胡佳寧

(徠卡測量系統(tǒng)貿(mào)易(北京)有限公司，北京 100020)

徠卡測量新技術(shù)應(yīng)用專欄

徠卡MS60測量機(jī)器人在橋梁BIM施工中的應(yīng)用

胡佳寧

(徠卡測量系統(tǒng)貿(mào)易(北京)有限公司，北京 100020)

近年來，BIM技術(shù)不但在傳統(tǒng)建筑行業(yè)應(yīng)用廣泛，在其他行業(yè)內(nèi)，施工單位也越來越重視BIM技術(shù)在項(xiàng)目中的應(yīng)用和自身BIM團(tuán)隊(duì)的建設(shè)；而且在政府的一系列支持政策的驅(qū)動(dòng)下，BIM正以積極的態(tài)勢加速推進(jìn)。MS60是徠卡測量系統(tǒng)在BIM大環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生的一款智能型全站掃描測量機(jī)器人，能夠?qū)崿F(xiàn)模型數(shù)據(jù)與施工現(xiàn)場間的無縫銜接，并且對施工完成的現(xiàn)場模型進(jìn)行精細(xì)掃描，與設(shè)計(jì)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行比對。本文結(jié)合實(shí)際案例，介紹了該建筑機(jī)器人在橋梁BIM中的實(shí)際應(yīng)用。

BIM技術(shù)；MS60；測量機(jī)器人

BIM技術(shù)作為建筑業(yè)信息革命的核心，是繼CAD之后的又一場技術(shù)革命。BIM技術(shù)具有可視化程度高、可模擬和優(yōu)化特性、數(shù)據(jù)信息高度整合、協(xié)同性好等特點(diǎn)，它加快了建筑業(yè)信息化進(jìn)程，為大型工程項(xiàng)目各參建單位人員解決復(fù)雜工程設(shè)計(jì)與使用協(xié)同管理問題提供了便利，起到了指導(dǎo)施工、縮短工期、節(jié)約成本等作用，并且在建筑工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

橋梁作為交通工程的節(jié)點(diǎn)，在整個(gè)項(xiàng)目中占據(jù)著重要的地位，可見在橋梁工程中使用BIM技術(shù)是非常必要的?，F(xiàn)代橋梁朝著大跨度、高強(qiáng)度、輕質(zhì)量、多功能發(fā)展。大型橋梁結(jié)構(gòu)上異性構(gòu)件多，構(gòu)造復(fù)雜和施工工藝更加復(fù)雜，施工難度更大，并且參與方和施工人員眾多，導(dǎo)致設(shè)計(jì)、建造、項(xiàng)目管理也隨之變得更加復(fù)雜，因此發(fā)掘BIM技術(shù)在大型橋梁工程項(xiàng)目中的應(yīng)用是非常必要的。

BIM的應(yīng)用是覆蓋建筑物的整個(gè)生命周期的，但目前國內(nèi)對BIM的應(yīng)用大多仍停留在三維設(shè)計(jì)階段，主要用做工程審查的可視化展示和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的碰撞檢測等。在工程施工上的應(yīng)用是國內(nèi)BIM的薄弱環(huán)節(jié)，癥結(jié)點(diǎn)在于如何將三維模型數(shù)據(jù)與施工現(xiàn)場結(jié)合起來，而徠卡MS60測量機(jī)器人則是為此量身定制的，可以將模型數(shù)據(jù)與施工現(xiàn)場間無縫銜接，并且對施工完成的現(xiàn)場模型進(jìn)行精細(xì)掃描，與設(shè)計(jì)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行比對。

1 應(yīng)用流程

首先，內(nèi)業(yè)時(shí)將模型導(dǎo)入3D睿測測量程序中；然后利用手簿遠(yuǎn)距離操縱測量機(jī)器人進(jìn)行外業(yè)現(xiàn)場測量、放樣或檢校操作，現(xiàn)場作業(yè)數(shù)據(jù)均保存在手簿SD卡中；完成施工作業(yè)后，可以對施工實(shí)體進(jìn)行掃描操作，將獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行建模后與原設(shè)計(jì)模型進(jìn)行對比分析；最后輸出現(xiàn)場作業(yè)的詳細(xì)報(bào)告。具體流程如圖1所示。

圖1 應(yīng)用流程

2 實(shí)際應(yīng)用案例

具體案例為MS60測量機(jī)器人在大型跨鐵路橋梁工程施工中的應(yīng)用。

第一步為利用MS60對某大型跨鐵路橋的水泥承臺及墩身進(jìn)行放樣，具體如下：

(1) 將BIM模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為DXF格式，方便后續(xù)導(dǎo)入到配套的CS20手簿中作為BIM放樣中的三維工作底圖。

