大型钢结构车间三维数字化工程检测解决方案
 

上海数联空间产品部

 
 
大型钢结构车间越来越多的出现在现代化的工业生产过程中,其特点是:大尺寸、复杂组成结构、几何形状多样化以及钢材料固有的延展性等,整个工程的安全监测与全面检测一直是业界的难题之一。
本次数字化工程检测的目标是沿海某地大型机加工车间,占地面积约400m*100m,高约30米,全部用钢结构搭建,其关键受力结构为屋顶纵向和横向的钢梁以及支撑钢梁的立柱,其外观图内部结构图如下:
 
  
    该项目中钢结构车间的支撑立柱和钢梁在施工验收之前受力发生不均匀变形,原监测单位用传统方法测量不能满足要求,用全站仪方法不能全面反映整个车间的变形情况,用拍照方式又无法获取真实变形数据。因此在本次项目中,上海数联空间科技有限公司采用三维数字化工程解决方案为业主解决这一难题,收到了满意的效果。
 
上海数联空间科技有限公司长期从事高精度自动化监测系统开发、系统集成方面技术和解决方案的研究,其三维激光扫描解决方案已经在各种大型桥梁、建筑物、场馆等领域得到实施,并积累了丰富的经验。
本次大型钢结构车间的检测拟引入三维激光扫描技术作为数字化检测手段,三维激光扫描技术又称“实景复制技术”,可获取任何复杂的现场环境及空间目标的三维立体信息,快速重构目标的三维模型及线、面、体、空间等各种带有三维坐标的数据,再现客观事物真实的形态特性。在现代工程建筑领域,快速准确获取建筑三维数据,不但极大程度上丰富了三维数据展示的效果,由于其每个点都有三维坐标,可提供可量测的画面数据,为大型建筑工程的检测与分析提供新的手段,其非接触的数据获取方式可以有效地减少传统操作中不必要的破坏以及拟补传统测量手段的测量死角,并提高工作效率。
 
1、   数据采集(三维激光扫描技术)
 
使用FARO Focus3D三维激光扫描仪,基于点云三维方式获取目标三维数据,整个采集过程为非接触式,可以远程遥控操作,其设备参数为:
Ÿ    激光采集速度:976,000点/秒
Ÿ    每站测量2-5分钟
Ÿ    精度:25米处±2毫米
Ÿ    分辨率:10米内2毫米
Ÿ    最大扫描距离:120米
Ÿ    扫视角范围:水平360°垂直305°
Ÿ    内置相机:7千万像素广角环幕无视差相机
Ÿ    尺寸:240*200*100mm,
Ÿ    重量:5公斤         
Ÿ    彩色触摸屏,指尖操控
 
2、   数据处理
 
 
(1)     FARO公司自有点云管理软件SCENE,可实现点云过滤、匹配颜色、多站自动拼接、项目管理、测距、三维点云展示等应用。后续进行删除噪音点,局部色彩调整,点云分块管理以及点云视频制作等展示效果、点云建模,针对各种复杂场景数据进行特殊处理。
(2)     应用数据处理,所用软件为geomagic,基于点云的零部件三维数字模型构建,充分利用三维激光扫描仪的高精度数据为目标的高精度建模提供现代化的手段。
 
3、   瑞士AMBERG公司专利激光点云快速绝对定位技术(APM定位法)
APM定位法
该方法适用于快速自动进行扫描仪测站数据的获取、自动拼接以及计算所有点云数据的地面控制坐标系与断面坐标系坐标(点云数据绝对定位);通过全站仪快速传递隧道控制坐标系统给扫描仪基座和定向球形靶,该过程的传递精度为1mm。按照左棱镜X1,右棱镜X2,靶球X3(“X”为测站号),距离测站10米处的点位精度可达到2~3mm 。
 
       
上图:定向球形靶和加了定向基座的扫描仪
所需硬件配置:1台1秒级全站仪及三脚架,后视定向棱镜,1台FARO三维扫描仪,带APM基座和靶球棱镜;
1、布控制网、统一坐标系
要求在纵向相邻两支撑柱(AB,BC,CD)的中心轴线上建立控制点,如下图侧视图的红点所示,控制点共有9个,如下图控制点俯视图所示。
上图:控制点俯视图,下图控制点侧视图
2、扫描仪作业方法
按照控制点编号从1到2的方向,用APM法,逐站向前步进式测量,测站间距约24米,即每隔2根横梁,取中间位置为测站点,前后双向扫描,保证每根横梁都有前后两次扫描数据,以保证精度,如此相邻两个控制点间有8~9个测站。
外业现场工作照片如下图:
 
 
 
   
 
    
 
1、   三维激光扫描仪获得的高精度点云可三维量测数据:
2、   将有效支撑梁柱数据提取后效果
3、   通过拟合平面相交,精确获取所测目标坐标值:
4、   厂房主体支撑柱梁的挠度分析数据列表:
5、   车间主体支撑梁的三维模型及三维浏览视频:
 
 
 
END 
 
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