摘要：為了提高搪瓷鋼板安裝效率，通過三維激光掃描儀獲取整體施工隧道墻面的結(jié)構(gòu)信息，利用BIM軟件生成帶有位置坐標(biāo)的三維施工隧道墻面模型。一方面輸出搪瓷鋼板排板信息，在出廠前完成異形搪瓷鋼板以及孔洞的精確加工，可避免施工現(xiàn)場的二次加工下料。另一方面生成安裝控制點的三維空間坐標(biāo)，便于施工人員在安裝時進(jìn)行測量比對，有利于提高安裝效率和速度，減小安裝誤差。

關(guān)鍵詞：三維掃描；BIM建模；定位點；搪瓷鋼板施工

0" "引言

隨著地下交通的快速發(fā)展，人們對地下通行環(huán)境的美觀性提出了更高的要求。搪瓷鋼板因其優(yōu)越的材料特性和極佳的裝飾性能[1]，被廣泛應(yīng)用在市政工程和隧道裝飾[2]。但是，搪瓷鋼板的安裝過程中，需要重復(fù)對隧道墻面進(jìn)行測量、排版設(shè)計[3]。為了提高施工效率，使其成本、質(zhì)量和效益目標(biāo)最大化[4-5]，本文提出了一種基于三維掃描和建模的搪瓷鋼板施工技術(shù)。

該技術(shù)通過三維激光掃描儀獲取隧道墻面信息，再利用三維建模生成隧道墻面模型，進(jìn)行搪瓷鋼板排版優(yōu)化設(shè)計和虛擬預(yù)安裝[6-7]，不僅可以生成安裝控制點的三維空間坐標(biāo)，還可以提前完成異形搪瓷鋼板以及孔洞的提前加工，避免施工現(xiàn)場重復(fù)測量和設(shè)計等工序，有效提高了施工速度。

1" "技術(shù)原理

1.1" "基本原理

基于三維掃描和BIM的搪瓷鋼板施工技術(shù)，是利用三維激光掃描儀獲取整體施工隧道墻面的結(jié)構(gòu)信息[8]，并通過BIM軟件生成帶有位置坐標(biāo)的三維施工隧道墻面模型。通過模型進(jìn)行虛擬預(yù)安裝[9]，能夠快捷高效地進(jìn)行排板優(yōu)化設(shè)計、布置控制點以及控制安裝精度。

1.2" "技術(shù)流程

1.2.1" "布置定位點與掃描建模

設(shè)置坐標(biāo)定位點，確定搪瓷鋼板布置平面的位置和范圍。通過三維激光掃描儀掃描定位點內(nèi)的下穿隧道墻面結(jié)構(gòu)，獲取整體墻面的結(jié)構(gòu)信息。通過BIM軟件生成帶有位置坐標(biāo)的三維下穿隧道墻面模型。

1.2.2" "搪瓷鋼板的排版優(yōu)化

通過BIM軟件完成龍骨和搪瓷鋼板在三維下穿隧道墻面模型上的布置效果圖，并確定最優(yōu)的排版設(shè)計方案。分別計算搪瓷鋼板定位點在龍骨安裝面、搪瓷鋼板安裝面上的空間三維坐標(biāo)，并在定位點的基礎(chǔ)上確立控制點，生成控制點的三維空間坐標(biāo)。按照最優(yōu)設(shè)計方案對搪瓷鋼板進(jìn)行排版編碼，完成搪瓷鋼板身份標(biāo)識的制作。

1.2.3" "材料與機械設(shè)備準(zhǔn)備

依據(jù)設(shè)計圖紙進(jìn)行材料的下料操作，且搪瓷鋼板應(yīng)根據(jù)其顏色、形狀和規(guī)格屬性歸類堆放。根據(jù)搪瓷鋼板尺寸的大小定制加工龍骨及配套輔材，并完成水平儀、臺鉆、手錘、電鋸、卷尺、活動扳手、水平尺的準(zhǔn)備及清點操作。

1.2.4" "墻面清理

整個施工過程中，需不斷地進(jìn)行墻面的清理調(diào)整操作，使搪瓷鋼板裝飾面與結(jié)構(gòu)墻面、搪瓷鋼板裝飾面下緣線，與地面的相接位置處理達(dá)到美觀性要求。

1.2.5" "施工復(fù)尺、測量放線

利用高精度的水準(zhǔn)儀和鉛垂儀對土建提供的“三線”進(jìn)行精密復(fù)尺。根據(jù)設(shè)計圖紙，在墻面上完成豎向U型龍骨施工線的定位彈線操作。

1.2.6" "安裝連墻角碼

根據(jù)墻面上彈好的施工線與BIM模型中相應(yīng)位置處控制點的三維坐標(biāo)值，確定連墻角碼的安裝位置。對結(jié)構(gòu)墻面進(jìn)行螺栓鉆孔，并將連墻角碼固定安裝在墻面上。

1.2.7" "安裝豎向U型龍骨與掛鉤

將豎向U型龍骨與連墻角碼一一對應(yīng)且與地面呈一定坡度傾斜安裝在連墻角碼上。當(dāng)豎向U型龍骨的位置調(diào)整準(zhǔn)確后，將掛鉤安裝在豎向U型龍骨上。

