张洋蒋佳俊董成
青建集团股份公司山东青岛266011
摘要：青岛胶东新机场塔台采用了钢外网-钢混内筒架构，其空间结构复杂多变、专业分包众多、施工工序繁琐。针对工程重难点，以全站仪、经纬仪、三维扫描仪等仪器为主，同时采用多元信息化手段进行钢结构深化设计、加工、施工及后期维护。其中三维扫描技术的应用颠覆了传统钢结构施工的思维方式，改变了现有机械工作模式，提高了吊装精度，确保了更精准的复核标准，降低了整体工程成本，具有较好的社会效益和经济效益。 关键词：机场塔台；三维扫描；复杂钢结构；点云模型
中图分类号：TU755文献标志码：A文章编号：1004-1001(2019)11-1989-04DOI：10.14144/jki.jzsg.2019.11.010 Application of3D Scanning Technology in Tower Project of Qingdao New Airport
ZAHNGYhng JIANG Jiajun DONG Cheng
Qingjian Group Co.z Ltd.,Qingdao,Shandong266011,China
电缆肘型头Abstract:Qingdao Jiaodong New Airport Tower adopts steel outer net-steel concrete inner tube structure.Its spatial structure is complex and variable,and there are many professi o nal subc o n t rading and complicated con structio n procedures.In view of the key and difficult points of the project,the total station,theodolite,3D scanner,etc,are used as main in s trume n ts,and the multi-informatio n tech no l ogy is used to deepe n the desig n,processi ng,con s truction and later maintenance of steel structure at the same time.The applicatio n of3D sea n ning tech n o l ogy subverts the traditional thinking mode of steel structure construction,changes the existing mechanical working mode,improves the hoisting accuracy,ensures a more accurate review standard,reduces the overall project cost,and has better social and economic ben e fits.
Keywords:airport tower;3D seanning;complex structure;point cloud model
塔台工程是整个机场工程中非常重要的组成部分，塔台若不能成功顺利竣工，那么就意味着机场不能够通入试运行。结合前人在工程中应用三维扫描技术的应用成果，在施工阶段，我们通过BIM技术同时结合现场经验丰富的技术人员智慧，对施工中所产生的所有疑难问题进行BIM 可视化方案比选工作。针对本工程钢结构复杂多变的菱形钢网格，现场吊装工艺难度较大、地面拼装精度要求高等问题，我们采用了三维扫描技术对本工程钢结构吊装工作进行复核校验。结果表明：相比传统全站仪测量方式，利用三维扫描仪对钢结构进行吊装后的测量，不仅能够提高精度，还可以提高工作效率W
1工程概况
青岛新机场塔台工程坐落于青岛胶东国际机场核心区中轴线上，紧邻综合交通中心；塔台主楼为钢结构外筒-钢筋混凝土核心筒内筒结构；整体呈“小蛮腰”式的双曲网
