摄像测量在建筑物爆破拆除力学分析应用

刘 源

（保利新联爆破工程集团有限公司 贵州贵阳 550000）

1 引言

近年来，社会经济的迅猛发展，部分建筑物已经面临破旧等问题而急需被拆除。爆破拆除方式成为目前最主要的拆除方式之一，研究人员对建筑物在爆破拆除过程中的力学分析进行了大量的研究。在拆除坍塌的过程中，建筑物的各组成构件的位移变化数据、速度数据以及加速度动态数据等作为力学研究、工程总结以及计算机模拟计算的关键数据，如何获取这些关键数据成为目前的研究热点。而随着摄像机以及计算机等科学工具的发展，摄像测量通过采集建筑物爆破拆除过程中符合工程精度的图像以及记录建筑物拆除过程的图像，用来后期计算机辅助模拟建筑物的整体爆破拆除的过程。通过摄像测量技术监控整个建筑物坍塌过程，完整地记录建筑物各主要构件的空间位移变化，获得构件在坍塌过程中完整的位移、速度以及加速度数据，从而更科学且有效地进行建筑物爆破拆除过程中的力学研究。

2 摄像测量在建筑物爆破拆除中的简要介绍

摄像测量作为新兴的一项测量技术手段，其融合了传统的测量学、光学测量以及计算机视觉图像处理技术等众多学科技术，通过利用高速摄像机以及照相机对动态或者静态目标进行摄像而获得实时的图像，在利用计算机视觉图像处理技术对目标建筑物进行模拟分析，从而获取相应的位移变化以及速度变化等数据。该方法具有操作简便、独特的高精度以及实时动态测量等特点，广泛应用于航空航天、环境检测以及建筑拆除等领域。

摄像测量在建筑爆破拆除中，采集实时、动态的图像，构建出建筑物在整个爆破过程中的实时坍塌变化，也就是利用二维空间图像记录建筑物在爆破拆除过程中整个位移变化。再利用现代化的计算机图像解析技术将建筑物拆除过程中的二维图像进一步模拟转化成三维建筑空间变化，从而还原真实的空间位移变化[1]。最后，结合后专业的数据后处理手段，利用建筑物爆破拆除过程中实时的三维空间变化，研究分析出爆破过程中的力学数据与机理，对爆破结果进行科学合理的总结，从而总结出科学的实践数据，为以后的类似工程提供科学依据与力学研究理论。

3 摄像测量在建筑物爆破拆除力学分析应用

3.1 摄像测量系统

在建筑物的拆除中，摄像测量能够实时检测建筑构件的位移变化，其摄像测量系统包含摄像系统、图像处理以及摄像测量布置。

摄像系统通常是利用量测摄像机，其摄像机的各项数据都是已知的，包括内方位元素和框标等，并且其物镜的畸变特点小。而专业的量测摄像机价位较高，因此非量测摄像机价位相对普通，应用也较为广泛。非量测摄影机在应用时，能够在一定程度完整记录构件的位移变化，但在后续的图像处理相对于量测摄像机更加繁琐。在建筑物的爆破拆除中，利用高性能的量测摄像机对建筑构件的位移变化进行实时记录，采集相应的符合工程要求的图像，从而构建建筑物的二维运动[2]。

图像处理系统一般包括模拟法和解析法，在该过程利用图像处理系统对采集的图像进行模拟分析，能够得到建筑物的运动平面图、立体图以及物点运动位移等运动参数。二维平面图像，根据相应的测量理论，需要给定独立的5个空间参考点坐标，依据这空间坐标系能够建立空间变换矩阵，进一步地利用矩阵对采集的图像上的物点进行坐标确定，从而得到物点在爆破拆除中的运动数据，包括位移随时间的变化、速度的变化以及加速度、动能等。在摄像测量时，如摄像机的位置定位固定，采集的图像上的物点可以直接建立无方位坐标。通过研究分析上述数据，就能够科学地设计图片处理程序，对建筑物的力学状态进行分析。

摄影测量布置是对摄像的整体建筑物的关键点进行摄像布置，通过选择合适的位置安装摄像机，实时记录该关键点的动态变化，研究分析其形变所产生的原因，进而分析其产生形变的力学原因。因此，合适的摄影测量布置也是十分重要的。

3.2 摄像测量爆破拆除中常见构件的力学分析应用

在建筑物的常见构件中，爆破拆除倒塌过程中力学分析主要需要分析承重立柱和矩形悬臂梁的力学状态，而这些建筑构件的变化可以通过摄像测量对其在爆破过程中的状态进行采集，利用图像分析以及专业的数据处理来进行受理分析。

某工厂由于其自身发展的需要，将其中旧式建筑进行爆破拆除处理，通过摄像测量技术，对建筑物的承重立柱以及矩形悬臂梁在爆破过程中受力进行分析。该旧式建筑共有四排承重立柱，其在建筑物倒塌过程中第一排承重立柱首先坍塌而丧失承载强度，同时产生第一段爆破倾倒高度，使得建筑物在第一排立柱失去受力倒塌后出现足够的倾斜。相应的，第二排承重立柱发生同样的过程，产生第二段爆破倾倒高度，第三排承重立柱爆破后产生第三段爆破倾倒高度，第四排承重立柱爆破后产生第三段爆破倾倒高度，从而使建筑物发生定向爆破倾倒。这些过程都是事先准备的摄像机进行图像采集，在经过后期的专业数据处理均被模拟分析，为立柱的受力分析提供依据。矩形悬臂梁在第一排承重立柱爆破后，矩形悬梁臂承受的载荷来自于相关联的建筑构件的重量，先爆破的中心立柱对边梁还会产生力学作用，因此边梁同时还承受扭矩作用。承重立柱的箍筋受力分析可建立简要模型，将其模拟为两端固定杆发生横向弯曲。在建筑物的爆破拆除中，箍筋的受力主要是来源于爆炸应力波，以不耦合装填爆破炸药为例，箍筋上任意一点的应力波长公式可根据公式（1）计算[3]：

其中，ρ为爆破装药密度，D为炸药爆破速度，r为比距离，R为距爆心距，r1装药半径，r2炮孔半径，n为爆炸波冲击压力增大倍数（约为8～11），α为衰减指数，γ为泊松比。

在建筑物的爆破拆除中，承重立柱和矩形悬臂梁的受力分析，通过设置的摄像机采集的实时图像，后期模拟建立受力模型分析，可以科学地分析出装填炸药的爆破速度，比距离等位置信息，从而有效分析承重立柱和矩形悬臂梁的受力情况。

4 结论

通过对摄像测量原理的分析，结合工程实施数据，详细地分析了摄像测量技术在建筑物爆破拆除中的应用，能够从采集的实时数据来模拟构建建筑物构建的受力模型，从而分析其力学状态，为建筑物的爆破拆除提供可参考的方案。