1.2.8" "安裝嵌縫條與搪瓷鋼板

通過固定掛件，將嵌縫條掛接在U型豎向龍骨上，且嵌縫條的寬度大于兩塊搪瓷鋼板之間的設(shè)計縫寬。根據(jù)排版標(biāo)號尋找合適顏色、形狀、規(guī)格的搪瓷鋼板并自下而上地安裝在豎向U型龍骨上。

2" "實例應(yīng)用

2.1" "工程案例

本文以宜賓市內(nèi)環(huán)線道路工程為例，進(jìn)行三維掃描和BIM技術(shù)在下穿隧道搪瓷鋼板的應(yīng)用分析。實驗組隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計起點樁號為KO+088，終點樁號為KO+359，結(jié)構(gòu)全長271m。其中K0+088～K0+130和K0+275～K0+359為U型槽段；K0+130～K0+275為暗埋段，暗埋段采用框架結(jié)構(gòu)。

原人工測量排板設(shè)計組長江大道下穿隧道起點樁號為K0+210，終點樁號為K0+550，結(jié)構(gòu)全長340m。其中K0+210～K0+277、K0+434～K0+550為U型槽段；K0+277～

K0+434為暗埋段，暗埋段采用框架結(jié)構(gòu)。應(yīng)用組隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計起點樁號，隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計起點樁號為K0+061.000，終點樁號為K0+300，結(jié)構(gòu)全長239m。其中暗埋段長度145m，樁號為K0+100.000～K0+245.000。

2.2" "定位點與三維掃描

根據(jù)圖紙設(shè)置坐標(biāo)定位軸，在定位軸上布置上、中、下三個定位點。沿長度增加方向左側(cè)分別為①-1-1、①-1-2、①-1-3、②-1-1、②-1-2、②-1-3、③-1-1、③-1-2、③-1-3、④-1-1、④-1-2、④-1-3；沿長度增加方向右側(cè)分別為①-2-1、①-2-2、①-2-3、②-2-1、②-2-2、②-2-3、③-2-1、③-2-2、③-2-3、④-2-1、④-2-2、④-2-3，以此確定下穿墻面搪瓷鋼板布置平面位置和范圍。定位點為隧道墻面定位軸，定位點布置如圖1所示。

通過三維激光掃描儀掃描定位點內(nèi)的下穿隧道墻面結(jié)構(gòu)，獲取整體墻面的地理位置信息，確定下穿模型的范圍和尺寸。

2.3" "BIM建模與設(shè)計優(yōu)化

在帶有位置坐標(biāo)的下穿隧道墻面模型上，通過BIM軟件對該模型完成下穿隧道龍骨、搪瓷鋼板等效果圖布置。搪瓷鋼板過程建模如圖2所示。

按照施工方案要求和經(jīng)濟(jì)適用的原則，確定搪瓷鋼板標(biāo)準(zhǔn)板、陽（陰）角板、U型板、開口板等異形板的最優(yōu)排板設(shè)計方案，以及計算搪瓷鋼板定位點在龍骨安裝面、搪瓷鋼板安裝面的空間三維坐標(biāo)。

根據(jù)大范圍定位、小范圍控制的原則，在定位點的基礎(chǔ)上確立控制點，生成控制點的三維空間坐標(biāo)。按照最優(yōu)設(shè)計方案進(jìn)行搪瓷鋼板排板編碼，制作帶有身份標(biāo)識的搪瓷鋼板。

2.4" "對比分析

將兩組定位點作為對比組進(jìn)行對比分析，將沿長度增加方向左側(cè)的定位點作為三維掃描建模排板優(yōu)化設(shè)計組，將沿長度增加方向右側(cè)的定位點作為人工測量排板設(shè)計組。安裝過程中人、材料、機械等投入相同。兩組搪瓷鋼板定位點安裝誤差分析如表1、表2所示。

由表1、表2可知，三維掃描建模排板優(yōu)化設(shè)計組安裝誤差，較人工測量排板設(shè)計組誤差小，且都符合規(guī)范要求。分析認(rèn)為，由于三維掃描建模排板優(yōu)化設(shè)計組在掃描過程中的數(shù)據(jù)真實，為后期智能化建模提供了精確的數(shù)據(jù)。

2.5" "綜合效益分析

對原人工測量設(shè)計組、試驗組、應(yīng)用組工期進(jìn)行對比分析，工期對比分析見表3所示。

由表3可知，試驗組、應(yīng)用組較原人工測量設(shè)計組效率分別提升了1.73倍、1.8倍。分析認(rèn)為，主要是由于后期試驗組和應(yīng)用組在安裝過程中，不在重復(fù)測量下料，縮短了等待周期。其次因其誤差較小，返工現(xiàn)象減少，進(jìn)一步的提高了安裝效率。

3" "結(jié)束語

將三維掃描和BIM智能信息管理技術(shù)應(yīng)用到隧道搪瓷鋼板施工中，通過對比分析3組不同施工手段下的施工結(jié)果，表明三維掃描和BIM智能信息管理技術(shù)應(yīng)用在搪瓷鋼板施工中具有可行性。

研究結(jié)果證明，三維掃描建模排板優(yōu)化設(shè)計組降低了安裝誤差，縮短了建設(shè)周期，提高了施工效率。三維掃描和BIM智能信息管理技術(shù)優(yōu)化了搪瓷鋼板施工工藝，對超長隧道、異型搪瓷鋼板施工具有一定的參考價值。

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