三維激光掃描技術(shù)與PDMS相結(jié)合在核電廠建造安裝期間的應(yīng)用

何煒亭 李元江 蔣韋峰

摘 ? 要：本文主要介紹三維激光掃描技術(shù)與PDMS相結(jié)合在核電廠建造安裝期的應(yīng)用方法，包括利用三維激光掃描技術(shù)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪，利用三維激光掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維設(shè)計(jì)軟件PDMS中，利用測(cè)量點(diǎn)云數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)模型開(kāi)展核電廠大型設(shè)備的模擬運(yùn)輸及安裝，土建及管道、通風(fēng)、橋架建造安裝誤差對(duì)比分析及問(wèn)題處理等，為核電廠建造安裝期間風(fēng)險(xiǎn)的提早識(shí)別和處理提供了一套先進(jìn)可靠的分析方法，具有較大的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：三維掃描技術(shù) ?點(diǎn)云數(shù)據(jù) ?PDMS ?建造安裝

中圖分類(lèi)號(hào)：TE4;TN249 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）07（b）-0071-03

Abstract： This paper briefly introduces the application of 3D laser scanning technology combined with PDMS software using for construction and erection phase of nuclear project， including site measurement， importing cloud points into 3D design PDMS software and analyzing the transportation and introduction of main equipment， checking the conformity for deviation of piping， HVAC， cable trays in design model. A advanced and reliable method is provide to identify the risk and solve them in advance， which has a huge advantage.

Key Words： 3D laser scanning; Cloud point data; PDMS; Construction and erection

三維激光掃描技術(shù)作為一種高速度、高精度獲取被測(cè)物體表面的三維坐標(biāo)的新技術(shù)，近年來(lái)有著長(zhǎng)足的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。三維激光掃描技術(shù)克服了傳統(tǒng)單點(diǎn)測(cè)量的局限性，將物體立體信息轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)據(jù)，三維激光掃描技術(shù)被稱(chēng)為“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”，已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、建筑、地形勘探、石油化工等行業(yè)。利用三維激光掃描儀的掃描結(jié)果（點(diǎn)云數(shù)據(jù)）和設(shè)計(jì)建模軟件PDMS相結(jié)合，可以針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境與設(shè)計(jì)模擬環(huán)境進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)核電項(xiàng)目建造安裝期間的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境與設(shè)計(jì)模擬環(huán)境之間的差別，提前識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)并及時(shí)制定處理措施，尤其對(duì)于保證項(xiàng)目關(guān)鍵設(shè)備及關(guān)鍵里程碑有重要的支持作用。本文主要簡(jiǎn)述在核電項(xiàng)目中如何利用三維激光掃描技術(shù)與設(shè)計(jì)建模軟件PDMS相結(jié)合針對(duì)建造安裝期間的應(yīng)用方法。

1 ?三維激光掃描儀

三維激光掃描儀采用非接觸式高速激光測(cè)量方式，以點(diǎn)云形式獲取地形及復(fù)雜物體三維表面的陣列式幾何圖形數(shù)據(jù)，激光掃描儀本身主要包括激光測(cè)距系統(tǒng)和激光掃描系統(tǒng)，同時(shí)也集成儀器內(nèi)部控制和校正系統(tǒng)等。其具備便攜，掃描速度快，可隨意調(diào)節(jié)測(cè)量姿勢(shì)，大景深，測(cè)量范圍大，測(cè)量精度高，分布非常規(guī)則，自動(dòng)拼接等特點(diǎn)。

三維激光掃描儀按照測(cè)量方式可以分為脈沖式和相位差式，脈沖式掃描儀掃描速度可達(dá)到50000點(diǎn)/s，相位式掃描儀最高速度可達(dá)到120萬(wàn)點(diǎn)/s。如果按用途可分為為室內(nèi)型和室外型，也就是長(zhǎng)距離和短距離的不同。一般基于相位差原理的三維激光掃描儀測(cè)程較短，只有百米左右，而基于脈沖式原理的三維激光掃描儀測(cè)程較長(zhǎng)，測(cè)程最遠(yuǎn)的可達(dá)6km。目前市面上常用的三維激光掃描儀包括：德國(guó)Z+F，美國(guó)Surphaser，澳大利亞I-site，奧地利Riegl，瑞士徠卡等。

