复杂钢结构外表面二次曲面设计及精准安装定位

复杂钢结构外表面二次曲面设计及精准安装定位

施测方案

二0一七年

目录

一、工程概况

二、总体方案

方案实施/ 施测设备/ 团队组织

三、施工控制网布设

总体思路/ 施测流程

四、钢结构外表面点云数据获取

外业步骤/ 外业操作原则/ 扫描线路设计

五、模型生成与曲面圆滑设计

六、安装(次檩条)定位数据的生成

七、安装(次檩条)定位的精准放样施工

附表：次檩条安装定位坐标表

一、工程概况

温泉大棚项目属于六曲河镇镇区附近，经度：104.71°纬度：27.23°。温泉大棚幕墙工程包含玻璃幕墙、铝单板幕墙、门厅雨蓬等。整个项目外围建筑轮廓为光滑的椭圆形，造型特殊。

图1 项目渲染效果图

二、总体方案

本钢结构建筑外观为仿花生壳异形结构造形，钢结构制作变形会造成大的安装误差，导致按设计下料的幕墙难以准确安装；异形结构测量定位误差过大会导致结构安装准确度差，形成大的偏差，造成安装完成的建筑外观变形。基于此，设计本方案。

【方案实施】

利用三维扫描技术将复杂的建筑结构三维信息记录下来，经过点云数据处理生成三维模型，通过点位修正平滑曲面，更新原有模型，生成新的建筑模型；

通过高精度全站仪测设实地定位坐标，将实地数据和模型量测数据比对进行精度优化，生成檩条安装定位数据，据此数据指导钢结构安装，同时控制玻璃幕墙材料按实际结构尺寸下料，节省成本，从而保证玻璃幕墙安装的准确性。

图2 项目实施流程133********

【施测设备】

1)3D激光扫描测量系统及点云数据处理及设计软件

图3-1 三维激光扫描系统采集数据

2)高精度全站型电子速测仪

图3-2 高精度全站仪指导安装的精准定位【团队组织】

团队由四人组成，四人团队与项目施工团队有机配合，架构如下：

图4 团队组织结构图

三、施工控制布设

【总体思路】

按照施工要求，项目进展顺利，主体框架已经构建完成，目前到了上部结构细部安装环节，为了更好的达到后期施工工艺效果，项目部决定对现有的主体框架进行模型重建，然后利用精密测量仪器对优化后的主体框架细部进行放样，以达到高精度的定位控制。

【施测流程】

目前钢结构主体工程已经完工，下一步进入到玻璃幕墙安装的前序工程，为准确的指导次檩条和玻璃幕墙的精准安装，本着“先整体，后局部；先控制后碎部”施测原则，首先在施工区外围布设三维坐标控制网，形成独立工程坐标系。

图5 施工工区实景图

为了达到施工放样的坐标和现有框架的坐标统一，我们在对现有框架进行模型重建的时候引入独立工程坐标系，前期我们总共布设了三个施工控制点（如图5），可根据项目需要进行增加或布设支点。

图6 施工控制网图

图6中点位是模型重建时利用到的施工放样点，在重建模型的统一到独立工程坐标系。

四、钢结构外表面点云数据获取

【外业步骤】

图7 外业操作步骤

【外业操作原则】：

1.设站原则：

观察被扫描物体的结构以及扫描物体大小；

确定扫描起始位置以及以后各站扫描大概位置。

2.标靶摆放原则：

不能一条直线上；

扫描前进方向尽量稳定，与测站距离合理。

【扫描线路设计】

根据现场情况合理布设每一站位置，规划扫描仪走向，做到被测物体没有死角。（注：下图是地扫描线路图，圆形为测站位置，箭头指示方向为扫描仪测量走。）

图8 三维扫描线路图

五、模型生成与曲面圆滑设计

经过软件（配套或第三方，如Z+F LaserControl）拼接处理后的点云数据可以直接导入BIM相关软件，如Revit（注：Revit是我国建筑业BIM体系中使用最广泛的软件）。

图9-1 拼接处理点云数据

导入点云之后通过插件，拟合桁架、主檩条等功能，快速准确的构建出建筑的外表皮模型，可提取分区的局部外表面模型；BIM体系是一套较为严紧的建筑体系，那么根据点云的拟合出来的模型避免因人为过多的干预造成二次精度损失，从而提升建模速率以及精度，之后建立适当的改造方案；

图9-2 拟合更新模型

六、安装(次檩条)定位数据的生成

通过对主檩条结构外表皮封闭曲面模型优化处理后的模型，与现有的主体框架结构之间对比量测偏差。

图10 局部外表面模型

图10 -1 侧视图：

图10 -2 俯视图：

采取俯视和侧视生成断面，量测断面上的偏差，即为次檩条安装定位点在平面和高程上的改正值。

七、安装(次檩条)定位的精准放样施工

对结构上已经安装完成主檩条分别进行编号，如下图；

图10-1 主檩条编号

图10-2 次檩条安装定位偏移值

通过前述测量工作获取次檩条与主檩条交点的坐标，对交点进行编号，并将所有交点进行制表（附表），依据编制好的节点坐标表指导次檩条定位施工，做到有条不紊，保证放样的精准性。

基于前述次檩条安装的节点坐标表，采用高精度的全站仪对节点位置进行精密放样，以保证后续细部安装能精准按照重构之后的模型进行定位施工。

附表：次檩条安装定位坐标表