CN208887632U - 基于三维激光扫描的建筑施工检测系统及监控计算机设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于三维激光扫描的建筑施工检测系统及监控计算机设备，该系统包括三维激光扫描设备和监控计算机设备，监控计算机设备与三维激光扫描设备建立通信连接，包括坐标定位装置、处理器、存储装置以及收发装置，坐标定位装置接收三维激光扫描设备获取的点云数据，并根据点云数据建立建筑物的三维模型；处理器根据三维模型确定平面点坐标(X，Y，Z)，以获取与待验收项目相关联的坐标数据，将坐标数据与基准坐标值差值的对值超过阈值时的坐标数据对应的平面点坐标标定为施工缺陷位置，指导执行机器人完成缺陷修复及后续施工指引工作。通过本实用新型，实现对建筑施工环节数字化检测、实施和验收。

Description

基于三维激光扫描的建筑施工检测系统及监控计算机设备

技术领域

本实用新型涉及激光三维扫描技术领域，尤其涉及一种基于三维激光扫描的建筑施工检测系统及监控计算机设备。

背景技术

在混凝土结构、砌筑、抹灰、装修准备等多道施工工序中，为保证现有施工情况符合最终验收标准或下道工序施工标准，关于墙体地面的横平竖直、阴阳角、墙体垂直度、墙面及地面的平整度等数据要依靠人工多次进行测量，耗时耗力且极度依赖操作人员经验水平，效率低下且最终数据准确性难以保证。上述验收流程完成后，需通过人工多道工序对施工缺陷进行修正，效率低下且无法确保一次施工结果即符合验收标准；缺陷修正后需要再次通过验收，人工验收流程所面临的困难将反复出现。土建工程包含多道工序，许多工序的施工基础需参照前道工序，前序施工的缺陷未能及时修复的情况下，后续工序有可能在错误基础上出现误差累加，造成更大的施工缺陷。

同时，现有楼宇建造往往在土建工程后连带实施装修工程，由于土建工程的输出结果难以规范，导致大量装修工程无法实现批量、标准化施工，需要根据每一施工现场的具体土建工程情况实测实量，效率低下。

三维激光扫描技术是一种先进的全自动高精度立体扫描技术，又称为“实景复制技术”。在传统测量方式中，普遍采用的是以点为基准进行测量，而三维激光扫描技术的测量方式主要采用云数据，通过将大量的点分布于被侧面，从而获得大量的数据点集合，最终实现精密的面测量。三维激光扫描技术的主要特点为适应环境广泛、数据采集时效性强、可以实现动态测量。相比传统点测量方式获取数据后的繁琐计算与数据处理，利用三维激光扫描测量技术获取的测量数据经过简易的处理就能够使用，操作技术性进一步降低，从而将三维激光扫描技术推向了更广泛的领域。同时，三维激光扫描测量技术在进行面测量时不需要与被测物体产生实际接触，使其应用范围进一步扩大。

因此，如何将三维激光扫描技术应用到建筑施工的全过程以改善施工缺陷的修正和验收工作难度大、操作复杂的情况，需要提供相应的解决方案。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于三维激光扫描的建筑施工检测系统及监控计算机设备，以实现对建筑施工环节数字化检测和验收。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种基于三维激光扫描的建筑施工检测系统，所述系统包括：三维激光扫描设备，安装在受监测建筑物内的施工现场，用于通过三维激光对建筑物进行扫描，以获取建筑物内部的点云数据；监控计算机设备，与所述三维激光扫描设备建立通信连接；所述监控计算机设备包括坐标定位装置、处理器、存储装置以及收发装置，所述坐标定位装置的输出端以及所述存储装置、收发装置分别与所述处理器电性连接；所述坐标定位装置接收所述三维激光扫描设备获取的点云数据，并根据所述点云数据建立所述建筑物的三维模型；所述处理器根据所述三维模型确定平面点坐标(X，Y，Z)，以获取与待验收项目相关联的坐标数据；以及计算所述坐标数据与基准坐标值的差值，并将所述差值绝对值超过阈值时的坐标数据对应的平面点坐标标定为施工缺陷位置；其中，所述基准坐标值为所述施工标准包含的验收项目对应的坐标数据。

