原有地下室结构扫描技术

原有地下室结构扫描技术

雷鸣，唐伟童，何登超

中建八局第二建设有限公司上海公司，上海 202204

摘要：基于BIM在设计模型中的精确测量技术,结合BIM模型的数据类型、数据的采集方法及数据的处理,对原有地下室结构扫描技术进行介绍,并结合浙江省人民医院（富阳院区）项目,对该技术应用到现场的实测实量工作的效果进行展示。总结出基于BIM的实测实量技术在现场快速采集数据及应用，从而降低现场安全风险和技术问题等方面的优越性。研究表明,在本工程中将原有地下室结构扫描技术,能够较好地服务于地下室施工过程中的质量管理等,实现对施工全过程的有效监控。

关键词 扫描技术 BIM模型 数据

1. 研究背景及现状

近年来，国内一些学者进行了许多相关三维激光扫描技术研究，并取得了一定的研究成果，“将地面激光扫描仪用于建筑项目的竣工测量”在城市测量领域的一次尝用研究；“一种基于三维激光扫描技术的城市建筑竣工测量方法”对工程竣工测量结果进行了分析；“基于三维激光扫描技术的异型建筑物建筑面积竣工测量的方法”证明了三维激光扫描技术应用于异型建筑称建筑测量是可行的。这些都在表明三维激光扫描技术在建筑施工测量中具有极高的应用前景

在许多发达国家的建筑施工产业中，原有地下室扫描技术是一种快速实现立体测量的设备，他的精度高、速度快、除杂度高等有点迅速在建筑行业内广为使用。用扫描仪对地下室结构进行扫描，可以得到其立体尺寸、标高、位置点等，这些数据能直接与多个软件接口互通，在CAD系统中可以对数据进行调整，比对、修复、修补，可以极大的缩短工程周期。

2. 原有地下室结构扫描技术

原有地下室扫描技术是由光、电、计算机技术融为一体的高创新型技术，主要在建筑施工过程中对建筑空间外形和结构进行扫描视察，从而获得其空间坐标，可以应用于甄别施工错误、判断施工安全性、沉降观测等。

他的主要原理是把具体的三维空间实物转变为可以在软件中处理的数字信号，为使用者提供了更多的便利。他的传输终端多样化，可以由Revit、ACD、CAM等建筑行业软件。

2.1.测量原理

2.1.1.结构光扫描仪原理

扫描处理系统是将传输进来的光无差别的投送到物体表面，摄像头及时同步采集数据，然后进行数据转换并计算，之后利用相位稳步极线实现图像在三维坐标轴上（X、Y、Z），最终呈现一个三维立体视角。

2.1.2.设备种类

①拍照式：扫面范围在400*300mm区间内，深度400mm左右。精度可达到0.007mm，是一款范围大、速度快、精度极高的扫描仪，可在其操作删除数据，处理杂点等，价格也较低②关节臂式：测量范围理论无限，精度较高。③三坐标(固定式)：扫描范围较小，只有固定的物体范围，精度最高，适合小范围扫描。④激光跟踪式：扫描范围70m，精度0.003mm，精度高，范围大是经常用为建筑行业的仪器，但价格较高。⑤激光扫描式：范围低，扫描速度快，方便携带，但精度较低。用于对精度需求不高的测量 。

3. 项目简介

浙江省人民医院富阳院区（一期）项目位于杭州市富阳区蔡伦路以南，同登路以北，大桥南路以西，竹简路以东。项目占地面积：122884㎡，总建筑面积211964.73㎡，其中：地上建筑面积140517.7㎡；地下建筑面积70674.03㎡。项目主要由门急诊综合楼、内外科病房楼、医技楼、行政科研综合楼及其他附属建筑组成。是杭州重点民生工程。

4. 项目施工重点及难点

1）高支模、大跨距、板厚较大

本工程框架结构跨度较大，达到8.4m，板厚250mm，楼层高度达到5.4m，对支模架的稳定性要求高，成型质量控制难度较大；

2）地下水位高

施工区域地下水位为黄海高程8m左右，建筑±0位置为+9.8米，水位高。对止水帷幕的成型质量要求高，地下室抗渗施工难度大，结构抗浮影响大；

3）本工程地库面积大

地下结构易出现温升应力、收缩变形、沉降变形等形成的裂缝，塔吊和机电安装等需要穿越地下室结构，混凝土的振捣质量、施工缝、原材料质量和施工工艺等因素都会影响地下室结构自防水的性能。

4）综合机电深化设计：

本工程结构较复杂，机电系统多，技术要求高，各专业协调难度大。根据施工进度计划，排布深化图出图计划，以计划为主线，推进各专业设计协调进度和质量。综合图、大样图、设备机房详图等图纸采用BIM技术利用机电三维设计软件进行辅助设计制作，直观反映机电管线空间位置，确保所绘制的深化设计图纸准确、科学合理。

