浅析三维激光扫描在建设施工中的应用
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摘 要：现代建设施工因为各项先进技术的支持，质量与效率得到极大提高，本文简单阐述了三维激光扫描技术的基本含义与技术原理，重点分析该技术在建设施工中的应用，施工人员若是能够在建设施工过程中利用并充分发挥三维激光扫描技术的作用，便可有效打破传统测量方式的限制，不仅有利于进一步提高模型的科学性与可靠性，还能切实提高建设施工质量与效率。
关键词：三维激光扫描 建设施工 数据逆向建模
中图分类号：P225.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）02（c）-0001-02
在建设施工中充分发挥三维激光扫描技术的应用价值，对降低扫描误差、提高施工质量具有积极影响，故而施工企业要明确三维激光扫描的重要性，将其应用于建设施工的全过程中。若想确保该技术作用切实落实，施工企业除了要增强施工人员操作能力，还应选择科学选择高效的设备，构建完善的扫描测量系统。
1 三维激光扫描技术概述
1.1 基本含义
三維激光扫描技术又被称为实景复制技术，在实际应用过程中，需要借助自动控制技术对情况比较复杂的施工现场环境进行连续数据采集与处理，具有极强的非接触性、实时性、扩展性，此外应用速率、数字化程度也比较高。将其应用于建设施工中，能够有效提高扫描数据的精确度，对实现三维可视化具有重要意义，可以被广泛应用于地形测量、场景虚拟、变形监测、灾害预警等工作中。
1.2 技术原理
1.2.1 扫描原理
建设施工中的三维激光扫描技术依靠专业仪器实现，目前应用最多的设备是三维激光扫描仪。在实际应用过程中，该设备会先启动内置伺服马达系统，再利通过转动多面扫描棱镜，令发射的脉冲激光束按照从左到右、由上至下的顺序进行快速扫描，以此实现全自动高精度步进式测量，具体过程如图1所示。
1.2.2 测距原理
现阶段，利用三维激光扫描技术进行测距，可以使用的方法主要有三种：脉冲测距、三角测距、相位测距。利用该技术进行测距时，激光发射器会先发射一道速度极高但相对狭窄的激光脉冲，再利用探测系统捕捉脉冲被测物表面产生的回波信号，通过将其转换成电信号逐渐生成回波脉冲信号，随后对回波脉冲信号与发射脉冲信号之间的间隔进行测量，最后便可得出被测物与激光发射器之间的距离，利用三维激光扫描技术测得的数据精确度比较高[1]。
2 三维激光扫描技术在建设施工中的应用
2.1 数据逆向建模
三维激光扫描是提高建设施工实际测量数据准确性的有效方式，因此施工人员可以利用该技术储存施工现场各项资料数据，为后续施工与验收等工作提供有力支持。由于异型建筑建设与安装施工难度比较大，所以为了提升建设施工效果，施工人员会利用三维激光扫描技术获取相关现状的点云数据，然后进行模型设计。例如正在建设一个有异形装饰玻璃幕墙的建筑，该建筑在建设后期，准备给建筑贴装饰玻璃幕墙时，发现已建成的建筑构件与原设计图纸有出入，导致原来设计好的玻璃幕墙无法与构件贴合。因此，必须得到已建成的建筑及构件的整体模型，根据模型设计新玻璃幕墙图，使用扫描仪对建筑整体数据进行采集 ，并利用全站仪作为控制，对扫描仪得到的数据进行平差改正，极大的保证测量精度，最后根据点云数据对建筑进行精细建模，最后将成果交给客户，他们就根据我提供的模型，重新设计了玻璃幕墙，最终完成建筑玻璃装饰幕墙的任务。
现阶段，三维激光扫描技术在政府政策与研究人员的努力下愈加成熟，行业标准不断得到优化与完善，以三维激光扫描技术为基础的模型库也越来越健全，整体应用范围愈加广泛，故而施工人员可以基于此开展数据逆向建模工作，以此提高成本控制水平、降低建设施工风险。例如，复杂环境下的深基坑建设工程对地基基础设计、围护结构设计的要求比较高，只有保证数据准确才能有效规避施工风险，过去施工人员采用传统的离散单点采集三维坐标法进行测绘，由于测点有限，所以测得数据的精确度比较低，严重影响建设施工效率与质量，一定程度上还拖延了工程进度，若是能够发挥三维激光扫描技术的应用优势，便可增强扫描路线的科学合理性，对避免干扰与遮挡、增强模型可靠性具有积极影响，有利于为后续建设施工设计规划提供强有力支持[2]。
