三維掃描在裝配式鋼板預製梁的生產和安裝中應用

隨著黨和政府以及城市居民對文明施工和環境影響的日益重視，降低市政工程施工對日常生活影響的需求越來越強，快速施工、綠色施工成為當前城市橋樑建設面臨的迫切需求。

裝配式橋樑具有

“ 工廠化、預製化、裝配化”

的特性，生產標準化程度高、現場安裝快速便捷、可減少對周圍環境和道路交通的影響、工程質量易保障，更符合節能減排、低碳環保的施工工藝要求，成為橋樑建設發展的必然趨勢。

而其中，裝配式鋼板組合梁作為一種新興的預製裝配式橋樑上部結構形式，可充分發揮鋼結構材料強度大、適合工業生產、便於運輸、安裝速度快等顯著的優點，在橋樑建設中被廣泛接納和採用。

裝配式鋼板預製梁

在設計完成之後交由工廠加工，一般由鋼板構件焊接加工而成。

在一座橋樑的建設中一般會用到橫樑、縱梁、挑臂等構件，

鋼板預製梁

的加工精度將直接決定施工後的橋樑精度。而在預製梁完成現場安裝後，也需對安裝後的鋼樑進行整體檢測以判斷其整體線型是否符合橋樑設計要求。

本案例中，我們將介紹三維鐳射掃描技術在不同時期的檢測和預拼裝中的應用。

一、三維鐳射掃描技術簡介

三維鐳射掃描技術又稱“實景複製技術”，鐳射發射器透過發射鐳射直射稜鏡中心，稜鏡會在作業過程中高速旋轉，這樣就形成了一個豎向的圓形掃描帶。在作業過程中機身會以與稜鏡中心點同軸的軸心作180°旋轉，從而形成水平方向的360°的掃描帶。稜鏡與機身同時協作即可將以掃描器本身為中心的球形範圍內的事物掃描形成點雲資料。即用點陣的形式表示被掃描物體的表面，獲得與真實事物1：1的尺寸資訊、灰度值、反射強度與每個點的三維座標資訊，開啟彩色掃描更可獲得被測物體表面的色彩與紋理等資訊度。這種技術正被廣泛應用於工廠、建築、測繪、文化遺產保護、船舶、司法鑑定、影視等各大領域。

二、使用三維鐳射掃描技術的檢測用途

（一）使用三維鐳射掃描技術檢測預製梁加工精度

三維掃描現場

3D檢測是一種數字化的尺寸檢測方式，我們透過三維掃描的方式，獲取橋

鋼板預製梁

的點雲資料，將得到的資料與理論模型進行對比，可得到實際狀態相較於理論狀態的偏差值，這樣的檢測方式，具有十分高效、直觀的優勢。

點雲資料

（二）使用三維鐳射掃描技術檢測安裝後鋼樑線型

在獲得大橋鋼樑整體三維點雲之後，在對下底板點雲進行間隔提取之後可以計算得到鋼樑的拱度。

本案例中，滬敖的工程師使用

天寶TrimbleX7三維鐳射掃描器

在工廠中對

預製梁的加工精度進行檢測。三維掃描相較於傳統測繪方式的優勢在於

具有其非接觸性。三維鐳射掃描器在整個資料採集過程中不需要接觸採集物件，在一定程度上確保作業人員安全施工，同時避免了因接觸給物件本體帶來的損壞；

而使用Trimble X7三維掃描器較之於其他同類型裝置而言的優勢在於：

1、

Trimble X7配備軍標平板電腦

Trimble X7配備了高防護等級的軍用標準平板電腦

1。1、所見即所得

三維點雲資料的採集、處理、三維視覺化直接就可以在平板電腦上進行，“所見即所得”，如果有哪部分資料採集不理想，當時就可以發現問題，馬上進行二次掃描補救，避免了市面上其他三維掃描裝置要到內業處理環節才能看到點雲資料發現問題。

（現場即時、自動、高精度配準）

Trimble X7一邊掃描，一邊就可完成自動無目標配準和點雲著色。系統對點雲配準進行精化處理，詳細的配準報告含有測站誤差和一致性檢驗結果。

外業現場的無目標自動配準幫助我們將工作效率又提高了一個等級。我們不必再回到辦公室處理資料；我們不必再使用高效能的計算機並等待相當長的時間進行點雲配準與著色。掃描完成後即可立即使用點雲進行三維建模、繪圖等工作，真正地實現了即掃即用，當場即可獲取整體質量報告，當場即可提交成果。