5）综合机电计划管理：

本工程机电专业多、系统复杂，影响机电计划落实的因素多。建立完善的施工进度计划管理体系，建立组织保障。围绕总进度计划，逐级分解，明确目标、落实检查、定期调整、善用措施。利用BIM技术等先进的施工管理手段，提高管理效率。

6）隔声减震要求高：

大部分设备震动大，噪音高，而业主对于设备减震降噪有专门的技术要求。认真理解减震降噪要求，逐条应对，将降噪要求的落实开始于设备采购阶段。针对不同要求，从减弱震动、传播途径、吸声等方面进行落实。

7）医用设施专业施工

本工程医用设施专业施工要求高，施工相关经验较少。主要涉及到各放射机房、高压氧舱、污水处理系统等部位，施工前应对管理人员及工人做好交底，过程中严格控制成品质量。

项目由于体量大、结构复杂、主体单位外观多变、积水深度深等问题导致复核测量困难，所以我们项目就采用原有地下室扫描技术进行技术复核。

5. 施工准备
   1. 人员准备

本项目三维扫描复测小组由3名专业扫描工程师、2名专业工程师及 1名BIM技术人员组成。

5.2.机械设备

本项目采用Trimble三维扫描仪型号TX8，采用数字化工程，三维影像处理，直观有效率。

5.3.环境准备

  1、现场地下室垃圾清理干净。2、积水和淤泥处理干净。3、现场照明安置完备。4、主体三维BIM结构模型准备

5.4.通过BIM给的目标点和现场进行确认

在现场设置3个目标点作为扫描数据控制点，对控制点我们要求如下：

1、目标点设置远离施工作业区域，避免与工作人员冲突。

2、仪器设备配备齐全

3、视野光线良好

4、全过程记录

5.5.仪器调整

把仪器设置到可以扫描到所有目标靶和目标球，仪器先调平之后仪器会在扫描以后记录目标球的号码和位置，之后再调平，反复以上操作。

仪器为自动三维扫描设备，扫描器扫描前设置视野范围度，扫描仪器可以自动完成扫描任务。扫描过程中，避免有一切移动的物体再扫描范围中。最终扫描数据会传输到云空间

5.6.测试转换

第一次扫描完成以后,三维扫描仪器会将固定球和移动目标球的数据进行编号和定位,作为定位点的参照点。将三维扫描仪架设至第1次设置的移动目标球附近进行第2次扫描,此时将移动目标球分成2组,第1组不变,作为第2次扫描数据和第1次扫描数据的连接,之后反复以上操作。

5.7.数据处理

在对所有测量点测量结束以后需要对数据进行预处理。首先是对干扰因素的处理，现在难免会有异响及灰尘飘落物干扰因素存在，所以，需要在测量结束后对干扰因素进行修补及处理，以便于得到较高的成品。目前来看测量数据的大部分异响及干扰因素都能有较好的处理。

5.8.分析数据方式

BIM工程师将根据建筑图定的标准点及项目Revit结构模型进行比对，保证节点的高度匹配性三维扫描数据传输进Revit软件，算出项目实际的偏差数据对比，最后整合画图。

5.9.效果图展示

图1（A1地下室负一层BIM模型图）

图2 （A1地下室负一层BIM模型图）

5.10.数据对比

三维扫描记录过程如下表：

表1 数据整合

本项目A1区块地下室部分三维扫描测试结果与甲方委托的专业检测机构的数据基本吻合，少量误差造成的原因是现场A1区块附近有少许区域仍在施工期间不定时造成影响，其次甲方提供的GPS测绘数据时间过久，与现在的定位方式也一样有差异，且竹简路货车通过较多，已经发生沉降及偏移，导致引入坐标数据不符合。

6.结论

本项目由于高支模、大跨距、板厚较大、地下水位高、本工程地库面积大、综合机电深化设计、隔声减震要求高等特点，所以在测试当中要综合考虑现场因素，避免误差较大。测量过程中，若有出现数次数据偏差较大现象，需再多次进行技术复核。

本次三维扫描测试用时13d时间，经了解之前测量队伍同面积区域需花费将近一个月，所以此项测试还大大缩短了测试与复查的时间，而且数据更为准确。原有地下室结构扫描技术为本项目的复核工作提高了很高的效率，使得复核时间大大减少，间接性减少了大量资金投入。

参考文献：

[1]基于激光扫描技术的三维模型重建[J]. 刘友芹,岳文朝.  科技创新导报. 2017(30)

[2]基于三维扫描技术的桩-土注浆界面精细化模型重构与三维有限元数值分析[J]. 刘春林,唐孟雄,胡贺松,岳云鹏,侯振坤.  广州建筑. 2019(06)

[3]三维扫描技术在钢结构施工中的应用[J]. 林冲,何小东,邓再筠,冯超林.  住宅与房地产. 2017(36)

作者简介：雷鸣，1997 年生，专业工程师，从事房屋建筑工程施工。现供职于中建八局第二建设有限公司上海公司。