作者简介：张4(1983—)，男，硕士，工程哪。
通信地址：丄东省青禺审城險区浦东路6号(266108)o
电子邛笛：qdatmzy@163
收稿日期:2019-08-02桥结构设计，造型流畅美观，建成后将成为青岛市的地标性建筑之一。
塔台工程作为高标准的交通指挥枢纽，构造特殊，施工过程中核心筒爬模、钢结构施工、钢螺旋楼梯、幕墙施工形成多方立体交叉作业的形势，相互影响制约。我项目部将利用全程BIM管理，大力推行“四新”技术以及绿施工工艺，从成本、进度、质量、安全、劳务、物资6大维度进行全方位管理。制订针对性的专项措施解决立体交叉作业、曲线精准测量、调谐质量阻尼器、饰面清水挂板、钢结构吊装、双曲幕墙安装、管线综合排布等重难点，一步步攻坚克难，以技术把舵纠偏，提质增效。
2工程重难点
2.1工期紧，交叉施工
合同工期仅为390d，开工前新机场综合交通中心己接近主体结构封顶，且塔台工程镶嵌于综合交通中心内，现场有效用地狭小，极大制约钢结构吊装及单位配合作业；拟采用钢结构与结构垂直交叉施工工艺，将施工相互影响降到最小。
2.2场地布置复杂多变
塔台位于综合交通中心中南部且四面相接，±0m以
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下部分与综合交通中心工程相连，施工范围的界定是控制
重点。施工场区的平面布置是配合重点，包括场内交通布 置、材料加工区布置、塔吊布置等内容。现场由于项目众
多，施工道路及材料堆放区经常会因为各种原因发生变动
或移除，这对我们BIM 工作提出了更髙的要求。
2.3钢结构体量大，吊装难度大
本工程核心筒外侧钢结构采用钢网格外筒结构，每 层楼面标高设有钢梁及外环梁链接钢筋混凝土内容与钢外
免蒸加气砖筒，钢结构焊接点较多，且有大量定位坐标点。外网钢架
荧光法溶解氧为大量圆管相贯而成，加工精度及安装精度要求十分严 格，对测量的要求也非常高。
3 三维扫描应用背景
塔台主楼采用钢外网-钢筋混凝土剪力墙内筒架构，外
网沿整体结构高度布置，采用交叉钢管斜柱形成菱形钢网
格（图1）。外侧网架钢管直径统一为350 mm，钢管壁厚
随高度增加而递减，底部钢管壁厚为25 mm，顶部钢管壁
厚10 mm 。同时为保证结构的强度及刚度满足设计要求， 在结构标高39.70 mm 以下部位，逆时针方向的钢管柱内灌 强度等级为C50的微膨胀自密实混凝土。
图1塔台项目钢结构效果图
在图1中可以看出，钢结构从下到上逐渐变宽，这对每
—棍钢结构的安装焊接及吊装工艺提出了非常高的要求。 在现场，钢结构施工技术团队及专家提出了多片同时地面
安装、塔吊及汽车吊多梅吊装的方案。
塔台外侧网架施工为本工程施工重点，在构件加工、
现场施工人员、机械配备方面，将以此为重点来组织施工
部署。外侧钢管网架施工在平面上分为22段单元体，从门
洞位置开始沿逆时针方向进行依次安装，直至整个平面区 域施工完成。竖向根据环形梁所在位置进行分层，由下至
上逐层施工。
为尽可能实现业主要求的施工工期，从施工进度及
操作可行性上分析，将塔台工程分层、分段进行拼装、吊 装。考虑构件情况及现场塔吊实际起重性能，拟定按照环
形梁位置进行分层，根据每层节点数量（每层共计22个节
点），将其分为11个单元段，单元段空中组对接焊缝不选
择相贯点位置。每个单元进行地面拼装，拼装完成后再进
行安装，安装前在环梁位置按照一定间隔设置钢爬梯做竖 向通道，在需要焊接的位置通过爬梯横杆搭设跳板作为临
时操作平台，以便于焊接工作进行。
为了提高吊装效率，加快吊装进度，40m 以下结构拟 定采用汽车吊配合吊装施工，汽车吊吊装不便的位置采用
现场塔吊进行安装。
4 点云数据采集及模型构建4.1外业数据采集
4.1.1作业流程
现场踏勘一编制扫描方案f 扫描前准备〜安置仪器一
设置扫描参数〜检核数据
4.1.2现场踏勘
塔台项目现场施工面狭小，在准备阶段就要根据现
场实际情况制订三维扫描方案。本次测量预计在塔台周边
（包括GTC 行李车道上）共设置12个站点，以满足测量的 准确性及权威性。
运用新型的Faro Focus3D X33O 高速三维激光扫描仪进
