一种基于三维激光扫描的钢结构损伤检测方法与流程

本发明涉及全域扫描领域，具体涉及一种基于三维激光扫描的钢结构损伤检测方法。

背景技术：

1、在桥梁工程和建筑结构的建造过程中，钢结构因其轻质高强的特性而得以广泛应用。架设、拼装钢结构时，钢结构可能会出现各种损伤情况，如撞击、变形等。这些损伤可能会对钢结构的安全性和完整性造成潜在威胁。因此，及时检测和评估这些损伤变得至关重要。

2、传统的钢结构损伤检测方法通常依赖于全站仪和水准仪，但存在一定的局限性。首先，这两种仪器难以准确捕捉到微小但重要的损伤，对于复杂的结构，其准确性更低。其次，由于架设过程中环境条件复杂多变，传统方法的可行性和准确性常常受到限制。最后，全站仪和水准仪测量需要消耗大量时间和人力资源，检测过程中需要多种手段配合使用，检测数据存档繁琐、不直观，且部分指标检测精度受人为因素影响较大等。因此，传统的钢结构损伤检测方法准确性差、检测过程繁琐、耗时长。

技术实现思路

1、本申请提供一种基于三维激光扫描的钢结构损伤检测方法，可以解决相关技术中钢结构损伤检测方法依赖于全站仪和水准仪导致检测准确性差、检测过程繁琐、耗时长的技术问题。

