基于激光扫描技术的建筑结构监测与评估

基于激光扫描技术的建筑结构监测与评估

1蔡启娜     2张宝刚

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摘要：

本文深入探讨了基于激光扫描技术的建筑结构监测与评估方法及其应用。通过详细介绍激光扫描技术的原理，突出了其在建筑领域的关键应用领域，包括建筑结构的变形监测、建筑物的完整性评估以及建筑工程的质量控制。这些应用为建筑领域提供了高精度、高效率的解决方案，有助于提高建筑物的安全性、可靠性和质量。

关键词：激光扫描技术；建筑结构监测与评估；变形监测；完整性评估

1、引言

建筑工程作为社会基础设施和生活必需的一部分，一直在不断发展和扩展。然而，随着建筑结构的复杂性和规模的增加，建筑工程所面临的挑战也在不断增加。其中一个关键问题是建筑质量的保障和控制。建筑质量不仅关系到建筑物的安全性和可持续性，还影响着社会经济的稳定和可持续发展。因此，建筑工程的质量控制变得至关重要。传统的建筑工程质量控制方法存在一些局限性，如人工检查的主观性和不足以覆盖整个建筑结构。因此，需要引入先进的技术和方法来提高质量控制的精度和效率。在这个背景下，激光扫描技术应运而生，为建筑工程的质量控制提供了一种全新的方式。本文的目的是深入探讨基于激光扫描技术的建筑结构监测与评估方法及其应用，以促进对这一领域的研究和实践。

2、激光扫描技术的原理

激光扫描技术作为一种高精度的三维数据采集方法，广泛应用于建筑结构监测与评估领域。其原理基于激光的发射、传播、反射和接收，构建了目标物体的精确三维模型。以下将详细介绍其原理。

激光扫描技术使用激光器发射一束激光光束。这束激光光束被导向目标物体表面，以极高的精度。在激光束照射到目标表面后，光子与表面交互，其中一部分光子被吸收，但另一部分光子会以极快的速度反射回激光扫描仪上的接收器。接收器记录了反射光子的时间和角度信息，这些数据与激光束的发射时间一起用来计算光的传播时间。根据光的传播速度（通常为光速），可以精确计算出激光光束从仪器发射到目标表面并返回的时间。由于光速极快，计时的精确度非常高，因此可以测量出非常短的时间差，用以确定光的传播距离。通过测量激光光束的发射和返回时间，并考虑扫描仪的位置和角度，激光扫描仪可以创建大量的距离数据点。这些数据点构成了三维点云，精确表示了目标物体的表面形状和结构。这些点云数据可以用于后续的建筑结构监测和评估。

3、激光扫描在建筑结构监测与评估中的应用

3.1 建筑结构的变形监测

在建筑工程领域，建筑结构的变形监测是确保建筑物安全性和可持续性的至关重要的一环。随着建筑物的不断使用和外部环境的影响，建筑结构可能会发生各种形式的变形，如裂缝、位移、变形等。这些变形可能会威胁到建筑物的结构完整性，因此需要及时监测和评估。激光扫描技术作为一种高精度、高效率的监测工具，为建筑结构的变形监测提供了强大的支持。它通过发射激光束，测量光的传播时间，从而精确测量建筑结构表面的点云数据。这些点云数据构成了建筑物的三维模型，能够准确反映建筑结构的形状和位置。应用激光扫描技术，工程师可以周期性地监测建筑物的表面，捕捉到微小的变形。通过比较不同时间点的点云数据，可以分析变形的幅度和速度，以便及时发现潜在的问题。例如，在地震后，激光扫描可以用来评估建筑物是否受到损害，以采取必要的维修措施。此外，激光扫描还可以用于长期变形监测，如建筑物的沉降、墙体的位移等，以确保建筑结构的稳定性。

3.2 建筑物的完整性评估

建筑物的完整性评估是建筑工程领域至关重要的任务之一，它直接关系到建筑物的安全性、可持续性和质量。在建筑物的使用寿命内，不断受到外部环境和内部力学作用的影响，建筑结构可能会出现各种问题，如裂缝、腐蚀、变形等。因此，建筑物的完整性评估变得不可或缺，以确保其长期的安全和可靠使用。激光扫描技术作为一种高精度、高效率的工具，为建筑物的完整性评估提供了新的途径。第一，激光扫描技术可用于检测建筑物表面的缺陷和损伤。它能够捕捉到微小的裂缝、腐蚀和磨损，准确度高，有助于工程师评估这些问题的严重程度，并采取相应的修复措施。此外，激光扫描还能够帮助工程师检查建筑物的结构完整性，包括墙壁、楼板、梁和柱等结构构件的状态。第二，激光扫描可以用于验证建筑物是否符合设计要求和标准。通过与设计模型进行比对，工程师可以量化建筑物的尺寸和几何形状，确保其与设计一致。这有助于预防施工误差和确保建筑质量达到预期水平。

3.3 建筑工程的质量控制

在现代建筑工程中，确保项目的质量和符合设计规范是至关重要的任务之一。激光扫描技术已经成为建筑工程质量控制的强大工具，为工程师和监理人员提供了高精度、高效率的方式来监测和验证建筑工程的质量。首先，激光扫描技术可用于验证建筑物的几何尺寸是否符合设计要求。通过与设计模型进行比对，可以精确测量各个构件的尺寸和位置，以确保其准确性。这对于避免施工误差和确保建筑物的整体质量至关重要。此外，激光扫描还可以用于检查建筑物的水平和垂直度，确保结构平整度达到要求。其次，激光扫描技术还可用于检测施工过程中的缺陷和不一致性。通过定期扫描建筑工地，可以及时发现问题，如混凝土裂缝、结构偏差等。这有助于施工团队迅速采取纠正措施，避免潜在的质量问题积累和加重。此外，激光扫描还可用于建筑物的细节检查，包括墙壁的平整度、楼板的水平度等。这些精确的数据有助于确保建筑工程达到高质量标准，并提供了便于施工进度监控的信息。

结语：

基于激光扫描技术的建筑结构监测与评估具有广泛的应用前景，能够在建筑领域提高建筑物的安全性、可靠性和质量。通过变形监测、完整性评估和质量控制等关键应用，我们可以及时发现潜在问题，采取预防性维护措施，确保建筑工程的顺利进行。未来，随着激光扫描技术的不断发展和改进，其在建筑领域的应用将变得更加精确和高效，为建筑工程的可持续发展提供更多可能性。因此，我们鼓励进一步研究和应用激光扫描技术，以推动建筑领域的进步和创新。

参考文献：

[1]姚习红,陈浩,加松等.三维激光扫描建筑信息建模技术在超高层钢结构变形监测中的应用[J].工业建筑,2019,49(02):189-193.DOI:10.13204/j.gyjz201902035.

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[3]许良梅,王友光,田朋飞等.三维激光扫描技术在施工精准控制中的应用与研究——以装配式钢结构建筑为例[J].安徽建筑,2019,26(10):118-119.