摘" 要：針對大型復雜結構建筑施工質量檢測難度大的問題，該文提出一種高效的三維激光掃描及建筑結構檢測分析方案。以某地鐵車輛段施工建筑質量檢測為例，針對規(guī)模巨大且實體空間不規(guī)則等特性，創(chuàng)新性地將分層聯(lián)合的控制測量方法運用在多層復雜建筑結構施工檢測中；后依據構件結構特點編寫批量標注建筑構件尺寸等的工具，結合GIS將線面數據與設計圖對比分析，實現(xiàn)檢測的自動化分析。檢測結果表明，該方法相較傳統(tǒng)方法，全面高效地展現(xiàn)了復雜結構建筑的施工現(xiàn)狀，檢測精度高，具有廣闊的應用前景，為相關工程提供了有益的借鑒和參考。

關鍵詞：復雜結構建筑；高精度控制；三維激光掃描；施工檢測；控制測量方法

中圖分類號：TU317" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）03-0157-04

Abstract： Aiming at the difficulty of inspecting the construction quality of large and complex structures， this paper proposes an efficient three-dimensional laser scanning and building structure inspection and analysis scheme. Taking the construction quality inspection of a subway depot as an example， in view of the characteristics of huge scale and irregular physical space， the layered and combined control survey method was innovatively applied to the construction inspection of multi-story complex building structures; later， a batch marking tool for building component size was compiled based on the structural characteristics of the component， and combined with GIS to compare and analyze the line and surface data with the design drawings to realize automated analysis of the inspection. The test results show that compared with traditional methods， this method comprehensively and efficiently demonstrates the construction status of complex structural buildings， has high detection accuracy， and has broad application prospects， providing useful reference and reference for related projects.

Keywords： complex structural building; high-precision control; 3D laser scanning; construction inspection; control measurement methods

現(xiàn)階段，我國對建筑工程的施工質量愈發(fā)重視，建筑工程的質量直接關系到社會大眾的生命財產安全。隨著軌道交通與建筑群的融合建設，建筑行業(yè)技術的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，建筑物的復雜度日益增加，選擇有效的施工檢測方法，分析研究檢測數據，對降低施工成本、控制施工質量，具有非常重要的意義。但傳統(tǒng)的全站儀等檢測方法效率低、精度差。對于結構復雜、建筑構件規(guī)模大、施工難度大、安全責任重和質量要求高的建筑工程，傳統(tǒng)測繪技術手段常常無法滿足施工質量檢測的需求[1]。三維激光掃描技術在復雜建筑三維建模及建筑立面測繪中的應用研究較多[2-5]，但三維激光掃描技術結合多層控制聯(lián)系測量進行施工現(xiàn)狀檢測，并與設計成果對比分析的應用研究較少[6-7]。本文面向某地鐵車輛段大規(guī)模、結構復雜、精度要求高的建筑構件施工質量檢測需求，建立多層聯(lián)系的高精度工程控制網，采用地面三維激光掃描技術對該車輛段2、3層及中間夾層的近萬個建筑構件進行檢測，基于建筑結構線面特征配準點云，獲得高精度點云數據，并將獲取的海量點云數據輕量化，結合檢測樁柱的結構特點，利用AutoCAD Lisp語言編寫了批量標注工具，與設計平面圖作對比，利用GIS統(tǒng)計分析，提高了檢測效率，較好地反應了檢測區(qū)域的建筑施工質量，保障了工程進一步的安全施工。

1" 地面三維激光掃描原理

地面三維激光掃描系統(tǒng)主要包括激光掃描儀、電腦、腳架等。其中激光掃描儀包括激光測距和掃描系統(tǒng)等，核心的激光測距系統(tǒng)主要分為脈沖式、相位式和激光三角法測距系統(tǒng)。目前市場上大多為脈沖式掃描儀，其測距原理是通過激光器發(fā)射激光與記錄回波信號，計算出所用時間，再利用光速計算目標點與三維激光掃描間的距離S[8]。