其中，该系统还包括：执行机器人，与所述监控计算机设备通过所述收发装置建立通信连接，从所述监控计算机设备获取标定施工缺陷的三维模型数据，并根据数据情况对所施工缺陷进行修正。

其中，所述系统还包括金属探测器，与所述监控计算机设备建立通信连接，所述坐标定位装置在扫描建筑物并在检测到有金属裸露时确定对应位置的坐标数据，使所述处理器将所述坐标数据标定为施工缺陷。

其中，所述系统还包括服务器，与所述监控计算机设备通过所述收发装置建立通信连接；所述处理器将标定施工缺陷的三维模型数据上传至所述服务器保存。

其中，还包括：执行机器人，与所述服务器建立通信连接，从所述服务器获取标定施工缺陷的三维模型数据，并根据数据情况对所施工缺陷进行修正。

其中，所述执行机器人包括：去除材料类机器人，用于当所述坐标数据大于所述基准坐标值时，根据所述坐标数据和所述基准坐标值去除平面高点，对所施工缺陷进行修正；增加材料类机器人，用于当所述坐标数据小于所述基准坐标值时，根据所述坐标数据和所述基准坐标值增加材料以提高平面低点，对所施工缺陷进行修正；辅助功能类机器人，用于执行所述去除材料类机器人和增加材料类机器人的前序、后续辅助工作，以及非增减材料类修正工作、数据修正后续工序施工指导和辅助实施。

其中，所述收发装置设置有WIFI通信模块单元、BT4.0蓝牙通信模块单元、GPRS通信模块单元、ZigBee数据传输单元、GSM通信模块单元、TDSCDMA通信模块单元、LTE通信模块单元、UART串口模块单元、USB串口模块单元和RJ45接口单元中的一种或多种。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的另一个技术方案是：提供一种监控计算机设备，与三维激光扫描设备建立通信连接；所述监控计算机设备包括坐标定位装置、处理器、存储装置以及收发装置，所述坐标定位装置的输出端以及所述存储装置、收发装置分别与所述处理器电性连接；所述坐标定位装置接收所述三维激光扫描设备获取的点云数据，并根据所述点云数据建立所述建筑物的三维模型；所述处理器根据所述三维模型确定平面点坐标(X，Y，Z)，以获取与待验收项目相关联的坐标数据；以及计算所述坐标数据与基准坐标值的差值，并将所述差值绝对值超过阈值时的坐标数据对应的平面点坐标标定为施工缺陷位置；其中，所述基准坐标值为所述施工标准包含的验收项目对应的坐标数据。

其中，所述收发装置与执行机器人建立通信连接，使所述执行机器人从所述监控计算机设备获取标定施工缺陷机器人的三维模型数据，并根据数据情况对所施工缺陷进行修正。

其中，所述收发装置与服务器建立通信连接；所述处理器将标定施工缺陷的三维模型数据上传至所述服务器保存。

本实用新型的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型提供的一种基于三维激光扫描的建筑施工检测系统及监控计算机设备，通过三维激光扫描设备对建筑物进行三维扫描以建立相应的三维模型，并根据三维模型中待验收项目的相关坐标数据与施工标准对应的基准数据判定施工缺陷区域，以利用执行机器人对施工缺陷区域进行修正，大大减少计算量，但实际数据足以判定施工结果，提升效率；通过三维激光扫描及机器人施工后的土建工程在最大程度上避免了施工缺陷的遗留，装修工程可基本实现标准化施工；若土建工程出现难以修复的施工缺陷，三维激光扫描设备复检后重新建立的三维模型亦能将施工缺陷直观呈现，装修工程可根据模型情况做好实施预案，避免了现场施工在面临前序工程缺陷时可能出现的各种困难。

