[发明专利]基于3D扫描的超高层建筑施工偏差数字化检验系统及方法

权利要求书

1.一种基于3D扫描的超高层建筑施工偏差数字化检验系统，其特征在于，包括：

3D激光扫描子系统，用于扫描获取超高层建筑结构的点云数据；

施工偏差数字化检验子系统，用于对扫描获取到的点云数据进行处理得到3D扫描模型，对设计模型进行数字化处理，以及进行3D扫描模型与数字化后的设计模型的偏差分析，得到超高层建筑施工进度、位置和尺寸偏差的检验评估；

其中，所述3D激光扫描子系统包括：

3D激光扫描仪组，用于扫描获取施工中超高层建筑主体部分、局部结构和标靶集点云数据；

GNSS，用于供3D激光扫描仪组的定位测量及辅助超高层建筑局部结构扫描测量；

控制点集，用于作为3D激光扫描仪组、GNSS的位置参考点，以及超高层建筑扫描测量的参考点，并且辅助所述点云数据配准、坐标转化和扫描模型装配；

无线通信模块，用于扫描测量控制的数据通信传输；

计算机与服务器，用于通过所述无线通信模块控制3D激光扫描仪组的扫描测量以及扫描数据的分析；

所述3D激光扫描仪组包括3台主控扫描仪和1台辅助扫描仪，分别用于超高层建筑主体和局部结构的扫描测量，得到超高层建筑主体和局部结构的点云数据；

所述GNSS包括2台GNSS基准接收机和2台GNSS流动接收机；

所述控制点集包括主控扫描仪位置控制点，GNSS基准接收机位置控制点和标靶集，其中，所述主控扫描仪位置控制点作为所述主控扫描仪位置参考点，所述GNSS基准接收机位置控制点作为所述GNSS基准接收机位置参考点，标靶集作为超高层建筑扫描测量的参考点；

所述施工偏差数字化检验子系统包括：

设计模型及场景3D数字化模块，用于根据超高层建筑的CAD设计图纸建立结构及场景3D参考数字模型并生成建造过程的虚拟仿真，根据超结构及场景3D参考数字模型和建造过程的虚拟仿真生成计划工况下3D设计模型和当前施工工况下的3D设计模型；

3D激光扫描数据处理模块，用于对超高层建筑的主体和局部结构的点云数据进行处理，包括降噪、修补、优化、点云数据配准、坐标转化和模型装配，得到完整的点云数据模型；

扫描数据3D数字化模块，用于根据完整的点云数据模型建立当前施工工况下的超高层建筑完整3D几何模型；

数据储存传输模块，用于对超高层建筑完整3D几何模型进行储存和传输；

施工进度偏差检验模块，用于对当前施工工况下的超高层建筑3D几何模型与计划工况下3D设计模型对比分析，检验施工进度偏差；

施工位置偏差检验模块，用于对当前施工工况下的超高层建筑3D几何模型的轴线与对应的3D设计模型的轴线对比分析，检验常规测量误差及结构位置偏差，对偏差超过允许范围的构件进行标记显示；

施工几何尺寸偏差检验模块，用于对当前施工工况下的超高层建筑3D几何模型的表面与对应的3D设计模型的表面对比分析，检验施工尺寸偏差，对偏差超过允许范围的位置进行标记显示；

施工变形监测模块，用于对当前施工工况下的超高层建筑3D几何模型的表面与前期施工工况下的超高层建筑3D几何模型的表面对比分析，得到施工期建筑结构3D变形云图；

3D数字化显示及输出模块，用于根据施工进度偏差、常规测量误差、结构位置偏差、施工尺寸偏差和施工期建筑结构3D变形云图，进行施工进度、位置和几何偏差的3D可视化显示，并在施工完毕后输出超高层建筑竣工验收和运营维修3D数字模型。

2.一种基于3D扫描的超高层建筑施工偏差数字化检验方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的3D扫描的超高层建筑施工偏差数字化检验系统，所述方法包括：

