[發(fā)明專利]基于3D掃描的超高層建筑施工偏差數(shù)字化檢驗系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710522901.0
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107402001A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發(fā)明（設計）人: 龔劍;左自波;黃玉林;周虹;夏巨偉
• 申請（專利權）人: 上海建工集團股份有限公司
• 主分類號: G01C15/00
• 分類號: G01C15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于3D掃描的超高層建筑施工偏差數(shù)字化檢驗系統(tǒng)，其特征在于，包括：

3D激光掃描子系統(tǒng)，用于掃描獲取超高層建筑結構的點云數(shù)據(jù)；

施工偏差數(shù)字化檢驗子系統(tǒng)，用于對掃描獲取到的點云數(shù)據(jù)進行處理得到3D掃描模型，對設計模型進行數(shù)字化處理，以及進行3D掃描模型與數(shù)字化后的設計模型的偏差分析，得到超高層建筑施工進度、位置和尺寸偏差的檢驗評估；

其中，所述3D激光掃描子系統(tǒng)包括：

3D激光掃描儀組，用于掃描獲取施工中超高層建筑主體部分、局部結構和標靶集點云數(shù)據(jù)；

GNSS，用于供3D激光掃描儀組的定位測量及輔助超高層建筑局部結構掃描測量；

控制點集，用于作為3D激光掃描儀組、GNSS的位置參考點，以及超高層建筑掃描測量的參考點，并且輔助所述點云數(shù)據(jù)配準、坐標轉(zhuǎn)化和掃描模型裝配；

無線通信模塊，用于掃描測量控制的數(shù)據(jù)通信傳輸；

計算機與服務器，用于通過所述無線通信模塊控制3D激光掃描儀組的掃描測量以及掃描數(shù)據(jù)的分析；

所述3D激光掃描儀組包括3臺主控掃描儀和1臺輔助掃描儀，分別用于超高層建筑主體和局部結構的掃描測量，得到超高層建筑主體和局部結構的點云數(shù)據(jù)；

所述GNSS包括2臺GNSS基準接收機和2臺GNSS流動接收機；

所述控制點集包括主控掃描儀位置控制點，GNSS基準接收機位置控制點和標靶集，其中，所述主控掃描儀位置控制點作為所述主控掃描儀位置參考點，所述GNSS基準接收機位置控制點作為所述GNSS基準接收機位置參考點，標靶集作為超高層建筑掃描測量的參考點；

所述施工偏差數(shù)字化檢驗子系統(tǒng)包括：

設計模型及場景3D數(shù)字化模塊，用于根據(jù)超高層建筑的CAD設計圖紙建立結構及場景3D參考數(shù)字模型并生成建造過程的虛擬仿真，根據(jù)超結構及場景3D參考數(shù)字模型和建造過程的虛擬仿真生成計劃工況下3D設計模型和當前施工工況下的3D設計模型；

3D激光掃描數(shù)據(jù)處理模塊，用于對超高層建筑的主體和局部結構的點云數(shù)據(jù)進行處理，包括降噪、修補、優(yōu)化、點云數(shù)據(jù)配準、坐標轉(zhuǎn)化和模型裝配，得到完整的點云數(shù)據(jù)模型；

掃描數(shù)據(jù)3D數(shù)字化模塊，用于根據(jù)完整的點云數(shù)據(jù)模型建立當前施工工況下的超高層建筑完整3D幾何模型；

數(shù)據(jù)儲存?zhèn)鬏斈K，用于對超高層建筑完整3D幾何模型進行儲存和傳輸；

施工進度偏差檢驗模塊，用于對當前施工工況下的超高層建筑3D幾何模型與計劃工況下3D設計模型對比分析，檢驗施工進度偏差；

施工位置偏差檢驗模塊，用于對當前施工工況下的超高層建筑3D幾何模型的軸線與對應的3D設計模型的軸線對比分析，檢驗常規(guī)測量誤差及結構位置偏差，對偏差超過允許范圍的構件進行標記顯示；

施工幾何尺寸偏差檢驗模塊，用于對當前施工工況下的超高層建筑3D幾何模型的表面與對應的3D設計模型的表面對比分析，檢驗施工尺寸偏差，對偏差超過允許范圍的位置進行標記顯示；

施工變形監(jiān)測模塊，用于對當前施工工況下的超高層建筑3D幾何模型的表面與前期施工工況下的超高層建筑3D幾何模型的表面對比分析，得到施工期建筑結構3D變形云圖；

3D數(shù)字化顯示及輸出模塊，用于根據(jù)施工進度偏差、常規(guī)測量誤差、結構位置偏差、施工尺寸偏差和施工期建筑結構3D變形云圖，進行施工進度、位置和幾何偏差的3D可視化顯示，并在施工完畢后輸出超高層建筑竣工驗收和運營維修3D數(shù)字模型。

2.一種基于3D掃描的超高層建筑施工偏差數(shù)字化檢驗方法，其特征在于，采用如權利要求1所述的3D掃描的超高層建筑施工偏差數(shù)字化檢驗系統(tǒng)，所述方法包括：

