三维激光扫描技术在建筑工程施工变形监测中的应用

摘要：我国建筑行业最近几年随着我国经济建设的快速发展而发展非常迅速，很多高新技术运用其中，使其自身发展更为迅速。随着我国建筑技术及建筑市场的发展，建筑体量不断增大，高层建筑不断增多，基坑工程开挖深度不断增加，在这种情况下，由于受到种种因素的影响，具体的施工过程中，变形问题在工程项目中很容易发生，如果发生变形，就会降低工程质量，还可能引发各种工程安全事故。因此，必须要加强对建筑工程施工变形的监测和控制，及时采取有效措施，以更好地提高建筑工程施工质量与安全性。

关键词：三维激光扫描技术；建筑工程施工变形监测；应用 引言

时代的进步，科技的发展带动我国快速进入现代化科学技术发展阶段。三维激光扫描技术是一项通过非接触式高速激光扫描测量，以阵列式点云的形式获取物体表面三维空间数据的新技术，在工程测量、城乡规划、古建筑保护等领域得到了广泛的应用。 1三维激光扫描技术概述

作为一种新兴测量技术，三维激光扫描技术是在20世纪90年代诞生的。其通过非接触测量主动、真实地描述扫描对象的整体结构及形态特征，并快速生成精准的三维数据模型，可有效避免点数据分析造成的片面性问题，因而被称为“实景复制”技术。三维激光扫描技术改变了传统的三维数据采集与处理方法，为空间数据的获取与逆向工程提供了新方法，同时，因其对环境的适应性强，也为建筑工程项目测量与勘察提供了更快捷的技术支持，是测绘领域又一次技术革命。鉴于其显著的优势，人们逐渐将其引入到变形监测领域，如监测建筑物变形情况，监测海底隧道和地铁隧道的施工变形，监测桥梁和滑坡的变形等。在建筑施工中进行变形监测，就是利用三维激光扫描技术，来对基坑围护结构在水平和垂直方向的位移进行有效监测，同时还能监测基坑周围建筑物倾斜情况以及和道路沉降情况等，以便对施工中的建筑工程安全状态进行实时控制，避免发生施工安全事故。三维激光扫描技术监测工程变形的方法主要有两种，即异地控制法和TSP控制法。异地控制法就是在建筑工程项目基坑开挖影响范围外，选择合适的地点设置控制点，然后进行监测，将不同期的点云进行配准，再利用拼接和转站，将基坑点云和控制点点云统一到同一坐标系中，不用使用全站仪或GPS就可独立完成变形监测工作。TSP控制法主要是借助扫描仪内部的倾角仪传感器进行监测，需要应用全站仪，具有较高的监测精度，控制点布置自由，对开挖深度较深的基坑非常适用。 2简要概述三维激光扫描技术的实际优势

三维激光扫描技术大致有以下几点实际优势。首先，三维激光扫描技术可以高精准地测量出施工建筑的各项数据。三维激光扫描技术还可以有效提高变形监测的效率。传统的测量方法人们往往都是在顶上工程尚未开始前，便通过人工测量的方式对工程项目的相关数据开始进行测量。然而，这种方式不但会在测量中产生一些误差，还会耗费大量的时间以及人力物力。三维激光扫描技术仅仅需要在工程施工完成后对其进行测量，便可以轻松、方便得到高精准的相关数据。

3三维激光扫描技术在建筑工程施工变形监测中的应用 3.1三维激光扫描技术的精确度指标

三维激光扫描技术的精确度指标是衡量其测量数据精准性的相关指标，其指标内容大致包括以下几方面。首先是扫描电绝对位置精度指标；其次还有相对位置精度指标。绝对位置精度指标主要是衡量测量中的三维坐标误差以及平面坐标误差等相关数据的指标。而相对位置指标则主要是衡量高程位置精度以及空间位置精度的指标。 3.2基坑围护结构变形监测

选择某建筑工程项目的基坑作为监测实例，基坑东西长80m，南北宽40m，开挖深度为15m，支护方式采用的是单排桩进行支护，基坑内部采用环形支撑方式。采用异地控制法进行监测，具体如下。先要对控制点进行选择，在距离基坑45m处，选择稳定位置设置三个控制点，控制点相邻两站要确保都能达到通视的程度，然后，按先后顺序进行扫描。完成扫描后，再在基坑环形支撑上架设扫描仪，来扫描基坑内部。完成扫描后，将三站点云传导到SCENE中，然后对其进行处理，使之去噪，同时还要进行滤波和拼接操作，就可获得扫描成果。对点云进行拼接，再导入至3DReshaper中，建立三维模型，利用三个控制点进行坐标配准，就可得到基坑的整体变形。然后，单独提取基坑MN方向的支护结构，只对沿Y轴方向的变形进行保留。调整色阶，就可将各种变形用颜色表示出来。从图中可以看出，基坑整体没有出现变形或者变形轻微。结合工地实际情况，显示红色和黄色区域，根据现场考察，是部分基坑表面的浮土，以及部分还没运走的建筑材料。基坑底部有部分显示红色，为正在进行施工的部分，不是变形。见图1所示。基坑MN边支护结构在Y轴方向上出现了毫米级的位移，表明支护结构整体发生了位移，位移方向是向基坑内位移，但位移程度较小，可忽略不计。

图1?基坑的整体变形情况 3.3点云投影与顶梁交线绘制

将分割和去噪后的点云数据导入处理软件中，切换至顶部浏览模式，并进行二维锁定，对顶梁顶部点云数据进行投影，由于顶梁交线点云较为清晰，而衡量中心位置难以确定，因此，根据点云轮廓使用折线绘制工具，在二维平面上绘制横梁交线。根据点云数据绘制交线，点云数据带有坐标，因此每条交线都带有坐标。将交线导出，另存为．dwg格式，将．dwg文件导入CAD软件中，连接交线，形成横梁完整的线画图。顶梁宽度为10cm，导入CAD中为顶梁交线线画图，因此，需要在外轮廓线不变的情况下，让整体顶梁交线向上平移5cm，以获取所有顶梁中心线线画图。 3.4成果质量检核

绘制完成的建筑立面图，需要进行仔细的检核，检核内容主要有建筑要素完备性和要素精度，检核的方法有内业检核和外业检核。内业检核可利用点云及各立面照片进行，也可借助街景地图进行检核。外业检核可采用测距仪、皮尺、全站仪等进行检核。其中建筑的总长、总宽等要素建议全部进行复核，避免较大误差的出现，实现总体控制。 3.5基坑周边建筑物倾斜监测

本建筑工程项目周边存在高层建筑物，拼接和配准两期点云，采用两点法和法向量法，对周边建筑物进行分析，判断其倾斜情况。鉴于建筑物有较多的窗户，故此先重新定义和配准了两期建筑物的点云，将坐标系Z轴垂直向上，Y轴与第一期墙面向里进行垂直，按照从

右向左的方向和顺序，提出10组墙面，对其进行倾斜分析。结果显示，两点法获得的最大倾斜率为0.752，法向量法获得的最大倾斜率为0.752，全都小于倾斜预警值3，符合标准要求，这表明建筑的倾斜变形是微小的。 结语

综上所述，三维激光扫描技术优势显著，还能节省人力、物力、财力等资源，具有很高的工程应用价值，在建筑工程领域的应用日渐广泛。建筑施工单位在建筑工程施工中，应重视和加强三维激光扫描技术的应用，以确保建筑工程项目施工安全开展，提高工程项目效益。 参考文献：

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