異形幕墻三維掃描下料技術(shù)創(chuàng)新（16頁(yè)）

1、異形幕墻三維掃描下料技術(shù)創(chuàng)新（一）項(xiàng)目概況博覽會(huì)植物館工程位于，占地面積2.44公頃，工程總造價(jià)2.93億。 本工程總建筑面積22749m2其中地上建筑面積13522，地下建筑面積9227，是全亞洲最大的鋼結(jié)構(gòu)植物館之一。建筑結(jié)構(gòu)類型及層數(shù)：地上一層鋼結(jié)構(gòu)，地下一層混凝土結(jié)構(gòu)A館為暖溫帶植物展區(qū)，B館為竹藝展區(qū)，C館為溫帶植物展區(qū)，D館為海洋展區(qū)，是世界上唯一一座把海洋展區(qū)建在山區(qū)的建筑物。鋼結(jié)構(gòu)為管桁架結(jié)構(gòu)，總噸位只有約3000噸，拼裝桿件卻達(dá)到14000多根，而且所有桿件均為現(xiàn)場(chǎng)拼裝焊接，且焊縫總長(zhǎng)度達(dá)到了17000米，相當(dāng)于10000噸常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)工程的焊接量。（二）小組概況本小組成立于2

2、012年4月，由具有較強(qiáng)的QC理論基礎(chǔ)和施工經(jīng)驗(yàn)的成員組成，小組成員均為施工中的技術(shù)骨干，都接受過40小時(shí)以上的TQC教育，人員搭配合理。表1：QC小組成員表小組名稱植物館幕墻QC小組成立時(shí)間2012年9月本次活動(dòng)時(shí)間2012.92013.1小組類型攻關(guān)型注冊(cè)號(hào)課題名稱鋼結(jié)構(gòu)焊縫質(zhì)量控制活動(dòng)次數(shù)每周2次左右，一次40min，共計(jì)36次TQC教育時(shí)間人均約3.3小時(shí)序號(hào)姓名職稱學(xué)歷職務(wù)分工情況1工程師本科總經(jīng)理組長(zhǎng) 全面負(fù)責(zé)2工程師本科總工副組長(zhǎng) 制定措施3助工碩士項(xiàng)目總工副組長(zhǎng) 制定措施及實(shí)施4助工?？剖┕T組員 具體實(shí)施5助工本科施工員組員 質(zhì)量檢查（三）選題理由 植物館圍護(hù)構(gòu)造均為玻璃幕墻

3、和鋁單板幕墻，幕墻面積35000平方米，共約12000塊。鋼結(jié)構(gòu)施工在測(cè)量、拼裝和吊裝過程中均存在誤差，不能夠按照施工圖進(jìn)行計(jì)算統(tǒng)計(jì)。工期緊、任務(wù)量大、工廠加工需提前3個(gè)月提供材料尺寸。小結(jié)：由以上分析可知，效率、精度是植物館幕墻施工的矛盾所在，如何既快又好的進(jìn)行幕墻材料的測(cè)量、下料成為幕墻工程施工的關(guān)鍵。根據(jù)工程施工要求，通過小組成員的討論，結(jié)合以上理由，異性幕墻三維下料作為本次QC活動(dòng)的課題。 （四）設(shè)定目標(biāo)1、確定目標(biāo)（1）、業(yè)主指定工期內(nèi)完成大面積異形幕墻圍護(hù)的施工，滿足設(shè)計(jì)意圖。 （2）、在滿足施工要求的情況下采用經(jīng)濟(jì)合理的施工方案，與傳統(tǒng)測(cè)量下料方案相比， 工期、人工費(fèi)等節(jié)約50%

4、以上。（3）、確保下料尺寸在設(shè)計(jì)誤差和安裝允許誤差范圍內(nèi)以內(nèi)。 （4）、技術(shù)水平有所提高，為后續(xù)類似異形幕墻工程施工提供借鑒和參考。2、目標(biāo)值分析（1）、我們公司長(zhǎng)期以來(lái)從未做異形雙曲幕墻工程的施工工法，對(duì)我們的施工組織是個(gè)挑戰(zhàn)，作為公司重點(diǎn)創(chuàng)優(yōu)工程，領(lǐng)導(dǎo)非常重視。每周公司都會(huì)親臨現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)工作，在人、財(cái)、物、技術(shù)、設(shè)備等方面都得到了公司大力支持。（2）、通過總結(jié)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合中國(guó)石油大學(xué)（華東分校）和設(shè)計(jì)院的計(jì)算和技術(shù)支持，我們相信我們的目標(biāo)會(huì)實(shí)現(xiàn)。 （3）、嚴(yán)格按照施工規(guī)范操作，注重過程控制，提高施工質(zhì)量為公司創(chuàng)造技術(shù)和社會(huì)效益 （五）提出方案并確定最佳方案 1、提出方案：小組成員運(yùn)用

