期緊，深化設(shè)計(jì)任務(wù)重，智能化涉及專業(yè)多，協(xié)調(diào)配合工作