(2) 將轉(zhuǎn)換后的DXF數(shù)據(jù)導(dǎo)入CAD中，在承臺和墩身的待放樣點(diǎn)處添加放樣點(diǎn)位，作為實(shí)地BIM放樣的放樣點(diǎn)。如果應(yīng)用BIM設(shè)計(jì)軟件為Revit，可以通過Leica Building Link插件，在Revit中批量創(chuàng)建承臺和墩身的放樣點(diǎn)位并輸出。

(3) 將放樣點(diǎn)數(shù)據(jù)和DXF模型導(dǎo)入CS20手簿中，在合適位置架設(shè)MS60，采用后方交會(huì)的方式設(shè)站、定向后通過CS20手簿，操控MS60進(jìn)行圖形化的放樣作業(yè)。操作人員僅需要拿著裝有360°棱鏡與CS20手簿的棱鏡桿即可完成作業(yè)(如圖2所示)。

圖2 放樣界面

手簿中可以實(shí)現(xiàn)三維瀏覽，顯示設(shè)站點(diǎn)、目標(biāo)點(diǎn)在模型的具體位置，照準(zhǔn)部可通過手簿操縱自動(dòng)轉(zhuǎn)向待放樣目標(biāo)位置，使放樣工作清晰直觀。通過三維動(dòng)態(tài)圖形、箭頭指示及實(shí)施數(shù)據(jù)等方式指引施工人員快速尋找待放樣點(diǎn)，單人即可完成放樣作業(yè)，工作效率大大提升，精度更加有保障。

第二步為利用MS60對施工完成的墩身實(shí)體進(jìn)行掃描，對建立模型與原設(shè)計(jì)模型進(jìn)行對比分析。

(1) 使用現(xiàn)場控制點(diǎn)，采取后方交會(huì)的方式在合適位置架設(shè)MS60，分站對目標(biāo)物進(jìn)行掃描工作。各站掃描數(shù)據(jù)可以通過統(tǒng)一坐標(biāo)系自動(dòng)拼接在一起。

(2) 按項(xiàng)目需要設(shè)置掃描工程的點(diǎn)云密度，可根據(jù)設(shè)備預(yù)估時(shí)間調(diào)整之前設(shè)置的掃描點(diǎn)間隔，完成設(shè)置后自動(dòng)化進(jìn)行掃描工作。

(3) 將得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)在后處理軟件中建立相應(yīng)模型，與原始設(shè)計(jì)模型進(jìn)行對比，通過色譜圖的方式直觀反映出掃描模型各部位與設(shè)計(jì)模型的誤差，顏色和數(shù)值區(qū)間可以根據(jù)用戶需求自行更改，并通過點(diǎn)選標(biāo)簽的形式將變化點(diǎn)位的X、Y、Z變化量和總體變化量數(shù)值體現(xiàn)出來(如圖3所示)。

圖3 對比分析

3 技術(shù)總結(jié)

徠卡測量系統(tǒng)推出的新一代全站掃描儀MS60可與建筑施工中常用的多種BIM軟件相結(jié)合，進(jìn)行模型施工放樣和實(shí)體掃描對比分析等工作，很好地彌補(bǔ)了施工中BIM應(yīng)用的薄弱環(huán)節(jié)。MS60優(yōu)點(diǎn)如下：

(1) 可在大屏幕手簿中瀏覽三維建筑模型，復(fù)雜的異性結(jié)構(gòu)也變得清晰易懂，實(shí)現(xiàn)了BIM模型服務(wù)現(xiàn)場施工、指導(dǎo)現(xiàn)場施工等預(yù)期效果。將BIM模型中的數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場的精準(zhǔn)點(diǎn)位，減少測量人員找棱鏡的時(shí)間，測量人員可以實(shí)時(shí)地查看全站儀所照準(zhǔn)的目標(biāo)，一天可以完成更多的測量工作，節(jié)省了外業(yè)工作時(shí)間。

(2) 配備長距離藍(lán)牙模塊，可以在1 km范圍內(nèi)遠(yuǎn)距離操縱全站儀進(jìn)行放樣工作，實(shí)現(xiàn)單人施工作業(yè)，體現(xiàn)了其快速、精準(zhǔn)、智能、操作簡便、勞動(dòng)力需求少的優(yōu)勢。

(3) 作為自主學(xué)習(xí)型全站儀，徠卡MS60提供的智能學(xué)習(xí)型功能可以自主學(xué)習(xí)和識別外界的反射條件，不受汽車牌照、路標(biāo)及反光背心等反光比較強(qiáng)的物體影響，智能識別晴天、雨天及不同的能見度，自主學(xué)習(xí)目標(biāo)棱鏡的距離狀態(tài)，充分確保目標(biāo)不會(huì)丟失。

(4) MS60的工作環(huán)境可在-20℃～50℃中，符合各地苛刻的施工環(huán)境，全年不間斷進(jìn)行施工作業(yè)。