5、“頭腦風(fēng)暴法”歸納出3個(gè)可供選擇的施工方案。圖一 異形幕墻三維下料方案必選2、各方案分析（1）、人工測(cè)量方案。操作方面：鋼結(jié)構(gòu)施工首先吊裝桁架柱和桁架梁，然后吊裝網(wǎng)殼，網(wǎng)殼部分可在鋼結(jié)構(gòu)焊接完畢之后進(jìn)行測(cè)量，但網(wǎng)殼之間以及網(wǎng)殼與桁架柱、桁架梁之間拼接點(diǎn)無(wú)法進(jìn)行地面測(cè)量，需高空作業(yè)，測(cè)量難度大。測(cè)量精度方面：由于幕墻測(cè)量首先確定各桿件軸線及相貫線交點(diǎn)然后焊接點(diǎn)駁件，而點(diǎn)駁件圓心與圓心之間的距離采用人工測(cè)量精度較差。可行性方面：如下圖所示的測(cè)量面，其測(cè)量難度可想而知。圖二 點(diǎn)駁件在如下圖所示工作面完成由人工完成測(cè)量工作難度可想而知 圖三 B館鋼結(jié)構(gòu)完成效果圖圖四 AC館鋼結(jié)構(gòu)完成效果圖結(jié)論：在此類

6、工程此種類型的工作面上采用人工人工測(cè)量下料是不可行的。（2）、AutoCAD圖上計(jì)算優(yōu)點(diǎn)：該方法簡(jiǎn)便易行，高效便捷，精度較高。缺陷及短板：但是其缺點(diǎn)確實(shí)最不能接受的。雖然圖上可以精確的計(jì)算出每塊玻璃的尺寸，但是由于鋼結(jié)構(gòu)施工過程中有誤差，吊裝完成后會(huì)形成累計(jì)應(yīng)變，圖上作業(yè)的尺寸往往與實(shí)際情況不符合，尤其是異形管桁架施工，某些部位人工操作的誤差往往是超過圖上尺寸的，這樣，按圖下料帶來(lái)的結(jié)果就是無(wú)法安裝。結(jié)論：理論上可行但是經(jīng)不住實(shí)踐檢驗(yàn)，該方案亦不可行。（3）、全站儀測(cè)量坐標(biāo)、AutoCAD建模計(jì)算、批量下料首先建立測(cè)量控制網(wǎng)，然后運(yùn)用全站儀逐點(diǎn)測(cè)量各桿件交點(diǎn)處坐標(biāo)，并進(jìn)行建模。該方案較之前兩個(gè)

7、方案：比方案1可操作性強(qiáng)，但是立面上的點(diǎn)需要做特殊處理（反光處理）方可讀取坐標(biāo)；較之方案2精確性差，因?yàn)槔忡R由人工調(diào)平是存在誤差的，而且測(cè)量速度慢，效率低下。結(jié)論：在進(jìn)度和精度方面，不能滿足本工程需求。（4）、三維坐標(biāo)掃描、AutoCAD建模計(jì)算、批量下料綜上可得：人工測(cè)量符合實(shí)際情況，但是操作難度高、效率低下，立面和側(cè)面以及球形屋面測(cè)量精度滿足不了工程實(shí)際的需求；AutoCAD圖上計(jì)算效率高，操作簡(jiǎn)單但是可能與實(shí)際情況不符合；全站儀測(cè)量亦存在精度和效率的問題。那么，有沒有兩全其美的辦法？運(yùn)用三位激光掃描儀器進(jìn)行三位測(cè)量，然后借助AutoCAD圖上計(jì)算，既保證了精度、效率，又與實(shí)際情況高度吻合