2 ?三維設(shè)計(jì)軟件PDMS

PDMS是三維工廠設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)（Plant Design Management System）的簡(jiǎn)稱(chēng)，是以網(wǎng)絡(luò)為支撐，以數(shù)據(jù)為核心的大型三維工程設(shè)計(jì)軟件。目前國(guó)內(nèi)外大量核電項(xiàng)目三維設(shè)計(jì)采用PDMS設(shè)計(jì)平臺(tái)，在設(shè)計(jì)階段通過(guò)三維軟件建立包括土建、鋼結(jié)構(gòu)、管道、通風(fēng)、橋架、設(shè)備、支架等物項(xiàng)模型，通過(guò)PDMS三維設(shè)計(jì)軟件模擬現(xiàn)場(chǎng)情況，有利于不同專(zhuān)業(yè)和不同單位之間的協(xié)調(diào)工作，也有利于現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題在辦公室內(nèi)提早發(fā)現(xiàn)和解決。

3 ?掃描數(shù)據(jù)和PDMS相結(jié)合支持建造安裝工作

核電項(xiàng)目建造安裝工作環(huán)境往往復(fù)雜多變，且因?yàn)樵O(shè)計(jì)精度要求高，現(xiàn)場(chǎng)往往存在一些建造和安裝的不符合項(xiàng)，造成實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境與三維設(shè)計(jì)模型中的環(huán)境條件不一致的情況，例如設(shè)備制造期間與設(shè)計(jì)圖紙的不符合以及便于運(yùn)輸?shù)仍黾拥呐R時(shí)部件，土建和安裝階段的孔洞、預(yù)埋件等物項(xiàng)的施工偏差。有些偏差往往無(wú)法及時(shí)反饋在設(shè)計(jì)模型中，造成設(shè)計(jì)人員使用的設(shè)計(jì)模型環(huán)境與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境不一致，因此建造安裝工作的部分隱患和風(fēng)險(xiǎn)無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)。通過(guò)使用三維激光掃描技術(shù)與設(shè)計(jì)軟件PDMS相結(jié)合的方法，保證設(shè)計(jì)模型能夠及時(shí)獲取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境條件，可以有效地提前識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)并制定相應(yīng)的解決措施，尤其是對(duì)于重要設(shè)備引入和關(guān)鍵里程碑節(jié)點(diǎn)前開(kāi)展預(yù)演和風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別有重大意義。

經(jīng)過(guò)三維激光掃描儀處理的數(shù)據(jù)可以分為：激光掃描點(diǎn)云，激光掃描點(diǎn)云+物理模型，激光掃描點(diǎn)云+智能模型。三類(lèi)數(shù)據(jù)的主要特點(diǎn)及對(duì)比情況可以參見(jiàn)表1：三維激光掃描數(shù)據(jù)模式。

以某核電廠安裝建造期間實(shí)際應(yīng)用情況為例，該機(jī)組從設(shè)計(jì)到施工階段均采用電廠三維設(shè)計(jì)軟件（PDMS）先模擬后施工，PDMS利用安裝前的設(shè)計(jì)圖紙正向建模，但安裝過(guò)程中會(huì)對(duì)圖紙進(jìn)行修改，導(dǎo)致PDMS模型與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境存在較大差異。因此，需要對(duì)PDMS模型與現(xiàn)場(chǎng)掃描所得點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行精度分析，并修正精度相差較大的區(qū)域。通過(guò)使用三維激光掃描技術(shù)有效地提前識(shí)別和解決了大量風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用情況，總結(jié)主要工作項(xiàng)和工作流程如表2：三維激光掃描典型工作流程所示，此工作流程可以根據(jù)不同項(xiàng)目的要求和情況進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。同時(shí)，通過(guò)將三維激光掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入到PDMS模型中對(duì)比設(shè)計(jì)環(huán)境和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的使用效果案例可以參見(jiàn)圖1：三維激光掃描數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)模型開(kāi)展碰撞檢查，通過(guò)對(duì)比非常直觀地發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)安裝與設(shè)計(jì)的偏差并及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能引起的其他潛在問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，便于提前處理，提高現(xiàn)場(chǎng)施工的可建造性，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度和成本均有益處。

4 ?結(jié)語(yǔ)

伴隨三維激光掃描技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，三維激光掃描技術(shù)在核電廠建造安裝期間應(yīng)用具有顯著技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可以通過(guò)將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)與PDMS三維設(shè)計(jì)環(huán)境進(jìn)行對(duì)比分析，及早識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題并進(jìn)行處理，該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用也將成為一種應(yīng)用趨勢(shì)。

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