徕卡HDS钢结构预拼装应用方案
发布日期：2022-04-26
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作者：徕卡测量系统
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一、钢结构近来和未来趋势

  • 钢结构住宅材料改善、装配工艺优化，正在形成产业化和工业化技术体系。

  • 大型厂房、场馆、超高层、机场、车站等大型建筑逐渐实现了钢构化，铁路、桥梁、船舶钢构行业应用也越来越多。

  • 装配式钢构智能化。智能建造与建筑工业化协同发展，在钢结构深化设计、构件生产加工制造、项目施工装配上深入推进智能建造产业体系。

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二、预拼装行业现状
什么时候要预拼装？
重要的复杂工程应预拼装，对出现的偏差及时整改，减小累计误差。
预拼接方法
《钢结构工程施工质量验收规范》规定了对多节柱、桁架、管等构件允许偏差和检查方法，一般采用试孔器、全站仪、钢尺、拉线、吊线、焊缝量规检查。
预拼装的痛点
  • 成本高，耗费大量人力、运输、场地等资源，有时难以协调运输和场地条件。
  • 时间长，需要运输、实际拼装等，过程繁琐，不仅对工程进度管理提出高要求, 还有安全隐患。
  • 检测精度低，有限的单点测量，对于曲线线型缺少完整的整体性，存在累计误差。
为了深入推进施工装配建造智能化，需要通过数字化和虚拟仿真新技术，保证分块装配测量效率和数据完整性，实现高质量的快速低成本检验校核。虚拟预拼装走进人们的视线。
三、徕卡HDS钢结构虚拟预拼装方案
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徕卡三维激光扫描仪，每秒获取百万个点三维坐标，避免了局部和片面。点云进入徕卡Cyclone 3DR虚拟装配，分析构件加工尺寸偏差、装配偏差精度，可有效满足预拼装应用需求。
四、方案步骤
扫描准备：
1. 设备：徕卡Pxx或者徕卡RTC360设备，徕卡黑白标靶2个。
2. 软件：徕卡Register 360、徕卡Cyclone 3DR。
3. 人员：1人。
外业：
1. 勘察规划。
拼接方式规划、扫描路线规划、测站位置规划、标靶位置和数量、扫描分辨率等。
2. 现场依次扫描构件和标靶。
单构件扫描需按照构件拆分，对不同类型构件进行标准化归并和分类扫描，一般保证接口部分点云密度约1mm。整体扫描用于节点预拼装。
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图1 徕卡P40扫描某造船厂起重机主梁构件

内业：
1. 数据导入徕卡Cyclone点云理软件。
2. 点云拼接，使用徕卡专用标靶，可将拼接精度控制在1mm以内。
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图2 某钢结构扫描点云的拼接精度在1mm内

3. 去噪和分割，将无关的点删除，保留目标构件点云。
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图3 去噪分割完毕的起重机支腿点云

深入应用：
构件生产质量检核——单构件实际点云与设计模型偏差检测
为了检验构件生产质量，扫描单构件点云，进入徕卡Cyclone 3DR中，和相应的BIM设计模型对齐，偏差检测，生成质量检测报告和三维偏差色谱分布图。
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图4 某奥体中心钢构件与设计偏差色谱图

构件虚拟预拼装与偏差精度
在加工场地，进行节段节点之间的模拟预拼装，便于发现问题，及时修整。
在建设安装场地，模拟预拼装，可根据安装场地的实际对场地安装的节段节点做出调整。
徕卡Cyclone 3D软件可将虚拟模型作为参考依据，进行多节点最佳拟合约束的高精度对齐，拼接完毕后，进行现状和模型的3D偏差分析检测对比，得到三维偏差色谱图、整体偏差表，还可以标注关键特征节点的实际测量值与设计值的差异图表。
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图5 起重机分段构件完成虚拟装配

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图6 装配后关键数据测量

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图7 装配后和设计模型的3D偏差分析色谱图

经过虚拟拼装检测，可从整体把握拼装质量。避免了基于单点数据分析带来的片面误差，而且对特别关注的部位可通过注释查看具体的偏差情况。
五、应用领域示例
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六、方案优势
1. 颠覆传统方法，对钢结构进行数字化模拟预拼装，实现装配建造智能化。
2. 精度高，单点精度1mm级别，并实现了从点到面的偏差检测，拼装质量好。
3. 赋能，虚拟拼装无需场地，减少运输，软件操作减少了工作量，节约时间和劳动力，提高效率，降低成本，避免返工修整造成的浪费。
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