8、。施工順序：平面坐標(biāo)控制網(wǎng)建立控制點(diǎn)高程測(cè)設(shè)安設(shè)燭點(diǎn)三位掃描坐標(biāo)轉(zhuǎn)換三維建模平面計(jì)算數(shù)據(jù)優(yōu)化形成料單建立坐標(biāo)控制網(wǎng)1）、控制網(wǎng)建立原理圖五 平面控制網(wǎng)建立原理圖（a）利用全站儀測(cè)量轉(zhuǎn)折角i和邊長(zhǎng)Si（b）根據(jù)已知點(diǎn)和定向點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算MN的方位角（c）然后根據(jù)方位角計(jì)算公式，計(jì)算每條邊的方位角（d）根據(jù)閉合網(wǎng)進(jìn)行方位角平差和坐標(biāo)增量計(jì)算和改正（e）計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)點(diǎn)的坐標(biāo)下表所示：表2：平面控制網(wǎng)坐標(biāo)計(jì)算表2）、控制點(diǎn)布設(shè)注意事項(xiàng)：a.選擇現(xiàn)場(chǎng)周圍通視良好且不受施工影響的地方布置控制點(diǎn)，由于施工現(xiàn)場(chǎng)存在很多的不確定因素，為了保證測(cè)量的精度控制點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行加固和保護(hù)b.根據(jù)青島市勘察測(cè)繪院提

9、供的控制點(diǎn)和自己選擇的控制點(diǎn)組成一個(gè)平面控制網(wǎng)，然后在每個(gè)控制點(diǎn)上架全站儀進(jìn)行相應(yīng)的觀測(cè)并記錄（作業(yè)前須對(duì)全站儀等相關(guān)儀器進(jìn)行檢校）c.當(dāng)所得外業(yè)測(cè)量工作完成以后進(jìn)，根據(jù)外業(yè)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)業(yè)的計(jì)算（即網(wǎng)平差）d根據(jù)網(wǎng)平差所得的中誤差按照距離的測(cè)站書進(jìn)行相應(yīng)的分配，得出所有控制點(diǎn)的精確的坐標(biāo)（保留待用）整個(gè)控制網(wǎng)可以覆蓋植物館全貌，在掃描過程中，控制網(wǎng)上的9個(gè)關(guān)鍵的控制點(diǎn)均為已知點(diǎn)，可以作為三位激光掃描儀的控制和參照點(diǎn)。本控制網(wǎng)平面坐標(biāo)(x、y）主要采用全站儀進(jìn)行測(cè)設(shè)。步驟如下：3)、平面控制網(wǎng)測(cè)量的步驟 a. 在測(cè)站上安置全站儀，對(duì)中、整平（激光對(duì)中、電子整平時(shí)要先啟動(dòng)儀器），量記儀器高。b

10、. 在各鏡站上安置棱鏡，對(duì)中、整平，量記棱鏡高，鏡面對(duì)向測(cè)站。c. 打開全站儀電源，上下轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡、水平旋轉(zhuǎn)儀器進(jìn)行初始化，設(shè)置為角度測(cè)量狀態(tài)。d測(cè)站、各鏡站分別讀記測(cè)前氣壓、溫度。e. 盤左望遠(yuǎn)鏡十字絲照準(zhǔn)1號(hào)方向的反射棱鏡覘牌縱橫標(biāo)志線，水平方向設(shè)置為000，讀記水平角、天頂距，測(cè)記斜距、平距、高差。f .盤左依次照準(zhǔn)2N號(hào)方向，同法測(cè)記。g. 盤右望遠(yuǎn)鏡十字絲照準(zhǔn)N號(hào)方向的反射棱鏡覘牌縱橫標(biāo)志線，讀記水平角、天頂距，測(cè)記斜距、平距、高差。h. 盤右依次照準(zhǔn)N-11號(hào)方向，同法測(cè)記。i. 測(cè)站、各鏡站分別讀記測(cè)后氣壓、溫度。j.上面(4)(9)為第一個(gè)測(cè)回的觀測(cè)，照準(zhǔn)第1方向，設(shè)置水平度盤