2" 工程實例

2.1" 工程概況

本工程是某地鐵車輛段建筑綜合體，長約1 300 m、寬500 m，為3層框架結構，分為東、中、西區(qū)，其西區(qū)除在2層與3層還存在約8 700 m2的中間夾層。本次檢測內容為2、3層及中間夾層建筑構件施工現(xiàn)狀。該建筑每層內部空間有千余根承重樁柱（如圖1所示），內部結構復雜，有大量的預留孔洞、伸縮縫、電纜槽等，且建筑正處于施工完建期，內部堆有大量建筑材料，部分支柱模板未完全拆卸，地面有大量積水，建筑物內光線昏暗，通視及環(huán)境條件較差，檢測工作難度極大；大規(guī)模樁柱檢測圖形數據量龐大，帶來尺寸標注及結果比對工作量巨大且容易出錯的難題。

2.2" 質量檢測的關鍵技術

本工程采用徠卡ScanStationP40地面三維激光掃描儀進行外業(yè)數據采集，該儀器掃描速率高達100萬點/s，測程270 m，點位精度3 mm@50 m。三維激光掃描作為一種新的手段和方法，要實現(xiàn)建筑結構施工質量的高精度檢測，其關鍵在于誤差抑制，誤差產生環(huán)節(jié)包括控制建立、點云配準、特征結構信息提取及檢測分析。

2.2.1" 控制建立與點云采集

控制預設精度要高于結構檢測的精度，采用全站儀和三維掃描儀結合控制全局，消除累計誤差，具體實施方案如下。

1）在建筑體1層外部及3層四周分別布設導線點，形成“回”型塔式首級閉合導線圖形，臨近角點建立聯(lián)系。

2）以1層、3層首級控制點為基礎，以導線支點依次遞推方式進行控制點的發(fā)散發(fā)展加密。1層利用框架露空窗口水平向內部空間發(fā)散，3層利用上、下層的預留孔洞、樓臺、同行坡道等露天部位向下對2層進行加密控制。

3）對中間夾層的內部控制，采用三維激光掃描儀從1層內部臨近控制點出發(fā)掃描，2層、3層掃描站分別形成閉合鏈式，其中2層掃描分別兼顧夾層2.5層和2.7層，同時考慮上、下層露空處點云數據的重疊度不小于30%，布設一定數量的標靶，利用點云數據進行閉合鏈式整體拼接平差，形成點云控制骨干框架。其2層掃描儀架站位置如圖2所示。

2.2.2" 點云配準

點云配準是數據處理的關鍵，配準的精準度直接影響質量檢測分析結果。針對本工程內部結構特征明顯的特點，本文基于特征點線與自動配準結合的方法，一是在建筑空間結構中構建標靶完成掃描站點與控制連接，其拼接精度受標靶點的數量及覆蓋范圍的影響[9]，本工程案例中，共采集制作了15個標靶控制點；二是利用臨近控制點作為參考點實現(xiàn)數據配準。

利用公共區(qū)域的點云特征，將2個或多個坐標系的點云經過旋轉平移變換至同一坐標系并使得公共點云重合即完成配準。為了提高配準精度，引入多源約束模型，除點約束配準外，在平整墻面及承重柱提取線面特征約束，采用驗后方差迭代整體配準法進行精細配準[10]，配準后精度見表1。配準后點云去噪，結果如圖3所示。

2.2.3" 特征結構信息提取

為分析建筑構件的安全性，首先對掃描點云進行二維化信息提取。因建筑構件數量巨大，通過點云與二維設計線對比分析，工作量巨大，且檢測直觀性及數據分析效率較低。本案例在點云正投影模式下，選擇與架站高度相近的高度，對工程區(qū)的三維點云進行切片，以切片點云為底圖對樁柱進行識別及半自動矢量化，繪制樁柱等建筑構件的結構線，降低了人工干預的工作量。

