CN107391793A - 基于3d扫描技术与mr混合现实技术的建筑结构拆除方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的基于3D扫描技术与MR混合现实技术的建筑结构拆除方法，其步骤为：根据现有建筑结构特点架设扫描点，使用三维激光扫描仪扫描建筑物，将不同扫描点的数据信息拼接，拓印建筑结构模型，逆向建立构件的BIM模型；将模型转换格式并导入3D3S受力分析软件进行受力分析，形成建筑结构对应的内力包络图及组合位移图；综合内力包络图及组合位移图，在BIM模型中形成建筑结构拆除方案；利用混合现实技术，将在BIM模型中形成的建筑结构拆除方案叠加至建筑实体上进行模拟。本发明提供的基于3D扫描技术与MR混合现实技术的建筑结构拆除方法，步骤合理，通过模拟分析，优化拆除方案，利用混合现实技术可视化交底，保证施工安全，控制施工周期，节约施工成本。

Description

基于3D扫描技术与MR混合现实技术的建筑结构拆除方法

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，尤其涉及基于3D扫描技术与MR混合现实技术的建筑结构拆除方法。

背景技术

既有建筑改造中存在大量的拆改工作，部分拆除作业危险性较大，例如在拆除跨度较大的钢网架时，为保证安全，需事先对网架体系的受力情况和各杆件的内力进行模拟分析，根据分析结果制定合理的拆除顺序和拆除方案。

但有些建筑由于建造时间较早，无法查询原始设计资料，只能进行现场测量，传统测量方法既不精确，耗时也过长，得出的分析结论与实际有偏差，存在一定的安全风险，成本亦较难控制。

而且钢网架为空间立体结构，结构复杂，胎架搭设，拆除顺序，施工要求和安全注意事项等重要内容，如果用传统的方案交底方式甚或是施工动画交底，直观性不强。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提供了基于3D扫描技术与MR混合现实技术的建筑结构拆除方法，通过模拟分析，优化拆除方案，并利用混合现实技术可视化交底，保证施工安全，控制施工周期，节约施工成本。

本发明的技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供的基于3D扫描技术与MR混合现实技术的建筑结构拆除方法，具体包括以下步骤：

S1，根据现有建筑结构的特点，在水平方向及垂直方向架设扫描点，使用三维激光扫描仪对建筑物进行扫描；

S2，将不同扫描点的数据信息进行拼接，拓印真实环境中的建筑结构模型，形成整个建筑结构整体点云数据；根据扫描点的数据信息逆向建立各个构件的BIM模型；

S3，将步骤S2中形成的BIM模型转换格式并导入3D3S受力分析软件进行受力分析，形成建筑结构对应的内力包络图及组合位移图；

S4，综合步骤S3中的内力包络图及组合位移图，在BIM模型中形成建筑结构的拆除方案并模拟；

遵照“先内力较小后内力较大、先压力杆后拉力杆、控制位移较大区域变形”的拆除原则，形成建筑结构拆除方案。

S5，利用MR混合现实技术，将在BIM模型中形成的建筑结构拆除方案叠加至真实环境中的建筑实体上进行模拟、演示、交底。

进一步地，根据原建筑结构对应的内力包络图，确定建筑结构的内力分布情况，并明确建筑构件的受力状态，即明确建筑构件是受拉状态还是受压状态。根据计算所得原建筑结构的内力情况及各个构件的状态，指导后期设计建筑结构的拆除方案。

进一步地，根据原建筑结构对应的组合位移图，明确建筑结构的位移状态，具体的明晰建筑结构的位移变换趋势，方便建筑结构拆除方案的设计确认。

进一步地，所述三维激光扫描仪的水平扫描角度为360°，垂直扫描角度为300°，可在不同角度完全还原既有建筑物实际状态。

本发明有益效果：

本发明提供的基于3D扫描技术与MR混合现实技术的建筑结构拆除方法，其步骤合理，具体效果如下：

（1）相对于传统测量，3D扫描仪精度较高、工期较短、运用逆向建模技术可形成基于原始结构受力分析所需模型，缩短建模时间；

（2）相较于传统网架拆除工艺，本工艺综合运用BIM、MR等高新技术，结合3D3S网架专用力学计算软件，使得整体网架受力特点一目了然；

（3）相对于传统技术交底，MR技术将模拟带入现实中，直观有效地反应了各道工序的交接、网架受力点的回顶、拆卸等技术要求，便于工人迅速明了的掌握安全和技术要点。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：

图1是本发明所述基于3D扫描技术与MR混合现实技术的建筑结构拆除方法的流程图；

图2是本发明实施例对应的内力包络图；

图3是本发明实施例对应的组合位移图；

图4是本发明实施例对应的支撑点分布图；

图5是本发明实施例对应的施工段划分图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图，对本发明基于3D扫描技术与MR混合现实技术的建筑结构拆除方法进行详细说明。