附图说明

图1是本实用新型第一实施方式中的一种基于三维激光扫描的建筑施工检测系统的结构示意图；

图2是本实用新型第二实施方式中的一种基于三维激光扫描的建筑施工检测系统的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型进行更详细的说明。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请同时参阅图1，为本实用新型第一实施方式中的基于三维激光扫描的建筑施工检测系统10的结构示意图，该系统10包括三维激光扫描设备11、监控计算机设备12和执行机器人13。其中，三维激光扫描设备11、监控计算机设备12和执行机器人13，彼此之间通过无线通信网络建立连接，进行数据交互。进一步地，三维激光扫描设备11与监控计算机设备12之间还可以基于IP/TCP网络建立通信连接。

在本实施方式中，该三维激光扫描设备11是独立的设备，在其他实施方式中，该三维激光扫描设备11还可以集成在机器人上，成为自动扫描机器人，还可以集成在某类执行机器人上，使执行机器人兼具三维激光扫描和特定功能。

该三维激光扫描设备11安装在受监测的建筑物内的施工现场，用于通过三维激光对建筑物进行扫描，以获取建筑物内部的点云数据。具体地，该三维激光扫描设备11在一个采集位置以镜头初始朝向对受监测的建筑物内的施工现场，且镜头初始朝向水平布置。

该监控计算机设备12用于获取该三维激光扫描设备11采集到的点云数据，并根据该点云数据建立该建筑物的三维模型；以及根据预先设定的施工验收标准对三维模型的待验收项目相关联的数据进行分析，以标定施工缺陷。

具体地，该监控计算机设备12包括坐标定位装置121、处理器122、存储装置123以及收发装置124。其中，该坐标定位装置121的输出端以及存储装置123、收发装置124分别与处理器122电性连接。

坐标定位装置121用于获取通过该三维激光扫描设备11采集到的建筑物内部的点云数据，以建立建筑物的三维模型。其中，利用点云数据建立三维模型，基于现有技术实现，在此不加赘述。

处理器122用于：根据三维模型确定平面点坐标(X，Y，Z)的值，以获取与待验收项目相关联的坐标数据；计算所述坐标数据与基准坐标值的差值，其中，基准坐标值为预先设定的施工标准包含的验收项目对应的坐标数据；以及将差值绝对值超过阈值时的坐标数据对应的平面点坐标标定为施工缺陷位置。

例如，当对建筑物的地面(即，水平面)的平整度进行验收时，建筑物混凝土地面表面平整度允许偏差为Nmm，通过三维激光扫描，可获得地面表面点坐标信息(X,Y,Z)，在平整度数据判定中，计算单元122从三维模型的平面点坐标中提取与水平面相关的坐标数据，即，Z坐标值，并计算每个平面点坐标的Z坐标值与基准坐标值的差值，当某个或者某几个Z坐标值与基准坐标值的差值的绝对值超过阈值时，将该Z坐标对应的平面点坐标标定为施工缺陷位置。具体地，将地表平面设定为平整度坐标轴0点，获取Z坐标数据范围(0～z)，若z≤N，则地面平整度符合验收标准；若z>N,则所有(N～z)区间内坐标点为平面度相关施工缺陷区域，即，当差值为正时，说明Z坐标值大于基准坐标值，则该Z坐标对应的平面点为凸起处。同样地，当差值为负时，说明Z坐标值小于基准坐标值，则该Z坐标对应的平面点为凹陷处。

当然，对建筑物进行验收的项目还可以是，墙体(即，垂直面)的平整度，此时处理器122提取与垂直面相关的坐标数据，即，X坐标值，并通过与基准坐标值的差值判断施工缺陷位置，原理同上，在此不加赘述。

