三维激光扫描技术在建筑工程质量检测过程中的应用研究

　　文章介绍了三维激光扫描技术在建筑工程行业中的应用原理和方法，并对该技术在国内某大型烟厂土建施工过程中的应用价值进行了探索研究，体现了三维激光扫描技术在数据获取、数据分析和数字资产价值方面的极大优势，对数字化工厂的建立具有重要的意义。

　　信息技术飞速发展的今天，各个行业领域发生着跨越式的发展。信息技术拥有先进的获取数据的方法，强大的分析处理数据的功能、高效统筹运算的能力，并因此在各个新兴行业领域得到了很好的应用。但是传统的建筑行业在测绘、勘察设计、施工、运维等阶段，信息化程度仍然较为落后，因此怎样更好地把信息技术有效应用于建设工程领域具有重要的意义。

　　三维激光扫描技术的诞生是继GPS技术以来的信息技术领域的又一次革命，不用近距离接触被测目标就能高效地获取其表面点位的三维坐标数据，进而利用虚拟建模软件来构造出被测目标三维信息模型的技术，又因此被称为“实景复制技术”。三维激光扫描技术具有自动化、高效性、实时动态性、高数子化、高分辨率、高密度、无接触等特点。将三维激光扫描技术的这些特点充分应用于建筑施工领域，挖掘其存在的潜在价值，本文从工程质量检测的角度进行探索研究。

　　1 三维激光扫描技术

　　1.1 基本原理

　　首先，把物方空间坐标系定义为OS(X，Y，Z)。定义方法为：以三维激光扫描仪激光发射中心OS为原点，扫描路线方向为X轴，天顶方向为Z轴，垂直于X、Z轴平面的方向为Y轴，构建出一个空间右手坐标系。该坐标系中，经过动态差分，由GPS确定外方位元素(XS，YS，ZS)，由姿态测量装置求出姿态参数(φ，ω，k)，由扫描器测定采样点至扫描中心距离S，由激光编码器根据固定激光脉冲间隔求出扫描方向与Z轴的夹角θ。

　　1.2 工作流程

　　采用三维激光扫描技术对实际工程项目进行扫描工作时，主要分为四个阶段：准备工作阶段，数据扫描阶段，数据处理阶段，成果实现阶段。如图2所示。

　　2 三维激光扫描技术与BIM技术的集成应用

　　近年来，建筑信息模型技术(BIM， Building Information Modeling)被广泛应用于建筑行业信息化建设过程之中，该技术提倡运用数字模型技术实现建筑项目的全生命周期集成化管理。以三维信息技术为基础，数字化地表达建筑项目的物理特征和功能特性，基于模型集成工程项目各参与方的相关信息，为业主、设计方、施工方及监理方等所有项目参与方提供一个可以共同理解、交流和处理问题的平台。

　　BIM实施从项目建设的初期开始，模型与项目实际情况契合度较高，可为整个项目全生命周期的决策提供依据。但是由于项目在建造过程中情况复杂，设计变更以及施工过程问题，导致实际施工与设计BIM模型产生偏差，不能准确反映施工效果，因此为了获得有现实指导意义和实际使用价值的数据，采用三维激光扫描技术及时、准确地获取施工现场点云模型，经过处理后的点云模型和原有BIM模型进行整合校对，从而达到施工质量检测的目的。

　　3 项目应用案例

　　以国内某大型烟厂建设项目施工过程为例，对项目土建施工过程中，墙、梁、板等主要结构的施工精度进行检测，并与设计BIM模型对比校验，从而及时发现并解决问题。

　　3.1 扫描准备

　　根据要求，确定测区范围，对测区范围进行初步勘察，估算任务量，进行扫描站点布置，预设扫描质量和分辨率，并根据现场环境和自然条件，决定扫描实施时间。

　　3.2 现场作业

　　根据准备工作进度计划，按施工现场安全施工要求进行现场三维激光扫描作业，记录作业过程文件，配合移动端施工管理软件进行问题记录，如图3所示：

　　3.3 数据处理

　　获取的扫描点云数据在检查确认没有质量问题后，导入软件中对扫描点云数据进行预处理和拼接工作。之后，根据拼接点云进行合成面片、生成模型等工作，并根据需要，导出成为不同格式的数据文件，进一步与BIM软件结合，进行对比校验工作，从而监测施工质量。

　　3.4 结果校验

　　针对质量检测对象要求，采取不同的校验方法，有直接测量法、提取比对法等，如图4、图5、图6所示，也可借助第三方误差分析软件直接将模型与点云对比，通过得到的计算云图进行校验。本项目综合采用以上几种方法。

　　3.5 问题处理

　　经过计算校验得到测区内土建施工中不同检测目标的校验结果，分析问题发现并及时上报相应部门，从而达到施工质量检测的作用。本项目测区ZL4中KL400×800梁存在明显超差现象，经上报业主单位与施工单位核查后发现，存在施工错误情况，经及时改正避免了更大的损失的产生，如表1、表2、表3所示。

　　4 结语

　　综上所述，本文通过对国内某大型烟厂建设项目过程中三维扫描技术的应用，归纳总结了该技术在施工质量检测过程中的应用方法和流程，对其在施工关键环节的精确质量控制作用进行了阐述。对三维扫描技术与BIM技术的结合应用进行了初步探究，二者的结合发展将对企业利用建设数据、进行数据分析，建立数字资产提供重要帮助，并对企业进一步高效、准确的建立和管理数字化工厂奠定基础。

　　作者：沈小威 贾爽 来源：中国高新技术企业 2016年35期