行扫描作业，该仪器可以在阳光下扫描到最远330 m 的物 体，利用GPS 集成收集器采集影像资料，并且关联每次扫
描的数据。三维扫描技术已经应用于我们所常看到的考古
勘察、事故重现、土木工程、钢结构精准测量、工业制造
等领域内。
4.1.3仪器安置
扫描开始前，根据现场环境规划扫描点和标靶点的
分布图，确保仪器准确安放在点位上；扫描设站及标靶点
分布尽量均匀，扫描站之间要有30%的重复区域，对于重
点扫描区域应多角度、多方位架设站点，以保证扫描数据 的完整性。布置站点时必须注意以下几点：保证数据完整
性，最终可以构成完整的模型；尽量选择较少的作业点 位，减少原始数据的冗杂以及拼接过程中存在的误差；每
相邻两站点间要有公共点满足坐标转换的条件，满足点云
拼接。
根据通视性及其他相关联因素，在每相邻两站之间贴
好标靶纸及标靶球，在相邻的两个连续扫描站之间的公共 区域放置至少4个靶球，在点云处理软件中打开扫描站点云
并分别标示出被扫描的标靶球，不同扫描站利用共同的标
靶球完成数据拼接。
标靶球与站点距离控制在15 m 以内，采用中杆或其他
遮挡小的方式均匀布设。标靶布设在扫描设备附近，靶球
与站点形成接近于正三角形分布，靶球之间应有一定的高 差。靶球与扫描仪之间的距离根据扫描设备分辨率的设置
有所不同。
2019 • 11 • Building
Construction
张洋、蒋佳俊、董成：三维扫描技术在青岛新机场塔台工程项目中的应用
4.2内业数据处理
外业测量结束后，扫描仪应用的关键还是要看内业点云数据处理。有了扫描仪获取的坐标点数据，可将其导入
专用点云处理的软件Scene中进行处理。点云处理主要为：点云拼接、点云滤波、数据增减、合成点云模型等。第一步点云拼接过程在本项目中考虑到了钢结构工程曲面比较多且明显，存在大量的特征点，所以项目点云拼接过程中我们主要采用曲面拼接的方式进行。
图2为本项目在Scene中呈现的点云模型，修改并删除点项目以外的点后，部分曲面特征不明显的区域可以用控制点来进行拼接。由于本次拼接过程由曲面拼接及控制点拼接共同完成，因此整个钢结构项目的点云数据就被统一到土0m大地坐标系下。Faro三维扫描仪可以自动识别扫描过程中的参考球，实现全自动数据拼接。高精度的参考球识别可以将扫描仪的拼接误差降至最低。
图2未封装前点云模型
在拼接模型的精度达到项目复核的要求后，对多余的点云进行滤波处理。在扫描过程中，不仅仪器内部可能造成一定的噪声，同时外界环境中的车辆、人、飞起的尘土和周围的树木等都会给扫描的目标物的点云数据产生一定的影响。
通过Scene软件特殊计算方式，将相位式扫描仪的数据优化处理，自动去除不合理的噪点。还可以通过人工的方式剔除扫描过程中的行人、汽车等人为噪声数据，获取干净清晰的整体扫描点云数据。
4.3模型的构建
4.3.1点云导出
将预处理后的点云数据转换格式导入Geomagic Studio 内，删除多余的点云或墙体、门窗、保留线脚框架。
4.3.2点云成模处理
对点云进行曲面率处理，使得工作站能够顺畅运行（若不对点云进行处理，上亿个点将导致电脑运行迟缓），将处理好的点云在Gstudio里封装为模型。
4.3.3模型导出
导出的模型格式为STL、DXF格式，可以生成高清晰度点云。4.3.4点云模型修补
将处理好的点云体导入Revit软件中进行修补。
4.3.5点、云建模
在修补后的体块框架中建模，补全残缺模型。
4.3.6点云模成图
在Revit软件中附上材料属性，导出图或表等。
羊毛抛光轮通过三维扫描技术，高效地完成施工现场的数据采集，并且数据准确，只需在现场进行扫描工作，数据处理及校核模型精准度均可在后台操作，有效、完整地记录了工程现场的复杂情况，提高了作业人员的作业效率，降低了作业人员的危险作业率。三维扫描是连接BIM模型和工程现场的纽带，有效地推进BIM模型应用于现场管理，提高工程精细化管理水平。
5结果分析
本工程利用曲面拼接，以控制点进行拼接，整个目标
txue物点云数据统一在大地坐标系下。图3为地面拼装三维点云模型，对多余的点云进行滤波处理（即去噪）。通过扫描仪自带的影像采集系统，为点云赋予真实彩信息。通过数据计算可得到完整项目点云，可快速浏览和调取数据。在建筑工程的运用区别于古建筑等行业的逆向建模，对坐标系转换及坐