采用施工偏差數(shù)字化檢驗子系統(tǒng)對設計模型進行數(shù)字化處理；

采用3D激光掃描子系統(tǒng)掃描獲取超高層建筑結構的點云數(shù)據(jù)；

采用所述施工偏差數(shù)字化檢驗子系統(tǒng)對掃描獲取到的點云數(shù)據(jù)進行處理得到3D掃描模型；

采用施工偏差數(shù)字化檢驗子系統(tǒng)進行3D掃描模型與數(shù)字化后的設計模型的偏差分析，得到超高層建筑施工進度、位置和尺寸偏差的檢驗評估；

其中，采用施工偏差數(shù)字化檢驗子系統(tǒng)對設計模型進行數(shù)字化處理，包括：

采用設計模型及場景3D數(shù)字化模塊，根據(jù)超高層建筑CAD設計圖紙建立結構及場景3D參考數(shù)字模型并生成建造過程的虛擬仿真；

根據(jù)結構及場景3D參考數(shù)字模型和建造過程的虛擬仿真，設置計劃工況下3D設計模型和當前施工工況下對應的3D參考數(shù)字模型；

采用3D激光掃描子系統(tǒng)掃描獲取超高層建筑結構的點云數(shù)據(jù)，包括：

布設控制點集，包括：布設主控掃描儀位置控制點及GNSS基準接收機位置控制點，根據(jù)超高層建筑情況確定標靶的數(shù)量，確定標靶的數(shù)量后布設標靶集并編號，保證主控掃描儀視覺范圍內(nèi)的標靶集中的各標靶通視；

架設3D激光掃描儀組和GNSS，包括：根據(jù)主控掃描儀位置控制點和GNSS基準接收機位置控制點分別架設主控掃描儀和GNSS基準接收機；

基于無線通信模塊，采用計算機與服務器控制主控掃描儀和GNSS流動接收機，進行超高層建筑的主體結構和標靶集的掃描作業(yè)；

隨超高層建筑施工高度增加，所述計算機與服務器判斷掃描范圍是否超過主控掃描儀的測量范圍，若超過測量范圍，控制輔助掃描儀和GNSS流動接收機，進行超高層建筑的局部結構、標靶集和超范圍主體結構的掃描作業(yè)；其中，GNSS流動接收機布設于作業(yè)面待測量位置，輔助掃描儀布設于作業(yè)面的施工平臺，其控制點位置由GNSS流動接收機測得；

采用施工偏差數(shù)字化檢驗子系統(tǒng)對掃描獲取到的點云數(shù)據(jù)進行處理得到3D掃描模型，包括：

采用3D激光掃描數(shù)據(jù)處理模塊對超高層建筑的主體和局部結構的點云數(shù)據(jù)進行處理，依次進行點云數(shù)據(jù)的降噪、修補、優(yōu)化、點云數(shù)據(jù)配準、坐標轉(zhuǎn)化和模型裝配，得到完整的點云數(shù)據(jù)模型；

根據(jù)完整的點云數(shù)據(jù)模型，采用掃描數(shù)據(jù)3D數(shù)字化模塊建立當前施工工況下的超高層建筑的完整3D幾何模型；

采用施工偏差數(shù)字化檢驗子系統(tǒng)進行3D掃描模型與數(shù)字化后的設計模型的偏差分析，得到超高層建筑施工進度、位置和尺寸偏差的檢驗評估，包括：

采用施工進度偏差檢驗模塊對當前施工工況下的超高層建筑3D幾何模型與計劃工況下3D設計模型對比分析，檢驗施工進度偏差；

采用施工位置偏差檢驗模塊對當前施工工況下的超高層建筑3D幾何模型的軸線與對應的3D設計模型的軸線對比分析，檢驗常規(guī)測量誤差及結構位置偏差，對偏差超過允許范圍的構件進行標記顯示；

施工幾何尺寸偏差檢驗模塊對當前施工工況下的超高層建筑3D幾何模型的表面與對應的3D設計模型的表面對比分析，檢驗施工尺寸偏差，對偏差超過允許范圍的位置進行標記顯示；

采用施工變形監(jiān)測模塊對當前施工工況下的超高層建筑3D幾何模型的表面與前期施工工況下的超高層建筑3D幾何模型的表面對比分析，得到施工期建筑結構3D變形云圖；

采用數(shù)據(jù)儲存?zhèn)鬏斈K對超高層建筑完整3D幾何模型進行儲存和傳輸；

采用3D數(shù)字化顯示及輸出模塊根據(jù)施工進度偏差、常規(guī)測量誤差、結構位置偏差、施工尺寸偏差和施工期建筑結構3D變形云圖，進行施工進度、位置和幾何偏差的3D可視化顯示；

施工完畢后，采用掃描數(shù)據(jù)3D數(shù)字化模塊根據(jù)施工進度偏差、常規(guī)測量誤差、結構位置偏差、施工尺寸偏差和施工期建筑結構3D變形云圖，建立3D掃描數(shù)字模型，并采用3D數(shù)字化顯示及輸出模塊根據(jù)施工進度偏差、常規(guī)測量誤差、結構位置偏差、施工尺寸偏差和施工期建筑結構3D變形云圖，輸出超高層建筑竣工驗收和運營維修3D數(shù)字模型。