在此记载的实施例为本发明特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本发明提供的基于3D扫描技术与MR混合现实技术的建筑结构拆除方法，其流程图，如图1所示。其具体包括以下步骤，

S1，根据现有建筑结构的特点，在水平方向及垂直方向架设扫描点，使用三维激光扫描仪对建筑物进行扫描；

具体地，根据建筑结构的不同，架设的扫描点的位置及数量各不相同，使用的三维激光扫描仪的水平扫描角度为360°，垂直扫描角度为300°，可在不同角度完全还原既有建筑物实际状态。

S2，将不同扫描点的数据信息进行拼接，拓印真实环境中的建筑结构模型，形成整个建筑结构整体点云数据；根据扫描点的数据信息逆向建立各个构件的BIM模型；

具体地，架设的扫描点只是扫描形成了建筑结构的部分或部分构件，这样需要将不同扫描点的数据信息进行拼接，拓印建筑结构模型，逆向建立各个构件的BIM模型。

S3，将步骤S2中形成的BIM模型转换格式并导入3D3S受力分析软件进行受力分析，形成建筑结构对应的内力包络图及组合位移图；

S4，综合步骤S3中的内力包络图及组合位移图，在BIM模型中形成建筑结构的拆除方案并模拟；

本申请中，操作人员可以根据原建筑结构对应的内力包络图，确定建筑结构的内力分布情况，并明确建筑构件的受拉压状态；同时操作人员可根据原建筑结构对应的组合位移图，明确建筑结构的位移状态。按照“先内力较小后内力较大、先压力杆后拉力杆、控制位移较大区域变形”的拆除原则，形成建筑结构拆除方案。通过3D扫描技术形成的建筑结构BIM模型更接近真实情况，根据生成的内力包络图及组合位移图，形成的建筑结构拆除方案更具有可行性。

S5，利用MR混合现实技术，将在BIM模型中形成的建筑结构拆除方案叠加至真实环境中的建筑实体上进行模拟、演示、交底。

具体地，利用MR混合现实技术，操作人员可将在在BIM模型中形成的建筑结构拆除方案在真实环境中的建筑结构中进行模拟、演示，检验建筑模型的准确性，并将拆除方案带入现实中，对各道工序的交接、网架受力点的回顶、拆卸等都能实地校验，检查拆除方案的可行性，有效保证了真实作业的安全性。

同时可以利用MR混合现实技术对操作人员进行工艺、安全施工交底，这种交底形式简单、明确、直接、有效，具有良好的推广价值。

实施例：

在本实施例中，该建筑结构为一球型钢网架，球形网架总长17.99m，宽为25.93m，网架距地面高度为13.3m~20m，波形钢结构网架屋面，改建筑结构的原始设计资料已丢失。

球型网架结构杆件多、节点多，是一种高次超静定的空间杆系结构，要完全精确地分析它的内力和变形是很困难的，在没有原设计资料的情况下更是难上加难。网架的节点为空间铰接节点，每一节点有三个自由度，在计算受力分析的时候需要根据网架实体进行计算，如何将网架实体更贴近现场实际条件，则需要进行大量细致的测量工作，费时费力、精度较低。

根据现场实际情况，分别在水平方向与垂直方向各选取24个点设站，精度定位为每站扫描的时间9分钟，进行现场扫描，通过数据点将现实世界的网架结构转换成BIM模型，并在逆向建模的过程中给予各个构件数据信息，从而完全还原出网架本身的组成情况。

由于3D激光扫描的技术特性，突破传统的单点测量方法的局限，水平扫描角度360°、垂直扫描角度300°，再通过将不同站点的数据信息进行拼接，使现场的真实环境完全被拓印出来，用不足四小时的时间可获得该球形网架的整体点云数据。传统的测量方法，由于受现场条件所限，如要达到扫描逆向建模的精度，保守估计将用3~4天，3D扫描极大节约了测量时间。

逆向建模完成后将模型进行转换格式导入3D3S受力分析软件中进行受力分析，通过受力计算得出球型钢网架内力包络图和组合位移图，内力包络图和组合位移图见图2和图3。

通过分析内力包络图，可得出如下结论：

①网架构件内力最大区域分别位于北侧、西侧和东侧边缘地带（周圈节点底部与钢柱连接），以及网架南侧结构变截面部位，主要表现为受压构件；

②网架构件内力较小区域均匀分布在网架上下层中，其中上层构件主要为受压构件，下层构件主要为受拉构件。

通过分析组合位移图，可得出如下结论：

①网架构件组合位移最大区域位于网架南侧结构变截面部位；

②网架构件组合位移沿着网架从高到低、从中间向四周依次减小。

综合网架内力包络图和组合位移图的结构分析，遵照“先内力较小后内力较大、先压力杆后拉力杆、控制位移较大区域变形”的拆除原则，分析总结如下拆除方案：

①在位移较大区域进行回顶支护用以控制拆除过程中球型网架稳定性，回顶支护主要以下弦杆球型节点为主，现场合理分布；在拆除前，须搭设网架结构支撑点，以防止主体结构拆除过程中网架结构失衡的隐患。支撑点分布图，如图4所示。

