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技术应用背景
三维激光扫描技术近年来得到了快速发展并扩展到诸多领域，逐渐成为了一种高效率的质量检测方式。在建造过程中，国外已有利用激光扫描对建造活动进行跟踪以及进行建筑尺寸质量控制的相关研究，一般的方法是获取设计模型和现场扫描的 3D 点云模型，对两者进行对比分析，以精细匹配并计算出建造过程中产生的误差。针对装配式建筑，研究包括预制混凝土板件加工尺寸的控制和钢筋位置的估算、预制构件平整度或缺陷评估以及预制构件中连接件安装定位的检查。利用激光扫描对装配式预制构件的生产过程进行质量控制，本文将聚焦模具的周转更换周期的研究与质量控制方法。
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应用概况
和融广场 B 区项目屋顶通风帽采用预制构件成品风帽，预制风帽分为三部分：预制底座、预制立柱、预制盖板，后期使用粘结剂拼装而成，如图所示。此次研究以风帽预制盖板作为对象，对其进行 Revit 实体模型建立，三维扫描预制盖板构件模具，对比分析模具的加工精度、质量是否满足生产要求，并在生产过程中周期性扫描监测模具的变形情况，测算模具周转更换周期。
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三维扫描仪的介绍
此次研究我们选用的是 FreeScan X3手持三维扫描仪，如图所示，其具有如下优势：
1）支持Win7X64位系统；
2）高便捷性：轻便手持式扫描，简单快捷；
3）高适用性：可适用于各种形状、颜色、材质的物体扫描，可在户外光线环境下扫描；
4）非接触式扫描：适合任何类型的物体，除可以覆盖接触式扫描的适用范围之外，可以用于对柔软、易碎物体的扫描及难于接触或不允许接触扫描的场合；
5）高实用性：操作简单，易学易用；
6）高扩展性：可与DIGMETRIC 摄影测量系统搭配进行超大型物件扫描；
7）高效率：扫描速率最高可达 240000 次/秒。
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三维扫描的工艺流程
4.1 组装设备
将三维扫描仪按要求与笔记本电脑连接，并插入设备秘钥，连接电源线，指示灯亮起表明连接无误。
4.2 三维扫描仪摄像机标定（校准）
摄像机的标定是得到三维世界中物体点的三维坐标与其图像上对应点的函数关系的过程，也就是校准过程，标定的精度是决定系统扫描精度的重要因素。本三维扫描仪采用平面标定板。平面标定板2个CCD 相机位置调整后，或经过长途运输，或使用过程中出现严重震动，都需要重新进行标定，以保证设备的精度，建议每次扫描前在扫描地进行重新标定。
4.3 张贴标志点扫描方式一共有两种分别为：点云扫描和框架扫描。测量一些大物体会采用框架扫描，最常用的是点云扫描，使用点云扫描就需要张贴标志点，需注意以下几个问题：
1）标志点要贴在物体平面区域或曲率变化小的曲面上；
2）标志点不能贴成一条线；
3）每相邻两次扫描之间的公共标志点至少为 3 个，标志点间距不小于 15cm。
4.4 对模具进行三维扫描运行 FreeScanV3软件，并新建项目，将手持扫描仪对准磨具上的标志点，识别后电脑屏幕会出现实时扫描后的点云模型，经过反复多次扫描后完成扫描步骤，进行初步封装后保存。
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数据对比分析
5.1 模具精度检测
数据对比分析流程：
1）BIM 技术人员使用 Revit 软件对风帽预制盖板进行实体建模，并导出SAT格式模型，运行 AutoCAD软件加载SAT格式模型，导出STL格式预制盖板实体模型为后期对比分析做准备；
2）使用Geomagic Studio软件将三维扫描后初步封装的模具模型进行优化处理，删除无用的点云，并进行二层封装，如图所示；
3）运行Geomagic Control X 软件，将 STL格式预制盖板实体模型与三维扫描的模具模型载入，对其进行“初步对齐”、“最佳拟合”等操作，并导出数据对比分析报告。
通过数据分析偏差表与3D对比偏差色谱图可以看出偏差最大的区域在模具的底部—底模，偏差为 1.4746mm，小于《装配式混凝土结构技术规程》JGJ1-2014 中 5.2.6 预制构件模具尺寸允许偏差的规定值（2mm）,故模具精度满足生产要求。
5.2 模具周转周期测算
我们周期性对模具进行三维扫描，分别将扫描后的模型与 Revit 预制盖板实体模型进行 3D 对比分析，发现形变逐渐变大区域为四周的边模。按照《装配式混凝土结构技术规程》JGJ1-2014 的规范要求进行计算，本构件边长为 1000mm,侧向弯曲变形允许偏差不应大于0.67mm 。
通过此次研究发现，预制风帽盖板四周边模更容易出现形变，且形变呈逐步增长趋势，本模具采用6mm钢板制作，极限周转次数为 105 次。
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总结
通过实验研究发现三维扫描技术是适用于装配式生产过程中对质量的纠偏修正，以及周转次数的测算，从生产源头对其质量进行把控，提高了预制构件的合格率，减少大量不合格产品的进入市场，避免施工风险的产生，同时可以按测算的周转次数按时订购生产模具，合理的按产量计算所需模具数量，更精准的计算生产成本，也为后续类似构件生产提供借鉴，为新材料模具的研究开发提供一种新思路。
（编辑：奚雅青）
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