孫 進(jìn) 張仰福

（1.南通理工學(xué)院；2.?？诮?jīng)濟(jì)學(xué)院）

三維激光掃描技術(shù)又稱“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”，也稱“激光雷達(dá)取景技術(shù)”。三維掃描儀，采用激光技術(shù)只需數(shù)分鐘即可產(chǎn)生詳細(xì)三維實(shí)體圖像，通過數(shù)百萬彩色點(diǎn)的點(diǎn)云，來實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)實(shí)環(huán)境的數(shù)字化再現(xiàn)。

三維激光掃描技術(shù)是相對于正向建模的技術(shù)應(yīng)用，俗稱逆向建模，也就是針對實(shí)體或者實(shí)景進(jìn)行掃描，建立三維模型。其作業(yè)流程為點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集、點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理、三維模型建立、應(yīng)用數(shù)據(jù)分析。提交的成果可分為二維圖形（各種平、立、剖面圖，等值線圖）和三維圖形（三維高密度點(diǎn)云數(shù)據(jù)、三角網(wǎng)格模型等）。

裝配式建筑是將建筑的部分或全部構(gòu)件在工廠預(yù)制完成,然后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場將構(gòu)件通過可靠的連接方式組裝而建成的房屋。在歐美及日本被稱作產(chǎn)業(yè)化住宅或工業(yè)化住宅。

裝配式建筑施工精度拼接要求高，建筑、安裝一體化設(shè)計(jì)。對預(yù)制構(gòu)件、現(xiàn)場現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)的管線預(yù)留、鋼筋連接的相關(guān)尺寸精度要求達(dá)到毫米級，而目前大部分預(yù)制工廠和施工工地的制作、安裝還是人工作業(yè)，沒有完全機(jī)械作業(yè)。而傳統(tǒng)的人工作業(yè)施工精度在厘米級，一旦安裝施工誤差突破厘米級，那么后期的頻繁的調(diào)整會累積大量停滯時間，耽誤施工進(jìn)度。

結(jié)合三維掃描技術(shù)和BIM 對點(diǎn)云數(shù)據(jù)的應(yīng)用方向，初步思考三維掃描在裝配式施工的應(yīng)用方向可大致分為VR 應(yīng)用、技術(shù)狀態(tài)分析、三維尺寸量測、檔案記錄四大方面，可提供定期檢查、變形觀測、技術(shù)狀態(tài)分析、故障預(yù)防等信息。

1 VR 應(yīng)用

數(shù)字掃描的VR 全景，可以讓人身臨其境，實(shí)景展示脫離地域限制，比全景地圖能提供更自由的觀測視點(diǎn)。

2 技術(shù)狀態(tài)分析

竣工驗(yàn)收時對建筑物進(jìn)行最精密、最完整、最細(xì)致的掃描，建立建筑物的實(shí)物三維空間模型，可與BIM 模型進(jìn)行比對，調(diào)整BIM 模型，形成三維空間模型數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并記錄后期變形監(jiān)測的掃描檢測數(shù)據(jù)。歷次變形監(jiān)測時的觀測數(shù)據(jù)，與三維模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和上次觀測的掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，判定建筑物構(gòu)件三維空間位置是否有明顯的變化，測定其變化值，并可通過色譜的顏色和深度來表達(dá)其變化量。例如對建筑施工過程中墻面平整度，地面平整度的檢測，建筑物的平整度直接影響到下一個施工專業(yè)的施工質(zhì)量及進(jìn)度和成本，同時對整個建筑的質(zhì)量有著重要的影響，通過三維掃描技術(shù)，我們只需要用幾分鐘時間，便將數(shù)據(jù)采集到辦公室，進(jìn)行快速檢查形成永久的質(zhì)量檢查文件，并能夠分享給項(xiàng)目的每一個管理人員。此外在在施工管理階段，施工現(xiàn)場錯綜復(fù)雜，在施工5D 管理過程中，我們通過三維激光掃描技術(shù)，可以把每天獲取現(xiàn)場實(shí)際情況，如現(xiàn)場物料，人員，機(jī)械等的位置關(guān)系，通過點(diǎn)云數(shù)據(jù)與BIM 模型連接起來，對場地管理，施工組織規(guī)劃，物流進(jìn)場計(jì)劃，施工進(jìn)度計(jì)劃具有充分的指導(dǎo)意義。