2.2 工程质量分析及工程量计算
以三维激光扫描技术为基础开展建设施工，有利于提高本次工程项目的建设施工效果。实际施工中，工作人员首先要利用三维激光扫描技术获取点云数据，采用专业性较强的系统软件对其进行处理，将数据转化成三维模型;其次，应将三维模型与施工设计中的CAD模型、BIM模型进行精确度对比，寻找不同模型存在的不足，利用先进的技术与工艺对偏差进行修正，从而为建设施工提供应用价值较高的指导，进而减少安全事故、进度延误、成本浪费等问题发生;最后，施工人员要对三维激光扫描设备获取的数据进行全面分析与整理，尤其是某些施工现场环境比较复杂的工程项目，比如异形结构大范围幕墙安装，先对实际结构的洞口尺寸数据进行复核，找出模型与实际存在的误差，再对三维扫描模型设计进行深化，以此为幕墙安装提供准确数据支持，为提高建设施工质量奠定坚实基础。
异形建筑表面积计算及不规则建筑体积的计算，直接关系到施工方和建设方的经济结算，同时也关系着建筑应用的合理性和安全性。在工程竣工时需要对这些不规则表面积和异形体积进行量算，传统测量方式需要人工去爬悬梯或者通过全站仪密集打点利用微积分的原理分段进行计算。这些方法不仅耗时耗力，获取的数据不全面，而且计算不准确，极容易产生漏洞，同时还伴有危险性。利用三维激光扫描仪进行数据采集，通过对建筑表面进行扫描和建模，可以轻松获得异形建筑的表面积和体积等工程量。非接触式自动化数据采集也大大提高了作业人员的工作效率和安全性，最终计算出的结果也跟接近实际，为建设工程的工程量核算提供了极大的帮助。
2.3 运维管理与变形监测
运维管理与变形监测是建设工程验收的重要环节，在经过方案规划、图纸设计、实际施工等阶段后，企业已经投入了大量时间与资金，为了确保工程项目在后期能够真正获得预期效益，施工企业可以将三维激光扫描技术应用于运维管理环节中，基于该技术制定科学合理的管理方案，以此减少修缮费用、降低维护成本与改建成本。对于整体结构比较复杂且功能性较强的建筑，充分发挥三维激光扫描技术的作用与优势，可以为构建智能化、信息化、一体化特征较明显的运维管理平台提供技术支持，有利于提高建设施工空间管理、设备管理、资产管理的高效性，对降低运维成本、延长建筑使用寿命具有积极意义[3]。此外，变形监测在建设施工整个生命周期中占据重要地位，直接影响工程质量与建筑结构安全，故而为了确保建设施工能够取得良好效果，施工人员必须明确将三维激光扫描技术应用于变形监测环节的必要性，对被测物进行全方位的测量，通过对比多次扫描数据，制定可靠性与可行性较强的变形改良方案，从而有效提高建设施工质量。
3 结语
综上所述，三维激光扫描技术可以被应用于环境条件复杂的施工现场，具有较强的实时性与扩展性，数字化程度比较高，充分发挥其作用能够提高施工质量。因此施工人员要明确将其应用于数据逆向建模、工程量计算、工程进度实时跟踪、质量检测、运维管理、变形监测等环节的重要性，切实提高施工效果。
参考文献
[1] 周克勤.三维激光扫描测绘技术在建设工程施工监测中的应用[J].建设监理，2018（10）：53-57.
[2] 王静.三维激光扫描技术结合BIM技术在建设工程中的应用[J].江西建材，2018（11）：62-63.
[3] 周瑾钰，王海顺.基于三维激光扫描技术的矿山地质工程精度检测应用研究[J].世界有色金属，2019（11）：236-237.
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