三維激光檢測系統在房屋結構安全鑒定檢測中的應用分析

梁智峰

摘 要 本文以利用三維激光檢測系統獲取房屋指標參數的掃描方法，對房屋構件進行鑒定檢測，并將鑒定檢測的房屋構件的位置及其鑒定結果標記在點云數據中;導入CAD中生成房屋建筑圖，獲取房屋整體指標的幾何參數。通過三維激光掃描檢測系統代替人工測量方式，提高檢測效率和檢測精度。

關鍵詞 三維激光檢測系統;指標參數;鑒定檢測

引言

隨著我國城市建設的快速發展、既有房屋的保有量逐年增加，住房制度改革后的房屋產權多元化，老舊房屋結構構件、設備設施的老化加劇，房屋使用過程中的違規行為和遭受自然災害或火災等突發事故的侵襲等諸多因素導致社會大眾對房屋安全的重要性日益重視。但現階段房屋安全性鑒定工作使用的技術方法還相對比落后，檢測工作量大和人員成本高，本文將介紹一種通過利用三維激光檢測系統對被檢房屋進行掃描，使用獲取房屋整體指標的幾何參數進行鑒定的新檢測方法來解決以上的問題。

1背景技術

目前，在結構鑒定中，要收集建筑的勘察報告、施工和竣工驗收的相關資料;當資料不全時，應根據鑒定需要進行補充實測。在現場檢測建筑物結構的情況時，使用手持式激光測距儀和鋼卷尺對主要軸網尺寸、各層凈高和構件截面尺寸進行測量。

但是，現有的測量方法存在以下缺陷：

（1）人工測量工作反復且誤差較大，數據后期處理煩瑣，效率低下，無法滿足建筑發展智能化的趨勢;

（2）采用傳統測量方法，大量的不確定信息和因素，與結構的幾何特性和人為因素有關，檢測數據具有不確定性[1]。

2技術原理及操作程序

三維激光掃描技術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。檢測的過程是在房屋適當位置架設站點，將掃描儀整平地設立在站點的固定腳架上;在掃描儀的周邊擺設反射標靶，調整反射標靶的靶心位置，讓其與掃描儀的光軸平行;對掃描儀的掃描參數進行初始化設置后啟動掃描儀對房屋結構進行掃描;采集每個反射標靶的高程坐標，通過多個反射標靶的高程坐標進行站點拼接，并對掃描儀的坐標系轉換為相匹配的工程坐標系中形成點云數據;對房屋構件進行鑒定檢測，并將鑒定檢測的房屋構件的位置及其鑒定結果標記在點云數據中;導入CAD中生成房屋平面圖，獲取房屋整體指標的幾何參數[2]。

3技術特點

（1）在設置反射標靶時，掃描儀與反射標靶之間距離5～10米，反射標靶正對掃描儀，可通過反射標靶的高程坐標扭轉掃描儀的坐標系，使之形成相匹配的工程坐標系。另外，對于反射標靶的數量宜設置為3～5個，反射標靶的數量越多，轉換坐標精度越高，標靶正對儀器，用于轉換大地坐標和站點拼接。此外，也可通過無標靶的方式進行站點拼接，無標靶則依靠站點間掃描到的相同數據。

（2）三維激光掃描儀的參數可通過儀器主機或電腦上對掃描的分辨率、測程、顏色獲取及其掃描角度進行設置。掃描角度默認為水平角360°與垂直角60°～320°;分辨率為垂直與水平角的角度分辨率，可理解為單束激光之間的夾角角度，在不同半徑的點云密度值。不同的成果需求可設置不同的分辨率，點云的最高密度值可達零點幾個毫米;測程則為以儀器主機為中心的掃描半徑，測程可從1.5米至6000米不等;顏色獲取則是為掃描點云添加RGB色值，點云本身只具有反射率和振幅兩種基本顯示方式，有外置和內置相機（數碼相機），就可以在掃描完成之后，拍攝全景照片，將其賦予在點云上，使點云數據更直觀[3]。

（3）采集每個反射標靶的高程坐標，通過多個反射標靶的高程坐標進行站點拼接，并對掃描儀的坐標系轉換為相匹配的工程坐標系中形成點云數據;三維激光掃描儀對現場建筑物環境進行掃描后，通過RTK或GPS技術獲取標靶靶心的高程坐標，通過標靶扭轉掃描儀的坐標系，使之匹配到工程坐標系中。

（4）根據房屋的結構特點與現場檢測條件，對現場對建筑物損傷情況進行檢測，根據現場檢測條件，對建筑物損傷情況進行了全面檢測，建筑物墻面是否有細微裂縫和粉刷剝落、墻體開裂等現象。再將獲得的混凝土強度構件信息、不均勻沉降信息、整體傾斜情況和建筑物損傷情況等數據均標記在點云數據中。

（5）點云數據導入CAD軟件中生成結構平面圖，獲取房屋整體指標的幾何參數。通過Autodesk recap插件，將GB級容量的點云數據轉換成KB級容量的RCS數據，導入CAD軟件進行處理，在結構平面圖生成后，如有建筑物原有建筑結構的設計圖紙，將結構平面圖結合設計圖紙對結構平面圖進行軸線尺寸、樓層層高、主要結構構件截面尺寸等信息的復核。

與現有技術相比，該三維掃描檢測儀建立了建筑物二維平面圖，解決人工測量工作反復且誤差大的問題，同時可更好地與圖紙進行復核，在無圖紙的條件下，利用三維掃描儀建立房屋的二維平面圖，更符合現場建筑物實際，能增加數據后期處理煩瑣、效率低下的問題。且建筑物不均勻沉降、整體傾斜情況和建筑物受損情況可進一步直觀地反映在建筑物點云數據中及結構平面圖中，更加全面的了解房屋整體指標的幾何參數。

4技術局限性

由于激光都不具備穿透性，不免在復雜環境中會造成數據缺失。因此當掃描后生成的建筑物現場信息數據如有缺失，還需及時補充測量，以保證建筑物現場信息數據的完整性，其中建筑物現場信息包括主要軸線尺寸、樓層層高、建筑分割、門窗、洞口位置、結構布置、混凝土構件截面尺寸等。即在數據缺失的建筑物區域重新擺設站點，利用三維激光掃描儀對該建筑物區域進行重新掃描處理。所以當掃描所生成的點云數據中缺少建筑物現場信息的局部數據時，則在數據缺失的建筑物區域重新擺設站點，利用掃描儀對該建筑物區域進行補充測量[4]。

5結束語

利用三維激光掃描儀對傳統實測實量改進及采用國際先進技術、儀器等手段極大提高測量的精準度及數據應用，具有增進效率、提高質量、電子存檔的主要特點，符合當前結構鑒定發展趨勢，并對于結構鑒定行業鑒定質量的提高具有極大的推廣研究性作用。

參考文獻

[1] JGJ8-2016.建筑變形測量規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2016.

[2] GB50292-2015.民用建筑可靠性鑒定標準[S].北京：中國建筑工業出版社，2015.

[3] CH/T2009-2010.全球定位系統實時動態測量（RTK）技術規范[S].北京：北京測繪出版社，2010.

[4] CH/T1021-2010.高程控制測量成果質量檢驗技術規程[S].北京：北京測繪出版社，2011.