三维激光检测系统在房屋结构安全鉴定检测中的应用分析

梁智峰

摘 要 本文以利用三维激光检测系统获取房屋指标参数的扫描方法，对房屋构件进行鉴定检测，并将鉴定检测的房屋构件的位置及其鉴定结果标记在点云数据中;导入CAD中生成房屋建筑图，获取房屋整体指标的几何参数。通过三维激光扫描检测系统代替人工测量方式，提高检测效率和检测精度。

关键词 三维激光检测系统;指标参数;鉴定检测

引言

随着我国城市建设的快速发展、既有房屋的保有量逐年增加，住房制度改革后的房屋产权多元化，老旧房屋结构构件、设备设施的老化加剧，房屋使用过程中的违规行为和遭受自然灾害或火灾等突发事故的侵袭等诸多因素导致社会大众对房屋安全的重要性日益重视。但现阶段房屋安全性鉴定工作使用的技术方法还相对比落后，检测工作量大和人员成本高，本文将介绍一种通过利用三维激光检测系统对被检房屋进行扫描，使用获取房屋整体指标的几何参数进行鉴定的新检测方法来解决以上的问题。

1背景技术

目前，在结构鉴定中，要收集建筑的勘察报告、施工和竣工验收的相关资料;当资料不全时，应根据鉴定需要进行补充实测。在现场检测建筑物结构的情况时，使用手持式激光测距仪和钢卷尺对主要轴网尺寸、各层净高和构件截面尺寸进行测量。

但是，现有的测量方法存在以下缺陷：

（1）人工测量工作反复且误差较大，数据后期处理烦琐，效率低下，无法满足建筑发展智能化的趋势;

（2）采用传统测量方法，大量的不确定信息和因素，与结构的几何特性和人为因素有关，检测数据具有不确定性[1]。

2技术原理及操作程序

三维激光扫描技术利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。检测的过程是在房屋适当位置架設站点，将扫描仪整平地设立在站点的固定脚架上;在扫描仪的周边摆设反射标靶，调整反射标靶的靶心位置，让其与扫描仪的光轴平行;对扫描仪的扫描参数进行初始化设置后启动扫描仪对房屋结构进行扫描;采集每个反射标靶的高程坐标，通过多个反射标靶的高程坐标进行站点拼接，并对扫描仪的坐标系转换为相匹配的工程坐标系中形成点云数据;对房屋构件进行鉴定检测，并将鉴定检测的房屋构件的位置及其鉴定结果标记在点云数据中;导入CAD中生成房屋平面图，获取房屋整体指标的几何参数[2]。

3技术特点

（1）在设置反射标靶时，扫描仪与反射标靶之间距离5～10米，反射标靶正对扫描仪，可通过反射标靶的高程坐标扭转扫描仪的坐标系，使之形成相匹配的工程坐标系。另外，对于反射标靶的数量宜设置为3～5个，反射标靶的数量越多，转换坐标精度越高，标靶正对仪器，用于转换大地坐标和站点拼接。此外，也可通过无标靶的方式进行站点拼接，无标靶则依靠站点间扫描到的相同数据。

（2）三维激光扫描仪的参数可通过仪器主机或电脑上对扫描的分辨率、测程、颜色获取及其扫描角度进行设置。扫描角度默认为水平角360°与垂直角60°～320°;分辨率为垂直与水平角的角度分辨率，可理解为单束激光之间的夹角角度，在不同半径的点云密度值。不同的成果需求可设置不同的分辨率，点云的最高密度值可达零点几个毫米;测程则为以仪器主机为中心的扫描半径，测程可从1.5米至6000米不等;颜色获取则是为扫描点云添加RGB色值，点云本身只具有反射率和振幅两种基本显示方式，有外置和内置相机（数码相机），就可以在扫描完成之后，拍摄全景照片，将其赋予在点云上，使点云数据更直观[3]。

（3）采集每个反射标靶的高程坐标，通过多个反射标靶的高程坐标进行站点拼接，并对扫描仪的坐标系转换为相匹配的工程坐标系中形成点云数据;三维激光扫描仪对现场建筑物环境进行扫描后，通过RTK或GPS技术获取标靶靶心的高程坐标，通过标靶扭转扫描仪的坐标系，使之匹配到工程坐标系中。

（4）根据房屋的结构特点与现场检测条件，对现场对建筑物损伤情况进行检测，根据现场检测条件，对建筑物损伤情况进行了全面检测，建筑物墙面是否有细微裂缝和粉刷剥落、墙体开裂等现象。再将获得的混凝土强度构件信息、不均匀沉降信息、整体倾斜情况和建筑物损伤情况等数据均标记在点云数据中。

（5）点云数据导入CAD软件中生成结构平面图，获取房屋整体指标的几何参数。通过Autodesk recap插件，将GB级容量的点云数据转换成KB级容量的RCS数据，导入CAD软件进行处理，在结构平面图生成后，如有建筑物原有建筑结构的设计图纸，将结构平面图结合设计图纸对结构平面图进行轴线尺寸、楼层层高、主要结构构件截面尺寸等信息的复核。

与现有技术相比，该三维扫描检测仪建立了建筑物二维平面图，解决人工测量工作反复且误差大的问题，同时可更好地与图纸进行复核，在无图纸的条件下，利用三维扫描仪建立房屋的二维平面图，更符合现场建筑物实际，能增加数据后期处理烦琐、效率低下的问题。且建筑物不均匀沉降、整体倾斜情况和建筑物受损情况可进一步直观地反映在建筑物点云数据中及结构平面图中，更加全面的了解房屋整体指标的几何参数。

4技术局限性

由于激光都不具备穿透性，不免在复杂环境中会造成数据缺失。因此当扫描后生成的建筑物现场信息数据如有缺失，还需及时补充测量，以保证建筑物现场信息数据的完整性，其中建筑物现场信息包括主要轴线尺寸、楼层层高、建筑分割、门窗、洞口位置、结构布置、混凝土构件截面尺寸等。即在数据缺失的建筑物区域重新摆设站点，利用三维激光扫描仪对该建筑物区域进行重新扫描处理。所以当扫描所生成的点云数据中缺少建筑物现场信息的局部数据时，则在数据缺失的建筑物区域重新摆设站点，利用扫描仪对该建筑物区域进行补充测量[4]。

5结束语

利用三维激光扫描仪对传统实测实量改进及采用国际先进技术、仪器等手段极大提高测量的精准度及数据应用，具有增进效率、提高质量、电子存档的主要特点，符合当前结构鉴定发展趋势，并对于结构鉴定行业鉴定质量的提高具有极大的推广研究性作用。

参考文献

[1] JGJ8-2016.建筑变形测量规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.

[2] GB50292-2015.民用建筑可靠性鉴定标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2015.

[3] CH/T2009-2010.全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范[S].北京：北京测绘出版社，2010.

[4] CH/T1021-2010.高程控制测量成果质量检验技术规程[S].北京：北京测绘出版社，2011.