3 三維尺寸量測

為后期裝修階段開展機(jī)電管道、水電線路設(shè)計(jì)碰撞檢查、房間裝修更新改造提供數(shù)據(jù)支持。實(shí)際施工的尺寸與設(shè)計(jì)圖紙有偏差，導(dǎo)致竣工圖現(xiàn)已不準(zhǔn)確或不完整，需對建筑空間進(jìn)行測量，可通過三維掃描，對其空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行完整掃描，形成三維模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過軟件量取真實(shí)空間的三維尺寸信息。如：可以采集計(jì)算出實(shí)際建筑層高、板厚等構(gòu)件數(shù)據(jù)，為后期裝修階段的更新改造提供數(shù)據(jù)依據(jù)。機(jī)電專業(yè)和裝飾行業(yè)進(jìn)入施工現(xiàn)場首先進(jìn)行的第一件事就是對建筑空間進(jìn)行復(fù)測。對于復(fù)雜的的機(jī)電空間，我們通常采用預(yù)制加工來減少現(xiàn)場安裝時間，但前期粗放式施工和設(shè)計(jì)變更，往往會給我們帶來一些麻煩，我們可以通過三維掃描或者三維數(shù)據(jù)庫獲得現(xiàn)場的真實(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行預(yù)制加工的設(shè)計(jì)和安裝，可以大大減少人員成本并且提高施工進(jìn)度。例如，當(dāng)所有的機(jī)電設(shè)備安裝完成之后，必不可少的一定是對設(shè)備安裝驗(yàn)收，這個時候我們就可以把采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和BIM 設(shè)計(jì)模型進(jìn)行對比，檢查錯漏，更新BIM 設(shè)計(jì)模型，使之設(shè)計(jì)模型成為竣工模型。也可以在裝配式構(gòu)件生產(chǎn)和現(xiàn)場施工過程中起到關(guān)鍵性的指導(dǎo)作用，裝配式建筑有很多大型構(gòu)件，節(jié)點(diǎn)比較復(fù)雜，我們無法在工廠實(shí)現(xiàn)拼裝檢查，那么我們可以利用三維激光掃描技術(shù)，把預(yù)制構(gòu)件分別進(jìn)行掃描，逆向建模，作出構(gòu)件的三維模型，然后再對施工現(xiàn)場已完成的施工部位進(jìn)行掃描建模，結(jié)合BIM 技術(shù)，在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行施工5D 模擬和精度控制。預(yù)拼裝合格，我們再把裝配式構(gòu)件運(yùn)到施工現(xiàn)場進(jìn)行安裝作業(yè)。

4 檔案記錄

目前安監(jiān)部門的房屋檔案資料僅局限于圖紙和文字檔案資料，可通過對建筑物進(jìn)行全方位的三維激光掃描，獲取建筑物的三維數(shù)據(jù)信息，將紙質(zhì)材料升級為三維時空影像數(shù)據(jù)，為工程項(xiàng)目的施工測量及數(shù)字化存檔管理探索新的途徑，為后期研究提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。通過三維掃描，可在各施工階段驗(yàn)收時進(jìn)行掃描，將建筑的三維信息保存，可檢測建筑空間任意位置三維坐標(biāo)測量信息，可檢測施工質(zhì)量的平整度、垂直度，可供后期作為檢測變形，病害巡檢、結(jié)構(gòu)分析的相關(guān)依據(jù)資料。裝配式建筑施工精度要求高，有利于三維掃描技術(shù)的應(yīng)用。三維數(shù)據(jù)模型作為實(shí)物的副本保存，為后續(xù)管理提供完整、準(zhǔn)確、永久的數(shù)字檔案。后續(xù)可利用具有地理坐標(biāo)和真實(shí)尺寸的三維場景，結(jié)合BIM 技術(shù)，為后期運(yùn)營維保管理提供數(shù)據(jù)支持。施工單位以點(diǎn)云文件為基礎(chǔ)來保存竣工三維模型，每次維修或變更，施工方均需提提供驗(yàn)收后的點(diǎn)云文件，并有相應(yīng)存檔文件。監(jiān)理單位也可以直接拿施工單位的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，抽樣考核驗(yàn)收。

通過三維掃描技術(shù)在裝配式施工過程中的可實(shí)施方向的應(yīng)用，對建筑技術(shù)交底進(jìn)行VR 應(yīng)用和三維時空數(shù)據(jù)檔案記錄，我們可以整體優(yōu)化施工管理系統(tǒng)，可以提高施工管理效率，避免盲目的施工建設(shè)，可以有效的在技術(shù)上避免錯誤的出現(xiàn)。對施工現(xiàn)場及構(gòu)件的三維尺寸量測和技術(shù)狀態(tài)分析，我們可以對施工階段進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化、人員配置優(yōu)化，相比施工圖紙，我們可以看到明確直觀的施工內(nèi)容、從而制定合理的施工程序和完整的施工方案，有利于建筑的整體質(zhì)量、降低建筑成本，從而對建筑單位人員進(jìn)行合理分配，明確實(shí)質(zhì)工作職責(zé)。

目前三維掃描技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用已然相當(dāng)成熟，特別是文物保護(hù)、古建筑物的修繕，、醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用。由于BIM 技術(shù)的發(fā)展，三維激光掃描技術(shù)在施工階段剛開始進(jìn)行初步應(yīng)用。17 年至今已在一些大型國企建筑項(xiàng)目開展應(yīng)用，技術(shù)已趨于成熟，如青島膠州灣海底隧道工程、華源豐田創(chuàng)業(yè)中心項(xiàng)目、龍湖地產(chǎn)等項(xiàng)目施工中，三維掃描技術(shù)已初步在基坑監(jiān)測、隧道觀測、病害巡檢、墻地面平整度、機(jī)電管道改造安裝等業(yè)務(wù)中開展了應(yīng)用探索。在傳統(tǒng)施工中，多達(dá)30%的建筑成本是由于返工產(chǎn)生的（平均占項(xiàng)目總成本的5-6%），10%的材料被完全浪費(fèi)掉了，傳統(tǒng)勞動力的使用效率僅為40-60%。隨著三維掃描、裝配式及BIM 技術(shù)的發(fā)展，精益制造、智能施工的加速將會提高建筑質(zhì)量、加快建筑速度、降低建筑成本，從而整體上提高裝配式施工的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

本文通過對三維掃描技術(shù)在裝配式施工過程中的可實(shí)施方向的探討，希望能夠?qū)ρb配式建筑的發(fā)展起到一定的借鑒作用，推動建筑行業(yè)向精益建造、智能施工進(jìn)一步發(fā)展。