大型鋼結(jié)構(gòu)建筑安裝質(zhì)量檢測與變形監(jiān)測

時間：2024-12-31作者：聯(lián)華檢測中心（廣東）有限公司瀏覽：112

    隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的不斷進步,建筑市場的繁榮發(fā)展,近年來在全國各地新建了一大批的鋼結(jié)構(gòu)建筑。鋼結(jié)構(gòu)建筑就是以鋼結(jié)構(gòu)作為建筑物的框架,這些框架是由許多剛性構(gòu)件拼接而成,建筑體量很大,設(shè)計非常復(fù)雜。在鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工過程中,安裝質(zhì)量檢測以及變形監(jiān)測是其中的重要環(huán)節(jié)?？焖僬_評估鋼架的拼接質(zhì)量以及全面系統(tǒng)的掌握鋼結(jié)構(gòu)的變形趨勢是施工的重要工作,對降低施工成本,**施工快速安全的完成具有重要的意義。由于整體鋼結(jié)構(gòu)是剛性構(gòu)件,若評估檢測與變形監(jiān)測不準確,往往會引發(fā)工程事故,造成工程的延期,浪費人力與物力成本。然而鋼結(jié)構(gòu)建筑往往沒有固定特征,構(gòu)件的數(shù)量非常多,施工過程中的質(zhì)量檢測與變形監(jiān)測非常復(fù)雜,必須采用一種快速密集的檢測方法保證施工過程的順利進行。傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)建筑物安裝檢測和變形監(jiān)測手段主要通過全站儀觀測部分鋼結(jié)構(gòu)特征部位,通過與設(shè)計模型數(shù)據(jù)對比,檢驗鋼件的焊接質(zhì)量與變形信息,工作周期長、檢測密度不足難以實現(xiàn)直觀全面的檢測,無法滿足鋼結(jié)構(gòu)建筑施工過程中的安裝檢測與健康監(jiān)測的需求。近年來出現(xiàn)了許多**的技術(shù)手段應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量安裝檢測和變形監(jiān)測,其中代表性的是三維激光掃描測量方法。三維激光掃描能通過大范圍密集掃描快速獲取點云數(shù)據(jù),對掃描數(shù)據(jù)進行處理得到需要的檢測結(jié)果,快速全面的完成安裝質(zhì)量檢測與變形監(jiān)測任務(wù)。三維激光掃描后期處理得到的數(shù)據(jù)雖然可精度高、速度快,但是針對鋼結(jié)構(gòu)點云數(shù)據(jù)處理的配套軟件不足?，F(xiàn)在廣泛應(yīng)用的幾種點云數(shù)據(jù)處理軟件如Leica Cyclone、Geomagic、Trimble Realworks、Innov Metric Polyworks、Imageware等,有著各自不同的算法特點。但是這些軟件并非為處理鋼結(jié)構(gòu)點云數(shù)據(jù)而設(shè)計,處理效率不能滿足需求。本文針對鋼結(jié)構(gòu)建筑掃描點云處理需求,設(shè)計開發(fā)基于鋼結(jié)構(gòu)建筑點云數(shù)據(jù)的安裝質(zhì)量檢測與變形監(jiān)測軟件系統(tǒng)。本文的研究內(nèi)容如下:(1)自動提取鋼結(jié)構(gòu)端口點云特征角點算法。通過點云數(shù)據(jù)劃分、鄰域搜索、主成分分析(PCA)等方法求出每個點的法向量屬性信息,通過屬性信息的聚類匯總對點云數(shù)據(jù)進行分割,求出各端口平面的方程,計算出端口的特征角點坐標。(2)交互式提取鋼結(jié)構(gòu)端口點云特征角點方法。通過交互選出每個特征平面的點云,進行特征平面重建,計算平面交點,求出特征角點坐標。(3)三維激光掃描測量技術(shù)對接安裝檢測方法,利用高精度的地面激光雷達采集鋼結(jié)構(gòu)建筑施工過程中的數(shù)據(jù),使用特征信息提取功能模塊提取檢測信息,對檢測信息進行偏差分析,以圖表的形式輸出。(4)基于特征的地面激光雷達變形監(jiān)測方法,通過計算每期點云數(shù)據(jù)的特征點、特征面等信息,與不同期數(shù)據(jù)或者設(shè)計模型坐標進行比較分析,根據(jù)需求設(shè)計靈活多變的監(jiān)測方法,獲得鋼結(jié)構(gòu)建筑物的變形情況。(5)研究基于整體點云數(shù)據(jù)的變形分析方法,主要研究了基于Hausdorff距離的點到點直接比較分析方法,基于點到三角網(wǎng)格的空間距離比較分析方法(采用Delaunay三角剖分構(gòu)網(wǎng)),對整體的變形情況進行計算,剖分、量測獲得變形量,獲取鋼結(jié)構(gòu)建筑的整體變形趨勢。(6)在以上研究內(nèi)容的基礎(chǔ)上,通過自動計算端口點云特征角點坐標方法與交互式提取特征角點方法、偏差數(shù)據(jù)分析方法、圖表導(dǎo)出等基礎(chǔ)功能,實現(xiàn)安裝檢測數(shù)據(jù)處理模塊。通過自動計算端口點云特征角點坐標方法與交互式提取端口點云特征角點方法、特征平面重建等基礎(chǔ)功能實現(xiàn)特征變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理模塊。通過不同的整體分析對比算法對點云數(shù)據(jù)進行變形分析,剖切量測出整體的變形情況數(shù)據(jù),生成變形趨勢分析圖,實現(xiàn)整體變形監(jiān)測功能模塊。論文在Visual Studio 2013開發(fā)平臺下,使用Direct3D三維圖形庫渲染和C++編程語言設(shè)計開發(fā),數(shù)據(jù)庫采用Postgre SQL開源數(shù)據(jù)庫。開發(fā)出鋼結(jié)構(gòu)建筑點云安裝檢測與變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),以鋼結(jié)構(gòu)點云作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),實現(xiàn)K-D樹數(shù)據(jù)劃分、法向量的估計、平面點云分割,特征平面重建等基礎(chǔ)算法,在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)方形鋼架拼接檢測中特征點(外角點)的自動提取方法與交互式提取方法、對接偏差分析、整體變形分析、數(shù)據(jù)存儲與導(dǎo)出、圖表生成等功能,通過一系列的實驗驗證了該系統(tǒng)的有效性和算法的可行性。
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