11、，同法測(cè)完全部測(cè)回。k.量測(cè)儀器高、棱鏡高作為檢核l.檢查記錄，關(guān)閉儀器，本站結(jié)束。該控制網(wǎng)高程的測(cè)量采用水準(zhǔn)儀完成，步驟如下：4)、高程控制測(cè)量的步驟 a. 將水準(zhǔn)尺利于已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)上作為后視并用米尺量出前后兩個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)的距離，并找出其中心點(diǎn)。b. 將水準(zhǔn)儀架設(shè)在前后兩個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)的中心點(diǎn)處整平儀器，要求望遠(yuǎn)鏡在任何方向時(shí)，符合水準(zhǔn)氣泡兩端影像的分離量不超過1cm。 c將望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)后視水準(zhǔn)標(biāo)尺黑面，分別用上、下、中絲照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺的基本分劃進(jìn)行視距的讀數(shù)并進(jìn)行記錄。 d. 將望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)前視水準(zhǔn)標(biāo)尺黑面，分別用上、下、中絲照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺的基本分劃進(jìn)行視距的讀數(shù)并進(jìn)行記錄。 e將望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)前視水準(zhǔn)標(biāo)尺紅面

12、，分別用中絲照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺的基本分劃進(jìn)行視距的讀數(shù)并進(jìn)行記錄。 f. 將望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)前視水準(zhǔn)標(biāo)尺紅面，分別用中絲照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺的基本分劃進(jìn)行視距的讀數(shù)并進(jìn)行記錄。 g.一個(gè)測(cè)站觀測(cè)完畢，遷站進(jìn)行下一步的觀測(cè)且重復(fù)1-6的步驟（高程控制的測(cè)量順序?yàn)楹?前-前-后，）2、設(shè)置燭狀標(biāo)示點(diǎn)管桁架工程每根桿件的相貫線點(diǎn)均焊接好了點(diǎn)駁件，在點(diǎn)駁件上插上燭棒。圖六 點(diǎn)駁件上安裝燭點(diǎn)3、特征點(diǎn)的大地坐標(biāo)的獲取采用全站儀進(jìn)行，在待掃描區(qū)域設(shè)置一到兩個(gè)點(diǎn)。以用于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和掃描重復(fù)區(qū)域的換算。4、三維掃描a開機(jī)后掃描測(cè)量?jī)x自檢，確定掃描測(cè)量?jī)x工作正常后，建立工程項(xiàng)目并在項(xiàng)目中添加測(cè)站。b.啟動(dòng)照相機(jī)，選擇掃描類型（，Obje

13、ct，Target，Sphere）和掃描測(cè)量區(qū)域，可以在實(shí)時(shí)影像、圖片或者點(diǎn)云上通過矩形或者多邊形來(lái)選擇掃描測(cè)量區(qū)域。c.根據(jù)應(yīng)用需求設(shè)置掃描測(cè)量參數(shù)，主要是采樣間隔和采樣次數(shù)，還可以設(shè)置實(shí)時(shí)點(diǎn)云顏色、聚焦、網(wǎng)格質(zhì)量和掃描距離等參數(shù)。d.設(shè)置完畢后，開始掃描，該測(cè)站測(cè)量任務(wù)完成后，保存測(cè)量數(shù)據(jù)。然后遷到下一個(gè)測(cè)站進(jìn)行掃描。充分考慮通視和覆蓋，設(shè)定不同的測(cè)站實(shí)施三維激光點(diǎn)云獲取。選擇測(cè)站時(shí)，測(cè)站與測(cè)站距離根據(jù)建筑物拐角等情況確定，以保證掃描數(shù)據(jù)沒有遺漏。圖七 激光掃描儀分站掃描圖八 激光掃描儀現(xiàn)場(chǎng)掃描e.將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描，然后給出每個(gè)掃描節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。由于三維激光掃描儀的掃描角度有限和受現(xiàn)場(chǎng)具

14、體施工情況的影響，因此在現(xiàn)場(chǎng)掃描位置的重復(fù)區(qū)域進(jìn)行貼反射片處理，便于內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的過程中對(duì)圖像的拼接，以提高內(nèi)頁(yè)數(shù)據(jù)處理的效率。 圖九 FARO的Focus3D激光掃描儀5、數(shù)據(jù)處理激光掃描數(shù)據(jù)處理主要包括：坐標(biāo)轉(zhuǎn)換三維激光掃描儀每一次掃描的數(shù)據(jù)都是使用的它自身所設(shè)定的工程坐標(biāo)系統(tǒng)，在本工程中需要將點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到場(chǎng)地城市坐標(biāo)系中圖十 激光掃描儀坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為了保證掃描精度及避免漏掃情況，每個(gè)場(chǎng)館預(yù)計(jì)設(shè)站20站左右，總共設(shè)站80站左右。每個(gè)場(chǎng)館的掃描數(shù)據(jù)單獨(dú)設(shè)立工作文件。圖十一 多站點(diǎn)掃描點(diǎn)云裁剪以及噪聲點(diǎn)剔除測(cè)量物體前往往存在樹木、路燈、行人、車輛等遮擋物，在點(diǎn)云數(shù)據(jù)中測(cè)量物體表面形成空洞，造成數(shù)據(jù)

