三维激光扫描在某剧院铝板幕墙安装中的应用_暨3D扫描在异形钢结构测绘中的应用【上海沪敖3D案例】

1. 概述

随着社会不断发展，越来越多的异形建筑出现在人们的视野中。以异形钢结构为依托的铝板加幕墙的设计方案也越来越受到设计师与业主的喜爱。

放一张异形建筑图

然而异形结构也往往在设计、施工、放样、下料、安装等阶段考验着相关行业的从业者。传统全站仪测量的方发很难全面精确的将钢结构整体现状测量出来，这是就需要用到三维激光扫描技术出场了。

2. 什么是三维激光扫描技术

三维激光扫描技术又称“实景复制技术”，激光发射器通过发射激光直射斜45°棱镜中心，棱镜会在作业过程中高速旋转，这样就形成了一个竖向的圆形扫描带。在作业过程中机身会以与棱镜中心点同轴的轴心作180°旋转，从而形成水平方向的360°的扫描带。棱镜与机身同时协作即可将以三维扫描仪本身为中心的球形范围内的事物扫描形成点云数据。即用点阵的形式表示被扫描物体的表面，获得与真实事物1：1的尺寸信息、灰度值、反射强度与每个点的三维坐标信息，开启彩色三维扫描更可获得被测物体表面的色彩与纹理等信息度。

三维扫描技术正被广泛应用于建筑、测绘、文化遗产保护、船舶、司法鉴定、娱乐影视等各大领域。

沪敖在此类案例中，一般使用Trimble 架站式三维激光扫描仪或是Faro地面三维激光扫描仪进行外业扫描工作。

3. 异形钢结构测绘的难点

一个完整的异形钢结构由一定数量的钢结构单元构成，这些单元往往由长短不一的钢管组装焊接而成。若干钢构单元组成的分段会在地面预先焊接，再进行加载后进行吊装焊接。在预拼装、焊接、吊装过程中人工干涉不可精确控制，钢结构卸载之后也会发生沉降与形变，所以ZZ产品与设计的理论模型会有误差。

传统的测绘方法是采用全站仪进行特征点的三维坐标测量，其缺陷在于只能一次测一点，再加圆管会造成全站仪飞点，既测不全面而且效率低下。

4. 案例解析

本案例是某省会城市某区的大剧院建设项目，由钢结构承载的铝板加幕墙而形成的网壳将会包住建筑的土建主体。

本案例中，沪敖的技术工程师通过使用FARO三维激光扫描仪，仅用时一天就完成了项目南侧钢结构的外业三维扫描测量。通过后期处理获得钢结构的点云数据。再通过现场设置的标靶将点云的坐标系与设计模型的坐标系进行了配准。

输出点云文件可直接导入相关的软件，即可与设计模型同坐标对比分析。通过钢结构与点云的对比分析、铝板完成面与点云的对碰撞检测，设计师可以根据误差实际情况指导后期铝板与幕墙玻璃的安装与材料下单。

5. 展望

随着社会的快速发展，许多超高层建筑，性建筑崛地而起，而这些建筑特点多倾向于超高层及异形。

传统的测量方式面对这些建筑有精度低，效率低，难度大的缺点，而三维激光扫描技术可以弥补这些缺陷，相对于传统测量有较大的优势。

例如本案例中，我们运用三维激光扫描技术，可以很好的解决异形钢结构在安装过程中产生的误差导致的工期延误、材料浪费等问题。

而三维激光扫描技术凭借其测量的精确性、高效性、全面性和良好的数据互通性，在工程建设中发挥越来越重要的作用，例如:

1、施工现场规划

通过三维激光扫描技术，可以实时获取建筑施工现场实际情况，把点云数据与设计图纸（BIM模型）连接起来，即时指导场地管理，施工组织规划，物流进场计划，施工进度计划等。

2、钢结构生产与施工

利用三维激光扫描技术，可以对建筑中很多巨型桁架，不规则弯管，或者更加复杂的异形钢构件分别进行扫描，然后再进行在计算机里进行预拼装，预拼装合格，再把钢构件运到施工现场进行真正的焊接与吊装。

3、机电管线设计与更新

3D扫描+BIM技术相结合，以现场实际情况为基础进行机电管线的深化设计，彻底消除管线的硬碰撞、软碰撞问题，减少在施工阶段可能存在的返工的可能性，利用碰撞优化后的三维管线方案，进行施工交底、施工模拟，保证施工进度。

4、墙面、地面平整度检测

通过三维扫描技术采集建筑施工过程中墙面平整度、地面平整度等施工质量重要检测的指标，进行快速检查并形成的质量检查文件便于对项目进行管理。

5、逆向建模存档

通过三维激光扫描仪进行快速扫描和逆向建模，对于没有完整的竣工图纸/模型的老旧建筑，可以快速通过软件生成模型实例。

6、竣工模型的验证

施工单位以点云文件为基础来修改竣工模型，对于每个模型修改部分，承包方需要明确每一个模型变更的点云依据，并有相应存档文件。监理单位可以直接拿施工单位的点云数据，抽样考核验收。

7、机电虚拟安装

随着BIM技术的深入应用，对于复杂的的机电空间我们习惯应用预制加工来减少现场安装时间，但是前期粗放式施工和经常性的设计变更，往往会给我们带来一些麻烦，我们可以通过实景复制技术快速采集，并依据现场的真实数据进行预制加工的设计和安装，可以大大减少人员成本并且提高施工进度。

8、建筑装饰设计依据

机电专业和装饰行业进入施工现场首先进行的DY件事就是建筑结构的复合，随着BIM技术的成熟，可以通过三维激光扫瞄技术快速进行现场数据复合。把设计模型导入到点云处理软件里，也可以把点云导入到设计软件里进行对比分析，为下一步的设计施工提供良好的数据支撑。