进一步地，该处理器122还能够将三维激光扫描设备11输出的扫描结果以及坐标定位装置121测得的点云数据存储到存储装置123中。

进一步地，该处理器122还通过收发装置124将三维模型数据发送至执行机器人13，该执行机器人13用于接收标定施工缺陷的三维模型数据，并根据数据情况对施工缺陷进行修正。

具体地，该执行机器人13根据所需修正的施工缺陷进行设置，可以包括去除材料类机器人131、增加材料类机器人132以及辅助功能类机器人133。其中，该去除材料类机器人131用于当待分析坐标数据大于基准坐标值时，根据待分析坐标数据和基准坐标值去除平面高点，以对施工缺陷进行修正。即，当施工缺陷为平面凸起时，由该去除材料类机器人131结合三维模型数据，去除凸起位置的材料以使经过修正的该位置的高度值与基准坐标值相同。该增加材料类机器人132用于当待分析坐标数据小于基准坐标值时，根据待分析坐标数据和基准坐标增加材料以提高平面低点，对施工缺陷进行修正。即，当施工缺陷为平面凹陷时，由该增加材料类机器人132结合三维模型数据，在凹陷位置填充彩礼以使经过修正的该位置的高度值与基准坐标值相同。该辅助功能类机器人133用于提供去除材料类机器人131及增加材料类机器人132工作的前序、后续辅助工作，非增减材料类修正工作及数据修正后续工序施工指导和辅助实施。

如上所述，将标定施工缺陷的三维坐标数据保存至数据库，经过大数据分析后的数字化施工中，监控计算机设备可通过对三维激光扫描结果的分析，结合增加材料机器人及去除材料机器人的效率成本比对，输出最优的两类机器人施工量分配，以实现最低成本、最高效率完成缺陷修正的目标，即施工最优解。

在本实施方式中，去除材料类机器人131以及增加材料类机器人132是两个独立的执行机器人，在其他实施方式中，还可以在一个执行机器人中同时集成去除材料、增加材料两种功能。

同样地，该系统10支持材料判定，以混凝土地面为例，裸露于混凝土之外的钢筋、水电管线等非混凝土结构，可根据验收标准标定为施工缺陷。

进一步地，该系统10还包括金属探测器14，在特定使用环境(并非所有检测环境下裸露金属都属于施工缺陷)，坐标定位装置121还用于在金属探测器14扫描建筑物并在检测到有金属裸露时，确定对应位置的坐标数据，该处理器122将该坐标数据标定为施工缺陷。非金属管线外露的施工缺陷通过扫描建立的三维模型异常轮廓选取判定，具体地，该处理器122判断三维模型待验收项目对应的轮廓与施工标准中对应项目的轮廓不一致时，将对应位置的坐标数据标定为施工缺陷。

如上所述，基础数据输出支持有效单维度坐标输出，以地面平面度为例，三维激光扫描采集每一空间点实际包含(X/Y/Z)三坐标信息，而平面度判定只与地面所有空间点的Z坐标相关，则在验收该类检查项目时允许仅输出相关单维度坐标值，大大减少计算量，但实际数据足以判定施工结果，提升效率。

将数据导入相关执行机器人，机器人根据数据情况对施工缺陷区域进行修正；机器人施工完成后，三维激光扫描设备11对建筑物施工情况进行复检。

三维激光扫描设备11复检后重新建立的三维模型，可作为土建基础施工后装修施工工序的数据基础。通过三维激光扫描及机器人施工后的土建工程在最大程度上避免了施工缺陷的遗留，装修工程可基本实现标准化施工：瓷砖地板铺设、家具订制等装修工序都可通过数字化方式预施工，并通过模型完成校核，彻底解决诸多装修工序必须现场实测实操、无法预装、难以标准化的困境；若土建工程出现难以修复的施工缺陷，三维激光扫描设备11复检后重新建立的三维模型亦能将施工缺陷直观呈现，装修工程可根据模型情况做好实施预案，避免了现场施工在面临前序工程缺陷时可能出现的各种困难。