下圖是此前滬敖工程師的慘痛教訓，使用的是其他品牌的掃描器，由於當時無法看到掃描資料，回公司後才發有部分缺失，但飛機已經飛走不方便補救，只能後續額外再出場，耗時耗力。

1。2、Trimble X7配備的平板電腦自帶了Trimble Perspective軟體，現場勘測人員在平板上“指指點點”就可以完成現場掃描工作，對於如今習慣了使用觸控裝置、且沒有地理資訊科技背景的人士十分友好，方便零基礎使用。

1。3、平板電腦軟體中自帶了

標籤和註釋功能

如果現場有內容需要記錄，那麼我們第一時間就可以對該部分進行拍照並以文字描述註釋記錄，十分簡單便捷。此註釋在3D檢視和測站檢視中均可用，且註釋點座標與點雲模型座標是一致的，為後續其他的資料應用方向提供便利。

2、資料採集能力強大

採集資料時，X7一分三十秒即可完成整平，掃描，註冊，

五到六分鐘即可完成一個鋼樑構件的資料採集

，無需註冊，匯出即可使用。

使用點雲資料即可與設計模型對比，檢測構件上任意一點偏差，並出具檢測報告（PDF格式）或測量相關尺寸。

（因本次資料不便展示，我們使用之前的

3、X7掃描裝置的可靠性

3。1 Trimble X7使用

超聲波液體馬達

，保證了裝置本身的密封性不受外界影響，更保證了裝置的高穩定性、高精度、高可靠性。

3。2

裝置自動校準

天寶的自動校準功能是極其智慧的，它會檢測環境溫度、光線、振動、儀器溫度和垂直速度各影響因素，以綜合最佳化校準過程。

自動校準可以有效補償溫差帶來的誤差，還可以校準運輸時的

衝擊和振動

帶來的偏差

（

這對於較強需要經常出外業檢測的情況十分友好

）

。

展望

隨著國內城市交通的大發展，預製裝配式橋樑也得到了快速發展，裝配式橋樑的快速施工，便於城市交通快速恢復，有利於城市建設發展。

裝配式橋樑建設方法適用於中小跨徑橋樑，相比現場澆築工藝而言，橋樑的部分或全部構件，透過在預製廠內加工成型構件後運輸至現場吊裝拼接，因此既保證了施工質量，又提高了建設效率，解決了傳統橋樑施工中的諸多難題。

三維鐳射掃描技術的加入，為預製裝配式橋樑的應用提供了良好的精度保障，本案例中，客戶在預製階段就對鋼樑進行全方位的檢測以確保加工精度，減少不必要的物料浪費和避免運至現場出現無法安裝的問題。在安裝過程中，提取鋼樑安裝後的整體線型，控制安裝精度，保障工程質量。

事實上，三維掃描除了以上二種應用以外，還可以對

預製梁進行預拼裝

（本案例客戶尚未使用，但相信在以後會有拓展應用）。

三維鐳射掃描在預拼裝中的應用

為保證鋼構件的現場安裝精度，需在加工場地進行預裝配工作（特別是針對於首件產品）。在以往沒有很好解決方案的情況下，預裝配工作要由人工完成，工人需要在工作平臺中將鋼構件吊至預先繪製好的區域，然後工人將需要相互配合的鋼構件組裝在一起。其侷限性在於預裝配所需施工人員多、人工預裝配耗時長、精確度不高、佔用場地較大等問題。

三維掃描能準確反映被測預製梁的表面資訊，在獲取點雲資料後，除了可以檢測鋼構件的製作誤差之外，還可以透過對節段數字模型的空間定位實現虛擬裝配。

虛擬裝配的本質是構件裝配面的吻合。實際上，節段的製作誤差存在於XYZ三個方向，這些誤差的存在使得裝配面的角度和尺寸容易發生偏差。

採用３Ｄ比較方法進行節段模型與理論資料對比，可分析檢測節段的製作誤差，另一方面還可計算節段模型的形心點、軸線等幾何特徵，以軸線位置和扭轉角度為控制引數對節段進行定位；分析相鄰節段的裝配誤差，不斷調整節段的空間姿態直至滿足裝配精度要求；最後將節段的製作誤差和滿足裝配精度的控制點座標反饋給加工、施工單位，為鋼構件的實際生產和施工提供資料支援，最終實現節段定位引數的預先調控，提高實際裝配現場施工的效率和精度。

我國工廠化生產正在大踏步的發展，提高工廠的預製質量，解決預製構件之間的裝配問題，合理安排預製裝配式結構的施工進度，減少結構施工過程中的風險都是我們亟需解決的問題，相信隨著對技術應用的不斷深入研究，預製裝配式工程一定會得到更廣泛的應用。