全站扫描技术在钢结构几何质量检测中的应用研究

发布时间：2020-03-18 05:41

【摘要】：目前,我国建筑业钢结构向大型化和异形化方向发展,这些大型复杂钢结构一般分节段制作,然后在现场拼装焊接完成。为了保证施工质量和顺利安装,分阶段制作的钢构件(吊装单元)需要进行几何质量检测。传统的单点测量手段在实际运用过程中存在一定的缺陷,难以满足现代工程施工的要求;随着三维点云技术的快速发展,钢结构几何质量检测迎来了新的技术支持。论文将高精度的全站扫描技术运用于钢结构几何质量检测中,对全站扫描技术精度分析、钢结构点云获取和去噪、点云数据规则面拟合、三维坐标转换等方面开展了如下研究:(1)全站扫描技术作为新型技术,有必要对其观测精度进行理论分析和试验验证。论文对基于后方交会的测量点位精度和点云数据平面重构精度进行了分析,结果表明利用该技术可以使平面重构精度达到1.2mm,完全可以满足钢结构几何质量检测的要求。同时也分析了扫描距离和扫描入射角对钢结构平面重构精度影响规律。(2)针对点云数据规则面拟合问题,研究了最小二乘估计、总体最小二乘估计、混合总体最小二乘估计和选权迭代法等算法。提出了改进的选权迭代拟合算法,并应用在平面、球面和圆柱面拟合中。系列实验结果表明,改进的选权迭代拟合算法优于上述其他算法,可以很好地避免粗差的影响。(3)针对钢结构几何质量检测中涉及三维坐标转换问题,重点研究了基于单位四元数的三维坐标转换。该方法适用于任意角度三维坐标转换。论文推导了基于单位四元数表示旋转矩阵的坐标转换参数直接求解算法,编制了坐标转换程序。通过仿真实验结果表明:该程序能够实现任意旋转角的坐标转换参数求解。(4)论文最后以珠海横琴钢结构工程为例,选取现场两个吊装单元作为研究对象对其进行几何质量检测。通过扫描方案设计、点云数据获取、点云去噪处理、平面和圆柱面拟合、实测关键点位获取、三维坐标转换、关键点位实测坐标和设计坐标偏差对比分析,计算吊装单元的制造偏差。根据关键点位位置偏差的统计结果分析:两个吊装单元几何质量满足要求。
【图文】：

国家,钢结构

作为一种近现代结构，钢结构具备强度高、自重轻、施工周期短、安装方便、逡逑抗震性能好、投资回收快和环境污染小等综合优势［１］。随着钢铁工艺技术的发展以逡逑及世界能源和环境问题受到越来越多的关注，在设计中更多地使用钢结构己经成逡逑为建筑业的主流趋势。以美国和日本等发达国家为例，近数十年以来，其建筑用钢逡逑量占钢产量的比重己超过３０％、钢结构建筑面积占全国总建筑面积达４０％以上［２］。逡逑与此同时，目前世界各地的机场、体育馆和展览中心等大型公共建筑大多采用空间逡逑钢结构，预制化钢结构住宅也在许多西方发达国家中被积极推广［３］。可以说，钢结逡逑构这一新的建筑结构体系的出现和发展，极大地促进了建筑产品结构的调整和扩逡逑展。逡逑我国的钢结构建筑与国外相比起步较晚，真正得以发展可以说是在建国以后。逡逑尽管如此，自２０世纪８０年代以来，随着改革开放和经济建设的不断发展，我国钢逡逑铁产量迅速增加，加之国家政策的大力支持，钢结构在建筑中得到了广泛的应用。逡逑如２００８年建成的北京奥运会国家体育场（图１－１）、２００９年建成的央视新大楼（图逡逑１－２）、２０１６年建成的上海中心大厦（图１－３）和深圳平安国际金融中心（图１－４）逡逑等，这些城市的地标性建筑都不约而同地采用了钢结构。逡逑

上海,钢结构,钢结构建筑

作为一种近现代结构，钢结构具备强度高、自重轻、施工周期短、安装方便、逡逑抗震性能好、投资回收快和环境污染小等综合优势［１］。随着钢铁工艺技术的发展以逡逑及世界能源和环境问题受到越来越多的关注，在设计中更多地使用钢结构己经成逡逑为建筑业的主流趋势。以美国和日本等发达国家为例，近数十年以来，，其建筑用钢逡逑量占钢产量的比重己超过３０％、钢结构建筑面积占全国总建筑面积达４０％以上［２］。逡逑与此同时，目前世界各地的机场、体育馆和展览中心等大型公共建筑大多采用空间逡逑钢结构，预制化钢结构住宅也在许多西方发达国家中被积极推广［３］。可以说，钢结逡逑构这一新的建筑结构体系的出现和发展，极大地促进了建筑产品结构的调整和扩逡逑展。逡逑我国的钢结构建筑与国外相比起步较晚，真正得以发展可以说是在建国以后。逡逑尽管如此，自２０世纪８０年代以来，随着改革开放和经济建设的不断发展，我国钢逡逑铁产量迅速增加，加之国家政策的大力支持，钢结构在建筑中得到了广泛的应用。逡逑如２００８年建成的北京奥运会国家体育场（图１－１）、２００９年建成的央视新大楼（图逡逑１－２）、２０１６年建成的上海中心大厦（图１－３）和深圳平安国际金融中心（图１－４）逡逑等，这些城市的地标性建筑都不约而同地采用了钢结构。逡逑
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU712.3

【参考文献】