进一步地，该系统10还可以通过大量数据采集后形成楼宇建造数据库，可针对不同的施工环境、施工工艺的数据结果进行大数据分析，总结规律，构建相应的智能算法。通过算法获取施工最优解，指导相关的执行机器人以高效低耗的方式获取符合要求的施工结果。

请参阅图2，为本实用新型第二实施方式中的基于三维激光扫描的建筑施工检测系统的结构示意图，该系统20还包括服务器25。监控计算机设备22与服务器25之间通过无线通信网络建立连接，进行数据交互。进一步地，监控计算机设备22与服务器25之间还可以基于IP/TCP网络建立通信连接。在本实施方式中，该处理器222的收发装置224与处理器25电性连接，处理器222能够将三维激光扫描设备21输出的扫描结果以及坐标定位装置221测得的坐标数据通过收发装置224上传到服务器25进行保存，并能够通过收发装置224下载存储在服务器25中的施工相关数据。

执行机器人23能够从服务器25中下载三维模型数据，以及标定施工缺陷的三维模型数据，以对施工缺陷进行修正。

进一步地，该收发装置224设置有WIFI通信模块单元、BT4.0蓝牙通信模块单元、GPRS通信模块单元、ZigBee数据传输单元、GSM通信模块单元、TDSCDMA通信模块单元、LTE通信模块单元、UART串口模块单元、USB串口模块单元和RJ45接口单元中的一种或多种，其中，可根据实际条件选用收发装置224中的相应单元实现监控计算机设备22与服务器25的通信，例如在WIFI条件下通过无线互联网传输，在优先网络环境下通过RJ45传输至服务器25端，在GPRS环境下通过基站等设施传输；在无网络条件下以自建基站方式进行传输；在中短距离条件下，通过物联网技术(如ZigBee)，以异步小数据包的方式传输等多种方式。

进一步地，该存储装置223位FLASH存储器、EEPROM模块单元、DDRAM模块、MICROSD模块单元、TIF模块单元、TF卡、SD卡、固态硬盘和机械硬盘中的任意一种。

该监控计算机设备22还可以提供与其他通用软件对接的接口，包括Revit、Microstation、3DMax等BIM软件的数据交互接口，可将所形成的三维模型与这些软件相互导入导出，并供给BIM软件进行更细化的切片、二维成图等操作，提高生产效率。

该监控计算机设备22或服务器25，还可以设置方案库，通过机器学习的方式进行积累、聚类、分类等算法，对已知方案进行学习，在参数特性差异，符合特定条件时，自动提供一个或多个计算机认为可靠的解决方案给专业技术人员进行审查甄别，并最终应用。

以上，本实用新型实施方式中提出的一种基于三维激光扫描的建筑施工检测系统及监控计算机设备，通过三维激光扫描设备对建筑物进行三维扫描以建立相应的三维模型，并根据三维模型中待验收项目的相关坐标数据与施工标准对应的基准数据判定施工缺陷区域，以利用执行机器人对施工缺陷区域进行修正，大大减少计算量，但实际数据足以判定施工结果，提升效率；通过三维激光扫描及机器人施工后的土建工程在最大程度上避免了施工缺陷的遗留，装修工程可基本实现标准化施工；若土建工程出现难以修复的施工缺陷，三维激光扫描设备复检后重新建立的三维模型亦能将施工缺陷直观呈现，装修工程可根据模型情况做好实施预案，避免了现场施工在面临前序工程缺陷时可能出现的各种困难。

需要说明的是，本实用新型的说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施方式，但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施方式，这些实施方式不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施方式，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于三维激光扫描的建筑施工检测系统，其特征在于，所述系统包括：

