新技术可以把锦上添花的应用做好

来源: 牛侃BIM

三维激光扫描技术实则是实测实量,是现场情景的复现,小编极力推荐这项新技术在建筑行业的应用,它可以实现过程中的质量管控,实现建筑行业的精细化管理。

本期来谈谈如何应用三维激光扫描技术分析钢结构柱的垂直度。钢结构工程中的柱子垂直度是质量检查中的一个主控项,在钢结构施工质量验收规范中垂直度的合规要求很严格。

如何使用三维激光扫描技术在钢结构安装过程中进行控制,实现事中质量控制。

选取一栋钢结构建筑进行分析,这是1栋8F的钢结构公寓楼,根据钢结构深化情况,公寓楼地上钢结构分为3节钢柱;其中第1节钢柱标高从1F到5F,包括2F~5F共四层钢梁;第2节钢柱标高从5F到8F,包括6F~8F共三层钢梁;第3节钢柱标高从8F到机房屋面,包括屋面层和机房屋面层共两层钢梁。现场钢结构安装和数据检测,也将按照分节顺序依次实施。下图为地上钢结构分节图。

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结合以上钢结构分节深化和安装情况,每栋楼钢结构安装三维扫描检测选择按照分节顺序依次进行实施。

每次三维激光扫描检测工作,计划在每节钢柱和钢梁安装完成后2日内完成外业数据采集工作;外业工作完成后,次日提交初步扫描分析报告,3日内完成全部内业数据处理工作,并提交完整的三维扫描检测分析报告。

扫描共分3次进行,第1次扫描时间为地上一节钢柱钢梁安装完成后(1F-5F),且现场终拧调整前进行扫描。扫描的目的为分析第一节所有钢结构柱子的垂直度偏差,扫描的范围为1F-5F的钢柱。

第2次扫描时间为地上二节钢柱钢梁安装完成后(5F-8F),且现场终拧调整前进行扫描。扫描的目的为分析第2节所有钢结构柱子的垂直度偏差,扫描的范围为5F-8F的钢柱。

第3次扫描时间为地上三节钢柱钢梁安装完成后(8F-屋面机房层),且现场终拧调整前进行扫描。扫描的内容为1F至屋面的钢柱,及1F的钢梁以及1F的内部结构,扫描的目的是从1F到屋顶所有柱子的整体垂直度,及1F钢梁预留洞。

这里需要做一些说明。

➤第1次扫描不涉及柱子的水平位置偏差,主要监测柱子的垂直度偏差。

➤扫描在现场初校后,终拧前进行,这样拿到数据后可以对终拧提供参考指导意义。

➤第3次扫描为柱子的整体垂直度测量,这样是和钢结构施工质量验收规范保持一致,因为最终看的是一个整体的垂直度。

➤在第3次时选1F做一个完整的测试,主要是想做一个三维扫描和钢梁预留洞校核的研究,将钢梁及洞口的点云模型与BIM的钢梁模型做一个对比,即可核查工厂预留洞是否准确。

本文以第1次扫描为例。

本次扫描采用Faro 350三维激光扫描仪。

第1次扫描在第一节柱及对应的梁安装完成初校后终拧前进行,由于没有安装楼承板,因此不用每层楼都进行扫描,由于遮挡不是很多,在1F地板上架站即可完成对第1节柱的扫描。第1次扫描前现状如下图。

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第一次扫描布站如下图:

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建筑内部扫描保证每个钢梁、钢柱可见位置扫描完整,并保证两两测站之间有40%-60%的重叠率。

扫描时候尽量减少现场干扰,这样可以减少处理点云数据的工作量。因此将扫描选择在中午11:30—14:00进行,此时现场基本没有施工工人,对扫描的整体点云模型干扰较少。

为指导现场的终拧矫正,扫描后必须尽快出数据,以指导现场的终拧纠正。扫描后第一时间处理点云数据,对点云数据进行拼接、数据删选及去噪后得到如下的点云模型。

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那得到点云模型后怎么样得到钢结构柱子的垂直度呢?也即垂直度分析的技术路线是什么呢?

对钢结构的Revit模型进行处理,将钢结构柱子和梁以外的内容进行删除,保留的内容和点云模型的内容基本一致,这样二者在Geomagic Control软件(点云分析软件)中拟合时数据才能更准确。下图为清理后的Revit模型。

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将Revit模型和点云模型在Geomagic Control软件中重合后即可进行偏差分析。在偏差分析软件中将Revit模型设置为标准,点云模型为被检测的物体,对比时软件会计算点云模型和Revit模型的尺寸偏差。

偏差分析的成果是由色谱图来展示的,红色表示点云相对于模型向外偏差,蓝色则是点云相对于模型向内偏差。本次对比偏差量如图所示多为黄色,即偏差量基本都在1cm到2cm之间。

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以上是定性的分析。

接下来是定量的分析。定量分析的技术路线是这样的,实际上是柱顶的相对偏差值减去柱底的相对偏差值,得到的即是垂直度偏差的绝对值。这样即使对齐基准有稍微的偏差对垂直度的绝对值影响也不大。

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钢结构柱的垂直度分析是将点云模型与Revit模型手动进行对齐,以Revit模型的2-B钢结构柱的右侧面为对齐基准,以B轴线为对齐参照,将点云模型人工干预与Revit模型此柱面进行对齐。然后取第1节柱子的柱底0.2m和柱顶14m高度处分别做出2个水平切面。0.2m处的水平切面如下图,注意此图中定义的X、Y轴的方向。

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随后在创建的水平切面上,依照实际情况,量取点云模型和Revit模型在不同高度上的偏差数值,这个偏差数值为相对偏差数值。

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以第1次扫描的数据中钢结构柱4-C为例。

左图是4-C在柱子底部(0.2m)的剖面,图右是立柱4-C在柱顶(14m)处的剖面,其中呈线性分散的点代表了点云模型,紫色的实线则代表了Revit模型。对比结果显示,立柱的点云模型和Revit模型并不是完全重合,代表了钢结构柱的垂直度相对偏差。

以上两图也体现了4-C立柱垂直度的偏移数值和偏移方向。以右图为例,在4-C立柱14m处,点云模型相较于Revit模型存在0.0289m(立柱的左侧边缘),偏差方向向着X轴的反方向。以左图为例,在4-C立柱0.2m处,点云模型相较于Revit模型存在-0.0084m(立柱的左侧边缘), 偏差方向向着X轴的正方向。

每一根立柱的绝对偏差情况是由其柱顶(14m处)的偏差值减去其柱底(0.2m处)的偏差值得到的。计算过程如下:

立柱4-C偏差(X轴的反方向)= 0.0289-(-0.0084)=0.0373m=37.3mm

下图为部分钢结构柱子的垂直度偏差值。

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根据国家规范,多层柱单节柱轴线垂直度允许偏差为H/1000且不大于10mm,柱全高允许偏差为35mm。

根据柱顶和柱底的平面位置对比,倾斜偏差在0-1cm有7个。

倾斜偏差在1-2cm有15个。

倾斜偏差在2-3cm有10个,其中X方向超2cm的有5个。Y方向超2cm的有4个。XY方向超2cm的有1个。

倾斜偏差在3-4cm有6个,其中X方向超3cm的有3个。Y方向超3cm的有3个。

倾斜偏差在4-5cm有2个,其中X方向超4cm的是1个,Y方向超4cm的是1个。

倾斜偏差在6cm以上有1个。

钢结构在拿到这份数据后,迅速用传统的经纬仪进行抽检,在得到扫描数据可靠结论后,就放心采用三维扫描分析得到的数据,进行现场的最终终拧工作。文章完……

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