高层房屋建筑安装工程质量可视化动态监测方法

宋 琦 徐庆腾

（1.济南市建设监理有限公司，山东 济南 250014；2. 济南正信置业有限公司，山东 济南 250014）

近年来，随着三维激光扫描技术的不断发展和进步，三维激光扫描技术越来越多的应用到生产实践领域，在逆向三维模型表面重建、工程质量检测、小范围快速地形图扫描等领域得到了广泛的应用。近年来我国新建了一大批的钢结构建筑物，如国家会议中心、鸟巢、国家体育馆等，在钢结构建筑的施工过程中，安装质量检测以及变形监测是其中的重要环节，快速正确评估钢架的拼接质量以及全面系统的掌握建筑物的变形趋势是施工安全、高效、高质量的需求。钢结构建筑的施工特点在于实现钢结构构件的对接安装，对接节点是构件间的焊接点与受力点，容易变形和扭曲[2]。

1 传统安装检测方法

以国家会议中心展览大厅安装工程为例，展览大厅的结构为双层平行析架体系，展览大厅的结构安装采用地面拼接、整体提升的施工方法。采用的安装检测手法综合运用多种检测手段，包括精密水准测量，控制测量，精密钢尺测量，经纬仪测角度，挠度仪测挠度等来完成整体的安装检测工作，监测钢析架提升情况。监测的内容主要包括：1） 试提升时析架变形的测量与整体提升过程中各点的监控，锁定所有千斤顶之后，测量析架上下弦的位移和垂偏变化情况，和提升前的坐标对比。检测方法主要为提升到设计标高后，对析架的接口进行观测，监测析架的整体变形情况。2） 析架落千斤顶(卸载) 前后测量控制:采用高精度全站仪对其进行三维坐标校正测量。传统测绘方法在解决钢结构建筑安装过程中，多种技术手段协同合作，对每种检测项目都设计了不同的检测方案，程序复杂，外业工作量大，且其中涉及的接触式测量容易带来人为误差干扰。

2 高层房屋建筑安装工程质量可视化动态监测方法

2.1 组建高层房屋建筑重要信息的BIM 模型

1） 使用性：整个工程在完成后，需要满足各种应用。2） 耐久性：在相关的工程法律法规下，符合设定的使用年限。但是由于各个建筑物本身的结构不同，所以质量的要求也就不同，施工方法不同导致其使用性能也不同，所以各个建筑的耐久性也存在一定的差异。3） 安全性：主要是指工程在建成后，在使用的过程中需要保证人身以及环境的安全，并且还要判断产品的安全性、抗震性能以及防火能力等是否符合国家标准。4） 可靠性：工程在设定的时间范围内以及约束条件下完成所分配的任务的能力。5） 经济性：主要是指工程在规划、勘察、设计到整个产品使用寿命周期内的成本以及消耗费用。

2.2 合理选择设备材料，优化安装质量

原材料是高层建筑安装工程的主要内容，贯穿于工程建设的始终，其质量、成本对整个工程的综合效益具有至关重要的作用。因此，要提高工程的质量，必须首先着眼于材料的选择环节上。一般来说，材料的选择包括施工原材料的选择以及施工设备的选择。施工原材料的选择是构成工程建筑的主要内容，包括水泥、钢筋、砂石以及各类添加剂等材料，这些原材料往往具有易变质、易受损、储存要求高等特征，具有一定的管理难度。因此，要提高施工原材料的质量：①要提高采购环节的检测力度，包括原材料的规格、质量等级以及费用等；②在原材料的运输过程中，注意建设符合材料储存需求的环境，避免材料变质；③定期对库存材料进行抽样检测，保证材料在库存期的质量。

2.3 地面激光雷达特征点监测方法

为监测CCTV 新楼在安装过程中的变形情况，采用地面激光雷达对CCTV 大楼进行了数据采集，寻找视野开阔、无遮挡、位置相对固定的观测站点，这样能够较全面的采集大楼的整体数据，保证数据的完整性。大楼相对于扫描仪在合理距离(100m） 之内，保证数据质量和精度。在扫描仪测量同时，单独测量10 个标靶控制点(配准标靶和GPS 点位标靶），这些点在扫描相对坐标系中。通过精密扫描的点云数据拟合计算得到这些标靶点，它的误差在士2mm (＜50m） 以内。这些公共点既是同期数据不同站点之间拼接基准点，也是相对坐标系和建筑坐标系转换的基准点。配准精度一般在4mm 以内，通过配准将各站扫描的原始数据转换到同一相对坐标系下。再通过控制点坐标将数据转换到建筑坐标系下，以后采集的每期数据都通过控制点转换到建筑坐标系中，这样每期数据就有了统一的比较基准。对点云数据进行去噪、平滑与精简等几个步骤，数据的准备工作完成。

3 结语

针对传统的工程质量监测方法存在的一系列问题，提出基于BIM 技术的高程房屋建筑安装工程质量可视化动态监测方法。实验结果表明本文方法能够准确的监测高层房屋建筑安装工程质量，同时实时性较好。未来阶段将重点针对以下几个方面展开研究：1） 未来阶段将重点针对建筑工程外部可视化研究进行分析以及验证。2） 所提方法的综合性能还有进一步提升的空间，后续将深入研究。