2.2.4" 自動化檢測分析

本文將根據檢測樁柱的結構特點，利用AutoCAD Lisp語言分別編寫位置偏差與尺寸偏差批量標注工具，實現(xiàn)大規(guī)模樁柱的一鍵自動化快速標注，其中間夾層部分區(qū)域建筑構件結構位置偏差的標注結果如圖4所示。

其中批量標注建筑構件位置偏移情況的關鍵代碼如下：

（if （setqss （ssget （list （cons 8 “柱子”）（cons 0 \"*POLYLINE\"））））

（repeat （setq k （sslengthss））

（setqent （ssnamess （setq k （1- k））））

（setqptn （xlr_pljdzbent））

（if （setq ss1 （ssget \"CP\" ptn （list （cons 0 \"*POLYLINE\"））））

（progn

（ssdelent ss1）

（if （gt;= （sslength ss1） 1）

（progn

（setq pt1 （nth 0 ptn））

（setq pt2 （nth 2 ptn））

（entmake （list '（0 . \"LINE\"） （cons 62 （xlr_get_colorent））（cons 8 （xlr_dxf" 8" ent））（cons 10 pt1） （cons 11 pt2）））

（setq pt3 （nth 1 ptn））

（setq pt4 （nth 3 ptn））

（entmake （list '（0 . \"LINE\"） （cons 62 （xlr_get_colorent））（cons 8 （xlr_dxf" 8" ent））（cons 10 pt3） （cons 11 pt4）））

（setq ptc1 （inters pt1 pt2 pt3 pt4））

（setq ent1 （ssname ss1 0））

（setqptn （xlr_pljdzb ent1））

（setq pt1 （nth 0 ptn））

（setq pt2 （nth 2 ptn））

（entmake （list '（0 . \"LINE\"） （cons 62 （xlr_get_color ent1））（cons 8 （xlr_dxf" 8" ent1））（cons 10 pt1） （cons 11 pt2）））

（setq pt3 （nth 1 ptn））

（setq pt4 （nth 3 ptn））

（entmake （list '（0 . \"LINE\"） （cons 62 （xlr_get_color ent1））（cons 8 （xlr_dxf" 8" ent1））（cons 10 pt3） （cons 11 pt4）））

（setq ptc2 （inters pt1 pt2 pt3 pt4））

（setq pt1 （xlr_mid" ptc1 ptc2））

（setq pt2 （polar pt1 （+ （/ pi 2.0） （angle ptc1 pt1）） （* dis 1.2） ））

（command \"dimaligned\" ptc1 ptc2 pt2 ）

標注完成后，對偏差值較大的建筑構件進行單獨分析，排除對應關系錯誤的現(xiàn)象。在GIS軟件中批量對結構尺寸偏差和結構位置偏差進行統(tǒng)計分析：檢測的8 354個樁柱中，結構位置偏差值小于等于10 cm的約占總量的86%。結構尺寸偏差值小于等于5 cm的約占86.4%。同時根據差異信息，定位結構偏差較大的建筑構件，對其單獨分析，保障后續(xù)施工的安全性，檢測效率明顯高于傳統(tǒng)檢測方法。

3" 結束語

針對具有空間多樣性的大型復雜結構建筑的施工質量檢測，本文基于三維激光掃描技術提出新的檢測方案：首先建立高精度的工程控制網，提高復雜空間三維掃描的配準精度；采用地面三維激光掃描技術檢測建筑構件，相較傳統(tǒng)的檢測方法，在數據采集上，具有高效率、高精度、全覆蓋和非接觸等特性，可全面詳細地反映建筑物的施工質量；創(chuàng)新性開發(fā)自動化標注的CAD工具，實現(xiàn)了巨量建筑構件圖形的標繪與分析，并利用GIS軟件統(tǒng)計檢測結果，大大減輕了內業(yè)大規(guī)模建筑構件手動檢測的工作壓力?？傮w作業(yè)效率明顯提高，解決了檢測精度統(tǒng)一的關鍵問題，提升了施工質量管理的水平，具有較高的實用性和推廣應用前景。

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