三維激光掃描技術在工廠改造中的應用
消息來源:開思網摘 要:介紹了三維激光掃描技術在工廠改造中的應用,對比傳統方法,闡述應用三維激光掃描技術的優勢,應用三維激光掃描技術工作的關鍵流程。一、背景介紹當前我國產業升級換代加快,國內化工廠及企業需要對廠房進行改造擴建,需要拆除、更換、新增大量的設備和管線?,F有的比較完整的圖紙只有當年的*原始裝置的管道軸測圖,廠里的多次技改和多年工廠運營維護的相關資料并不完整,并且也與實際有較大出入。而改擴建設計質量的關鍵取決于對現狀的了解程度,而已有圖紙與現狀不符,現場情況復雜,給設計帶來了很大難度,所以如何獲取到準確的工廠現狀資料就是第一個要解決的問題。[1]手工測量是傳統獲取現場資料的*常見并且*經濟的方法,但工廠的改造設計是在不停工的前提下進行的,運行時很多區域是人員危險區,不能靠近測量。而且人工測量的誤差也往往難以避免,測量的結果不能滿足設計的基本要求。我們需要將目光轉向更先進和準確的測量方式。[2]二、三維激光掃描技術介紹三維激光掃描技術是近年來出現的新技術,在國內越來越引起研究領域的關注。它是利用激光測距的原理,通過記錄被測物體表面大量的密集的點的三維坐標、反射率和紋理等信息,可快速復建出被測目標的三維模型及線、面、體等各種圖件數據。由于三維激光掃描系統可以密集地大量獲取目標對象的數據點,因此相對于傳統的單點測量,三維激光掃描技術也被稱為從單點測量進化到面測量的革命性技術突破。該技術在文物古跡保護、建筑、規劃、土木工程、工廠改造、室內設計、建筑監測、交通事故處理、法律證據收集、災害評估、船舶設計、數字城市、軍事分析等領域也有了很多的嘗試、應用和探索。[3]在西方發達國家核電站、化工廠、煉油廠等項目的改造中,已經大量采用三維激光掃描儀對現場進行掃描,然后通過軟件后處理得到三維幾何模型或工廠模型,再對所得模型進行進一步應用。而在國內,三維激光掃描主要是用在古建筑維修、文物保護等領域,而在工廠改造方面的應用尚處在起步階段。[4]三、工廠改造的一站式解決方案(一)軟件平臺鑒于國內應用情況,本文采用InfiPoints點云處理平臺,專門針對工廠改造提出一整套詳盡的解決方案。InfiPoints支持導入市場主流的三維激光掃描儀格式,并能導出dwg、dxf、IFC格式到AutoCad和Revit,而且支持導出iges、step、catia等市場主流的CAD格式。(二)業務流程1.獲取**的現場數據通過三維激光掃描儀掃描獲取現場數據。目前市場上主流的靜態三維激光掃描儀有FARO、LEICA、Z+F等,所用儀器如下圖。掃描獲得的原始點云如下圖:2.掃描數據的預處理掃描取得的原始點云數據還需要進行一系列處理工作,才能交付給設計人員使用。1)點云自動拼接。由于工廠環境復雜,在一個點采集的點云數據不可能得到工廠的全部信息,往往需要在工廠內部布置多個采集點,之后將每一站數據**拼接起來。應用InfiPoints內含目前的精確的算法能實現無標靶自動拼接,利用平面特征拼接等將多站數據精確的拼接起來,拼接精度滿足工程需求。2)點云數據的去噪根據現場的掃描對象復雜程度不同,掃描得到的點云數據常受到精度限制,灰塵干擾,由于在工作環境下施工,現場存在行走的人等都會對點云質量產生影響,應用InfiPoints的去噪模塊能去除灰塵噪點,移動的物體等。*終得到需要的點云數據。 3. 點云數據的工程利用1)工程測量、制作二維工程圖傳統繪制圖紙需要在AutoCAD/Revit 等軟件中進行手動建模,但效率往往過低,應用InfiPoints能針對點云進行實際測量,并能夠截取指定截面繪制2D工程圖,繪制的圖紙可以進行2D、3D混合顯示,*終我們可以導出DWG/IFC格式的工程圖紙。2)點云的裁剪應用InfiPoints能刪除指定點云設備,并導入CAD模型實現設備的虛擬裝配。 3)實時干涉檢查在新老設備更換時,在InfiPoints中設置好模型的移動軌跡后,當模型與點云碰撞時,應用InfiPoints能檢測出干涉狀態并停止模型移動,實現安裝路徑的規劃。在虛擬環境中規劃更換設備能大大提高前期的設計效率,避免大量的往返現場造成的時間浪費。同時還能檢查設備的檢修空間是否充份。4)管道與平面的自動重建手動提取管道往往需要數月時間,應用InfiPoints能在幾分鐘內自動識別提取點云中的管道、平面,極大縮短了項目開發周期。5)成果導出--生成漫游視頻按照設定軌跡生成漫游視頻以便與提交客戶或上級審核。6) 導出到設計軟件,與BIM設計軟件對接。經過InfiPoints處理好的數據,可以導出成dwg、dxf格式到Autocad中進行項目設計,也可導出管道的中軸線、管道到Auto plant等CAD中,IFC格式到Revit等BIM軟件中??s短項目開發周期。四、總結工廠改建質量的好壞關鍵取決于對現場數據獲取的**程度,應用三維激光掃描技術,使我們能夠得到完全真實的工廠數據。再應用**的點云處理平臺以一種全新的設計模式進行工廠的改擴建設計。大大提高了改建效率,并且能夠得到更精確的成果。參考文獻:[1]董秀軍.三維激光掃描技術及其工程應用研究[D].成都理工大學,2007. [2]李有.三維激光掃描在國內化工廠改造的應用[J].土木建筑工程信息技術,2009,1(1):92-94.DOI:10.3969/j.issn.1674-7461.2009.01.015.[3]周榮,朱小韋.三維激光掃描技術及其工程應用研究[J].建筑工程技術與設計,2016,(17):2890.[4]李有.三維激光掃描在國內化工廠改造的應用[C].//第二屆工程建設計算機應用創新論壇論文集.2009:521-525.