摘要：三维激光扫描技术是测绘领域的科技创新技术，其具有精度、密度速率高的特点，对目标物的可实现无接触获取三维坐标信息，三维激光扫描技术是继全球卫星导航系统之后的又一次重大技术变革，打破了传统的接触式测量模式，不需接触被测物体就可以每秒上百万个点速度和高精度的获取监测对象表面的三维坐标，可以直观清晰的显示检测对象不同部位和整体变形情况。论文通过利用三维激光扫描技术对某建筑物进行扫描监测，验证分析了三维激光扫描技术应用于建筑物变形监测的可行性及精度。

关键词：三维激光扫描技术;建筑工程施工;变形监测

1.三维激光扫描技术概述

作为一种新兴测量技术，三维激光扫描技术是在 20 世纪 90 年代诞生的。其通过非接触测量主动、真实地描述扫描对象的整体结构及形态特征，并快速生成精准的三维数据模型，可有效避免点数据分析造成的片面性问题，因而被称为“实景复制”技术。三维激光扫描技术改变了传统的三维数据采集与处理方法，为空间数据的获取与逆向工程提供了新方法，同时，因其对环境的适应性强，也为建筑工程项目测量与勘察提供了更快捷的技术支持，是测绘领域又一次技术革命。鉴于其显著的优势，人们逐渐将其引入到变形监测领域，如监测建筑物变形情况，监测海底隧道和地铁隧道的施工变形，监测桥梁和滑坡的变形等。在建筑施工中进行变形监测，就是利用三维激光扫描技术，来对基坑围护结构在水平和垂直方向的位移进行有效监测，同时还能监测基坑周围建筑物倾斜情况以及和道路沉降情况等，以便对施工中的建筑工程安全状态进行实时控制，避免发生施工安全事故。

2.三维激光扫描技术的特点

2.1快速性

这是三维激光扫描技术最显著的特点，可快速获得大量的空间信息，目前脉冲式扫描的速率可达到 50000 点/秒，相位式扫描可到达 500000 点/秒，本文采用的 FARO X330 地面三维激光扫描仪属于相位式，其最大的扫描速率为 976000 点/秒。

2.2高密度、高精度性

三维激光扫描仪在内部精密传感器的支持下，能够对目标物的三维数据进行立体式采集，点的间隔可以人为设置，在高分辨率下可以达到很高的点密度，能够对目标物的各个细节进行细腻的展现;同时，通过点云后处理软件可以直接获取点的三维坐标、灰度值、距离和方位角等特征，避免了传统测量手段中人工计算带来的不确定性，提高了模型的整体精度。

2.3非接触性

三维激光扫描仪通过激光的发射、反射和接收来测量目标物的三维信息，属于完全非接触式测量，做到了目标实体到点云数据的一次完成，实现了对原形的快速重构。这一特点可以解决对柔性目标进行测量时可能损坏目标的问题，也实现了对人员不可到达的危险领域的测量。

2.4激光的穿透性

这一特性使得扫描仪能够对目标物的不同层面的信息进行采集。比如激光可部分穿透覆盖在山坡上的植被，对山坡进行三维建模。

2.5数字化、自动化

三维激光扫描仪数字特征明显，能够对目标物的数字距离信号进行获取，然后方便地进行显示和输出。很多点云后处理软件具有很好的点云预处理和三维建模功能，且可将三维信息转换成不同的格式，实现其他软件的调用。

3.三维激光扫描技术在建筑工程施工变形监测中的应用

3.1基坑围护结构变形监测

选择某建筑工程项目的基坑作为监测实例，基坑东西长80m，南北宽 40m，开挖深度为 15m，支护方式采用的是单排桩进行支护，基坑内部采用环形支撑方式。采用异地控制法进行监测，具体如下。先要对控制点进行选择，在距离基坑 45m 处，选择稳定位置设置三个控制点，控制点相邻两站要确保都能达到通视的程度，然后，按先后顺序进行扫描。完成扫描后，再在基坑环形支撑上架设扫描仪，来扫描基坑内部。完成扫描后，将三站点云传导到 SCENE 中，然后对其进行处理，使之去噪，同时还要进行滤波和拼接操作，就可获得扫描成果。对点云进行拼接，再导入至 3D Reshaper 中，建立三维模型，利用三个控制点进行坐标配准，就可得到基坑的整体变形。然后，单独提取基坑 MN 方向的支护结构，只对沿 Y 轴方向的变形进行保留。调整色阶，就可将各种变形用颜色表示出来。从图中可以看出，基坑整体没有出现变形或者变形轻微。结合工地实际情况，显示红色和黄色区域，根据现场考察，是部分基坑表面的浮土，以及部分还没运走的建筑材料。基坑底部有部分显示红色，为正在进行施工的部分，不是变形。

3.2基坑周边道路沉降监测

本建筑工程项目紧邻大道，拼接和配准第一站和第二站的点云，保留两期的道路点云，建立第一期的道路点云三维模型，并对比检测两期数据。只保留 Z 轴方向的位移，因本次主要是监测道路沉降情况。基坑周边道路不同位置单点的沉降情况。从图中可知，基坑的沉降基本属于毫米级，且集中在- 3mm，这表明基坑周边道路发生了一定的沉降，但变形程度还比较小，在安全范围内。

3.3基坑周边建筑物倾斜监测

本建筑工程项目周边存在高层建筑物，拼接和配准两期点云，采用两点法和法向量法，对周边建筑物进行分析，判断其倾斜情况。鉴于建筑物有较多的窗户，故此先重新定义和配准了两期建筑物的点云，将坐标系 Z 轴垂直向上，Y 轴与第一期墙面向里进行垂直，按照从右向左的方向和顺序，提出 10 组墙面，对其进行倾斜分析。结果显示，两点法获得的最大倾斜率为 0.752，法向量法获得的最大倾斜率为0.752，全都小于倾斜预警值 3，符合标准要求，这表明建筑的倾斜变形是微小的。

结语

综上所述，三维激光扫描技术优势显著，还能节省人力、物力、财力等资源，具有很高的工程应用价值，在建筑工程领域的应用日渐广泛。建筑施工单位在建筑工程施工中，应重视和加强三维激光扫描技术的应用，以确保建筑工程项目施工安全开展，提高工程项目效益。

参考文献：

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