采用施工偏差数字化检验子系统对设计模型进行数字化处理；

采用3D激光扫描子系统扫描获取超高层建筑结构的点云数据；

采用所述施工偏差数字化检验子系统对扫描获取到的点云数据进行处理得到3D扫描模型；

采用施工偏差数字化检验子系统进行3D扫描模型与数字化后的设计模型的偏差分析，得到超高层建筑施工进度、位置和尺寸偏差的检验评估；

其中，采用施工偏差数字化检验子系统对设计模型进行数字化处理，包括：

采用设计模型及场景3D数字化模块，根据超高层建筑CAD设计图纸建立结构及场景3D参考数字模型并生成建造过程的虚拟仿真；

根据结构及场景3D参考数字模型和建造过程的虚拟仿真，设置计划工况下3D设计模型和当前施工工况下对应的3D参考数字模型；

采用3D激光扫描子系统扫描获取超高层建筑结构的点云数据，包括：

布设控制点集，包括：布设主控扫描仪位置控制点及GNSS基准接收机位置控制点，根据超高层建筑情况确定标靶的数量，确定标靶的数量后布设标靶集并编号，保证主控扫描仪视觉范围内的标靶集中的各标靶通视；

架设3D激光扫描仪组和GNSS，包括：根据主控扫描仪位置控制点和GNSS基准接收机位置控制点分别架设主控扫描仪和GNSS基准接收机；

基于无线通信模块，采用计算机与服务器控制主控扫描仪和GNSS流动接收机，进行超高层建筑的主体结构和标靶集的扫描作业；

随超高层建筑施工高度增加，所述计算机与服务器判断扫描范围是否超过主控扫描仪的测量范围，若超过测量范围，控制辅助扫描仪和GNSS流动接收机，进行超高层建筑的局部结构、标靶集和超范围主体结构的扫描作业；其中，GNSS流动接收机布设于作业面待测量位置，辅助扫描仪布设于作业面的施工平台，其控制点位置由GNSS流动接收机测得；

采用施工偏差数字化检验子系统对扫描获取到的点云数据进行处理得到3D扫描模型，包括：

采用3D激光扫描数据处理模块对超高层建筑的主体和局部结构的点云数据进行处理，依次进行点云数据的降噪、修补、优化、点云数据配准、坐标转化和模型装配，得到完整的点云数据模型；

根据完整的点云数据模型，采用扫描数据3D数字化模块建立当前施工工况下的超高层建筑的完整3D几何模型；

采用施工偏差数字化检验子系统进行3D扫描模型与数字化后的设计模型的偏差分析，得到超高层建筑施工进度、位置和尺寸偏差的检验评估，包括：

采用施工进度偏差检验模块对当前施工工况下的超高层建筑3D几何模型与计划工况下3D设计模型对比分析，检验施工进度偏差；

采用施工位置偏差检验模块对当前施工工况下的超高层建筑3D几何模型的轴线与对应的3D设计模型的轴线对比分析，检验常规测量误差及结构位置偏差，对偏差超过允许范围的构件进行标记显示；

施工几何尺寸偏差检验模块对当前施工工况下的超高层建筑3D几何模型的表面与对应的3D设计模型的表面对比分析，检验施工尺寸偏差，对偏差超过允许范围的位置进行标记显示；

采用施工变形监测模块对当前施工工况下的超高层建筑3D几何模型的表面与前期施工工况下的超高层建筑3D几何模型的表面对比分析，得到施工期建筑结构3D变形云图；

采用数据储存传输模块对超高层建筑完整3D几何模型进行储存和传输；

采用3D数字化显示及输出模块根据施工进度偏差、常规测量误差、结构位置偏差、施工尺寸偏差和施工期建筑结构3D变形云图，进行施工进度、位置和几何偏差的3D可视化显示；

施工完毕后，采用扫描数据3D数字化模块根据施工进度偏差、常规测量误差、结构位置偏差、施工尺寸偏差和施工期建筑结构3D变形云图，建立3D扫描数字模型，并采用3D数字化显示及输出模块根据施工进度偏差、常规测量误差、结构位置偏差、施工尺寸偏差和施工期建筑结构3D变形云图，输出超高层建筑竣工验收和运营维修3D数字模型。