2、本申请实施例提供一种基于三维激光扫描的钢结构损伤检测方法，包括以下步骤：

3、获取待检测钢结构的点云数据，以建立所述钢结构的三维点云模型；

4、将所述三维点云模型与所述钢结构的bim模型进行对比，以得到用于初步判断所述钢结构损伤区域的点云偏差云图；

5、建立所述钢结构的有限元模型，通过所述点云偏差云图对所述有限元模型进行修正，以得到用于精确判断所述钢结构损伤区域的应力图。

6、在一种实施方式中，所述建立所述钢结构的有限元模型，通过所述点云偏差云图对所述有限元模型进行修正，以得到用于精确判断所述钢结构损伤区域的应力图包括：

7、建立所述钢结构的有限元模型，模拟所述钢结构的损伤情况；

8、根据所述点云偏差云图进行对比，通过调整所述有限元模型的参数使得所述有限元模型的模拟结果与所述点云偏差云图一致，得到修正后的有限元模型；

9、基于修正后的所述有限元模型计算结构应力值，得到所述应力图。

10、在一种实施方式中，所述基于三维激光扫描的钢结构损伤检测方法还包括：

11、对所述点云偏差云图中所述钢结构的桥面变形区域进行断面分析，以得到用于辅助判断所述钢结构损伤区域的钢结构变形图。

12、在一种实施方式中，所述对所述点云偏差云图中所述钢结构的桥面变形区域进行断面分析，以得到用于辅助判断所述钢结构损伤区域的钢结构变形图包括：

13、对所述点云偏差云图中所述钢结构的桥面变形区域设定阈值；

14、对超过阈值的桥面变形区域按照横桥向和顺桥向划分断面图；

15、在所述断面图中测量超出阈值的长度，将横桥向和顺桥向各断面区域首尾相连，得到所述钢结构变形图。

16、在一种实施方式中，划分断面图时，根据所述钢结构的大小均匀设定不同的间隔。

17、在一种实施方式中，所述基于三维激光扫描的钢结构损伤检测方法还包括：

18、对所述钢结构的杆件进行偏转分析，以得到用于判断所述杆件损伤区域的杆件损伤结果。

19、在一种实施方式中，所述对所述钢结构的杆件进行偏转分析，以得到用于判断所述杆件损伤区域的杆件损伤结果包括：

20、获取所述钢结构的杆件平面度、所述杆件之间的垂直度，以确定所述杆件的变形区域；

21、通过所述点云数据获取相邻杆件的夹角、所述杆件与桥面的夹角与设计值的偏差，以确定所述杆件的偏转区域。

22、在一种实施方式中，所述获取待检测钢结构的点云数据，以建立所述钢结构的三维点云模型包括：

23、三维激光扫描仪对待检测钢结构进行三维激光扫描，以获取所述点云数据；

24、处理所述点云数据，以三维坐标格式导出，建立所述钢结构的三维点云模型。

25、在一种实施方式中，所述三维激光扫描仪为多个，环绕所述钢结构设置，所述三维激光扫描仪的扫描面覆盖整个所述钢结构。

26、在一种实施方式中，所述将所述三维点云模型与所述钢结构的bim模型进行对比，以得到用于初步判断所述钢结构损伤区域的点云偏差云图包括：

27、选取所述三维点云模型中所述钢结构的多个特征点作为基准点，与所述钢结构的bim模型中对应点对齐；

28、将所述三维点云模型与所述bim模型进行叠差分析，形成最优匹配；

29、获取所述三维点云模型与所述bim模型在对应位置的偏差结果，绘制色谱云图作为所述点云偏差云图。

30、本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：

31、本申请提供一种基于三维激光扫描的钢结构损伤检测方法，基于三维激光扫描技术获取钢结构的高精度点云数据，建立受损钢结构的精确三维点云模型；再通过三维点云模型与基于设计图纸建立的bim模型进行对比，得到的点云偏差云图可以初步判断钢结构损伤区域，如具体的损伤位置和变形程度；然后根据点云偏差云图对有限元模型进行修正，更准确地对钢结构的撞击和变形过程进行模拟，基于修正后的有限元模型计算钢结构各处的应力情况，快速准确地得出钢结构任意位置处的变形情况，从而精确确定钢结构中受损区域、损伤未超过钢结构的塑形变形阈值区域和未损伤区域。无需依赖于全站仪和水准仪，基于三维激光扫描，以非常高的精度快速捕捉钢结构的几何数据，可以更准确地检测小尺寸或微小变形，同时大大提高了检测效率，高效、精确、全面评估钢结构的受损情况。

技术特征：

1.一种基于三维激光扫描的钢结构损伤检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的基于三维激光扫描的钢结构损伤检测方法，其特征在于，所述建立所述钢结构的有限元模型，通过所述点云偏差云图对所述有限元模型进行修正，以得到用于精确判断所述钢结构损伤区域的应力图包括：

3.如权利要求1所述的基于三维激光扫描的钢结构损伤检测方法，其特征在于，所述基于三维激光扫描的钢结构损伤检测方法还包括：

4.如权利要求3所述的基于三维激光扫描的钢结构损伤检测方法，其特征在于，所述对所述点云偏差云图中所述钢结构的桥面变形区域进行断面分析，以得到用于辅助判断所述钢结构损伤区域的钢结构变形图包括：

5.如权利要求4所述的基于三维激光扫描的钢结构损伤检测方法，其特征在于，划分断面图时，根据所述钢结构的大小均匀设定不同的间隔。

6.如权利要求1所述的基于三维激光扫描的钢结构损伤检测方法，其特征在于，所述基于三维激光扫描的钢结构损伤检测方法还包括：

7.如权利要求6所述的基于三维激光扫描的钢结构损伤检测方法，其特征在于，所述对所述钢结构的杆件进行偏转分析，以得到用于判断所述杆件损伤区域的杆件损伤结果包括：

8.如权利要求1所述的基于三维激光扫描的钢结构损伤检测方法，其特征在于，所述获取待检测钢结构的点云数据，以建立所述钢结构的三维点云模型包括：

9.如权利要求8所述的基于三维激光扫描的钢结构损伤检测方法，其特征在于，所述三维激光扫描仪为多个，环绕所述钢结构设置，所述三维激光扫描仪的扫描面覆盖整个所述钢结构。

10.如权利要求1至9任一项所述的基于三维激光扫描的钢结构损伤检测方法，其特征在于，所述将所述三维点云模型与所述钢结构的bim模型进行对比，以得到用于初步判断所述钢结构损伤区域的点云偏差云图包括：

技术总结
本申请涉及一种基于三维激光扫描的钢结构损伤检测方法，包括：获取待检测钢结构的点云数据，以建立钢结构的三维点云模型；将三维点云模型与钢结构的BIM模型进行对比，以得到用于初步判断钢结构损伤区域的点云偏差云图；建立钢结构的有限元模型，通过点云偏差云图对有限元模型进行修正，以得到用于精确判断钢结构损伤区域的应力图。本申请通过获取钢结构的高精度点云数据，建立受损钢结构的精确三维点云模型；再通过三维点云模型与基于设计图纸建立的BIM模型进行对比，得到的点云偏差云图可以初步判断钢结构损伤区域；然后根据点云偏差云图对有限元模型进行修正，更准确地对钢结构的撞击和变形过程进行模拟，全面评估钢结构的受损情况。

技术研发人员：钟继卫,黄启文,王熊珏,柴小鹏,盛兆琦,查宇恒,彭梦琪,李逸,余文志
受保护的技术使用者：中铁大桥局集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21