三维激光扫描设备，安装在受监测建筑物内的施工现场，用于通过三维激光对建筑物进行扫描，以获取建筑物内部的点云数据；

监控计算机设备，与所述三维激光扫描设备建立通信连接；所述监控计算机设备包括坐标定位装置、处理器、存储装置以及收发装置，所述坐标定位装置的输出端以及所述存储装置、收发装置分别与所述处理器电性连接；所述监控计算机设备根据所述三维激光扫描设备获取的点云数据建立所述建筑物的三维模型，以及根据预先设定的施工验收标准对三维模型的待验收项目相关联的数据进行分析，以标定施工缺陷；

执行机器人，与所述监控计算机设备通过所述收发装置建立通信连接，从所述监控计算机设备获取标定施工缺陷的三维模型数据，并根据数据情况对所施工缺陷进行修正。

2.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描的建筑施工检测系统，其特征在于，所述系统还包括金属探测器，与所述监控计算机设备建立通信连接，所述坐标定位装置在扫描建筑物并在所述金属探测器检测到有金属裸露时确定对应位置的坐标数据，使所述处理器将所述坐标数据标定为施工缺陷。

3.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描的建筑施工检测系统，其特征在于，所述系统还包括服务器，与所述监控计算机设备通过所述收发装置建立通信连接；所述处理器将标定施工缺陷的三维模型数据上传至所述服务器保存。

4.根据权利要求3所述的基于三维激光扫描的建筑施工检测系统，其特征在于，还包括：

执行机器人，与所述服务器建立通信连接，从所述服务器获取标定施工缺陷的三维模型数据，并根据数据情况对所施工缺陷进行修正。

5.根据权利要求1或4所述的基于三维激光扫描的建筑施工检测系统，其特征在于，所述执行机器人包括：

去除材料类机器人，用于当所述待验收项目相关联的坐标数据大于基准坐标值时，根据所述坐标数据和所述基准坐标值去除平面高点，对所施工缺陷进行修正；

增加材料类机器人，用于当所述待验收项目相关联的坐标数据小于所述基准坐标值时，根据所述坐标数据和所述基准坐标值增加材料以提高平面低点，对所施工缺陷进行修正；

辅助功能类机器人，用于执行所述去除材料类机器人和增加材料类机器人的前序、后续辅助工作，以及非增减材料类修正工作、数据修正后续工序施工指导和辅助实施。

6.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描的建筑施工检测系统，其特征在于，所述收发装置设置有WIFI通信模块单元、BT4.0蓝牙通信模块单元、GPRS通信模块单元、ZigBee数据传输单元、GSM通信模块单元、TDSCDMA通信模块单元、LTE通信模块单元、UART串口模块单元、USB串口模块单元和RJ45接口单元中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描的建筑施工检测系统，其特征在于，所述三维激光扫描设备集成在所述执行机器人上。

8.一种监控计算机设备，其特征在于，与三维激光扫描设备建立通信连接；所述监控计算机设备包括坐标定位装置、处理器、存储装置以及收发装置，所述坐标定位装置的输出端以及所述存储装置、收发装置分别与所述处理器电性连接；所述监控计算机设备根据所述三维激光扫描设备获取的点云数据建立建筑物的三维模型，以及根据预先设定的施工验收标准对三维模型的待验收项目相关联的数据进行分析，以标定施工缺陷；所述收发装置与执行机器人建立通信连接，使所述收发装置从所述监控计算机设备获取标定施工缺陷的三维模型数据，并根据数据情况对所施工缺陷进行修正。

9.根据权利要求8所述的监控计算机设备，其特征在于，所述收发装置与服务器建立通信连接；所述处理器将标定施工缺陷的三维模型数据上传至所述服务器保存。

10.根据权利要求8所述的监控计算机设备，其特征在于，所述收发装置设置有WIFI通信模块单元、BT4.0蓝牙通信模块单元、GPRS通信模块单元、ZigBee数据传输单元、GSM通信模块单元、TDSCDMA通信模块单元、LTE通信模块单元、UART串口模块单元、USB串口模块单元和RJ45接口单元中的一种或多种。