15、缺失。同時(shí)，測(cè)量物體表面往往存在玻璃等透明物體，激光穿過透射物體在建筑物表面之后也會(huì)形成冗余數(shù)據(jù)。剔除冗余數(shù)據(jù)，需要對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，提取測(cè)量物體表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)抽取三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)量大導(dǎo)致后期處理困難，根據(jù)建模精度要求，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣。在進(jìn)行重采樣處理過程中，數(shù)據(jù)將因平均而降低。本次擬采用2*2對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行抽稀，將大大減小數(shù)據(jù)冗余度，且保證了數(shù)據(jù)的完整性，并且能夠滿足建模數(shù)據(jù)量的要求點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)出等步驟將點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)出，直接輸出到CAD中進(jìn)行建模6、三維建模根據(jù)掃描的坐標(biāo)進(jìn)行三位建模以B館為例，將掃描后的坐標(biāo)整理后，在AutoCAD三位坐標(biāo)系下建立網(wǎng)殼模型。（如圖所示）圖十二 Au

16、toCAD三維模型信息提取，提取每塊玻璃的尺寸信息，形成下料單。圖十三 玻璃三維信息表表3：掃描及數(shù)據(jù)處理時(shí)間統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目外業(yè)掃描內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理控制測(cè)量1天1天A館2天3天B館2天3天C管2天3天D管2天3天六、效果檢查：效益一：人工節(jié)約三維激光掃描批量下料技術(shù)，節(jié)約了大梁的人工，起初階段用全站儀測(cè)量燭點(diǎn)坐標(biāo)，每天平均測(cè)量的點(diǎn)數(shù)為30個(gè)，共9051個(gè)點(diǎn)，由此可知，僅坐標(biāo)一項(xiàng)就耗用30多天，每天至少需要2個(gè)專業(yè)測(cè)量人員，而采用掃描作業(yè)，該項(xiàng)工作可以有三維激光掃描已完成，節(jié)約了人工。效益二：質(zhì)量方面。由于采用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行坐標(biāo)掃描，得到的數(shù)據(jù)精確且符合實(shí)際，按此計(jì)算得到的料單可以最大程度的保證下料

17、尺寸的準(zhǔn)確性，從而保證下料的質(zhì)量。若采用全站儀進(jìn)行坐標(biāo)讀取，高空作業(yè)難以操作，而且棱鏡在支設(shè)過程中水平調(diào)準(zhǔn)難以精確控制，容易導(dǎo)致坐標(biāo)讀取的誤差。效益三：進(jìn)度效益三維掃描、批量下料可以縮短測(cè)量時(shí)間，從而可以盡早的將測(cè)量數(shù)據(jù)形成料單交由工廠加工，使工程進(jìn)度得到保證。效益四：技術(shù)效益植物館的幕墻構(gòu)造是一個(gè)罕見的異形構(gòu)造，采用三維掃描結(jié)合AutoCAD建模的技術(shù)必將使三維異形幕墻的測(cè)量、下料、施工提供一個(gè)嶄新的技術(shù)平臺(tái)，從而推動(dòng)幕墻測(cè)量技術(shù)的發(fā)展。效益五：社會(huì)效益。我們QC小組通過這次活動(dòng)，即取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，又取得了良好的社會(huì)效益。轉(zhuǎn)換梁的施工完成再次證明了我們公司有能力也有實(shí)力攻克技術(shù)難關(guān)和創(chuàng)造性的探索，得到了建設(shè)方、監(jiān)理方、設(shè)計(jì)方以及質(zhì)檢站的一致好評(píng)，鞏固了企業(yè)在社會(huì)上的良好形象。異形幕墻工程的施工完成受到建筑界各類人士關(guān)注，青島市副市長(zhǎng)前來(lái)參觀，建管局多次組織觀摩學(xué)習(xí)。（七）鞏固措施繼續(xù)開展QC小組活動(dòng)，把PDCA循環(huán)貫穿