②球型网架拆除整体顺序：先上部受压杆件，后下部受拉杆件，整体遵循从高到低，从中间向四周对称拆除的原则。

网架拆除顺序直接影响网架内力重新分布，为保证网架拆除过程中受力均匀，建议对网架进行分段对称施工。

附例：将网架整体划分为三段：Ⅰ段、Ⅱ段和Ⅲ段，Ⅰ段内拆除从中间部位开始，向两边对称作业，同时遵循由高到低的原则；Ⅱ、Ⅲ段内拆除从最高点部位开始，依次向两边对称作业，切忌破坏相邻单元支撑架管，务必做到单元未拆除前其所在部位支撑架管牢固可靠。施工段划分如图5所示。

MR混合现实技术，能够将虚拟的BIM模型及软件生成的施工工艺模拟与真实世界的建筑实体模型相叠加，已经完成的BIM模型叠合到本项目需拆除的球形网架上，这样不仅可以检验模型的准确性，更能将模拟带入现实中，各道工序的交接、网架受力点的回顶、拆卸等都能实地校验，同时还对操作人员进行工艺、安全施工交底，简单、明确、直接、有效。

在现场拆除作业时，具体过程如下：

（1）拆除操作架

根据现场实际情况，结合网架结构施工图纸，及MR技术叠合对比采用满堂操作架进行拆除。

附例：网架拆除采用满堂脚手架操作架，脚手架搭设共分为两部分：一部分从标高9.0m起至标高18.6m阶梯布设，搭设高度3.1m～9.6m；另一部分从标高9.0m起至标高18.6m，搭设高度9.6m。脚手架步距1.7m，纵距和横距同球型网架下弦球纵横向间距，即每个下弦球节点处竖立一根支撑立杆。立杆支撑在下弦球节点中间部位，焊接连接，缝隙处采用铁楔子楔紧。

（2）网架拆除

①拆卸上弦倒三角锥网格

网架各段采用连续拆卸，在垂直运输设施的配合下，从中间部位开始，首先拆卸中间一球一上弦二腹杆的三角锥，然后为一球与上弦二腹杆的四角锥。拆卸时将两斜腹杆支撑在下弦球上，在上方拉紧上弦杆用扳手卸下上弦球，按上述工艺继续逐步推进拆卸。

②拆卸下弦正三角锥网格网架

拆卸完倒三角锥网格后，即开始拆卸下弦网格，采用散拆拆除法拆除。拆卸下弦球与杆时，采用一球一杆形式将杆件螺栓拧出球孔外，然后拆卸横向下弦杆。

本发明提供的基于3D扫描技术与MR混合现实技术的建筑结构拆除方法，其步骤合理，通过逆向建模技术可形成基于原始结构受力分析所需模型，缩短建模时间；通过模拟分析，优化拆除方案，并利用混合现实技术可视化交底，保证施工安全，控制施工周期，节约施工成本。

本发明不局限于上述实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于3D扫描技术与MR混合现实技术的建筑结构拆除方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，根据现有建筑结构的特点，在水平方向及垂直方向架设扫描点，使用三维激光扫描仪对建筑物进行扫描；

S2，将不同扫描点的数据信息进行拼接，拓印真实环境中的建筑结构模型，形成整个建筑结构整体点云数据；根据扫描点的数据信息逆向建立各个构件的BIM模型；

S3，将步骤S2中形成的BIM模型转换格式并导入3D3S受力分析软件进行受力分析，形成建筑结构对应的内力包络图及组合位移图；

S4，综合步骤S3中的内力包络图及组合位移图，在BIM模型中形成建筑结构的拆除方案并模拟；

S5，利用MR混合现实技术，将在BIM模型中形成的建筑结构拆除方案叠加至真实环境中的建筑实体上进行模拟、演示、交底。

2.根据权利要求1所述基于3D扫描技术与MR混合现实技术的建筑结构拆除方法，其特征在于，根据原建筑结构对应的内力包络图，确定建筑结构的内力分布情况，并明确建筑构件的受力状态。

3.根据权利要求1所述基于3D扫描技术与MR混合现实技术的建筑结构拆除方法，其特征在于，根据原建筑结构对应的组合位移图，明确建筑结构的位移状态。

4.根据权利要求1所述基于3D扫描技术与MR混合现实技术的建筑结构拆除方法，其特征在于，所述三维激光扫描仪的水平扫描角度为360°，垂直扫描角度为300°，可在不同角度完全还原既有建筑物实际状态。