标精准程度有较高的要求。对点云模型的坐标转换，主要目的是保持与Tekla钢结构模型在统一坐标系下。需要在外业操作时，对特殊点位运用全站仪进行测量，转换点的坐标。
图3Qualify中出具三维扫描检测报告
将预处理后的点云数据转换格式导入Geomagic Studio 内，删除多余的点云或墙体、门窗、保留线脚框架。对点云进行曲面率处理，使得计算机运行顺畅，将处理好的点云在Gstudio里封装为体。导出的模型格式为STL、DXF格式，可以生成高清晰度点云将处理好的点云体导入Revit软件中进行修补。在修补后的体块框架中建模，补全残缺模型，导岀图表。
在软硬件及所有模型准备好后，通过Geomagic Studio 将点云进行封装、降噪等处理。在Geomagic Qualify中，将点云模型及Tekla设计模型进行坐标对齐、分析对比并最终
建筑施工•第41卷•第门期
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张洋、蒋佳俊、董成：三维扫描技术在青岛新机场塔台工程项目中的应用
出具PDF格式对比报告。通过表格及柱状图可以看出，本工程钢结构吊装过程精度与模型精度基本符合，标准偏差
土1范围内分布约910万个点云，总占比率约为99.3%o根据Qualify岀具的报告以及钢结构验收规范要求，本项目钢结构安装偏差大多在16mm以内，符合规范要求并能够达到竣工验收的标准。
在新机场塔台工程的钢结构工程中，我们运用三维扫
描技术结合Revit、Tekla、Scene>Geomagic等一系列BIM 软件，依托企业强大的BIM中心支持，高效且准确地完成钢结构的测量及校核工作。相较于传统的钢结构测量方式，三维扫描技术大大提高了测量精准度，成功为项目节省工期逾30d，减少项目开支约10万元，达到了BIM技术辅助项目合理管控的效果。
6结语
本工程在全项目生命周期过程中应用了BIM技术及其他十项新技术，包括三维激光扫描等。针对钢结构重难
点，以BIM技术为主导，以全站仪、经纬仪、扫描仪等仪器为辅，采用多元信息化手段全方位、多层次综合应用于钢结构深化设计、加工、施工及后期维护各个阶段、三维扫描技术在本工程中的应用颠覆了传统钢结构施工的思维方式，改变了现有机械化的工作模式，提高了吊装精度，降低了整体工程成本，提高了公司效益。
运用三维扫描技术对高耸、样式复杂、异形钢管柱形式钢结构工程进行复核及施工工程质量检查，可以大大减少人工测量成本及传统方式方法带来的误差，让扫描结果更具说服力。
通过实地应用的经验总结认为，三维扫描技术应该在全国钢结构工地中得到应用及推广，摒弃传统的费时费力、误差大的测量方式。
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(上接第1985页)
(不小于300mm)，楼板配筋取电梯基础配筋与结构设计配筋的较大值，并应考虑基础节的冲切效应，
确定是否需在基础节正下方增设型钢回撑。地下室顶板的塔吊基础通过增设上翻钢筋混凝土基础梁或焊接型钢梁直接搁置在主梁上，需重点分析主梁和结构柱的承载能力，应避免地下室楼板结构的直接承载。
4)零星材料堆场宜按照楼板限载进行堆场规划，不需要另行加固。PC构件或钢结构堆场虽使用时间较长，但占地面积较小，釆用钢管排架或型钢回撑较为方便。但是，对于堆场移位较多的复杂场地，或者重型构件堆场比较集中且范围较大等情况，增强永久结构(或与钢管排架回撑相结合)的方案显然更适合。部分场地条件有限而釆用架空堆料平台方案的，平台柱应固定在结构梁或柱上，并应在平台柱脚所在主次梁下方采用型钢回撑至基础层
5)填平材料荷载下的顶板加固，主要用于堆场或道路，可根据不同的施工用途釆取相应的加固措施。
6结语
在实际施工中，越来越多的工程项目需结合地下室顶板进行场地布置。在此情况下，应当综合地下室结构布置、场地用途、荷载类型、工期要求等因素选择安全经济的地下室加固方案。
；•参考文献e•…汴…
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