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摘　要：通過(guò)工程實(shí)例提供對多向多角度鋼構件加工、預拼裝及安裝檢測保證工程質(zhì)量的一種手段。這種方法簡(jiǎn)單易行，利用全站儀配合計算機技術(shù)即可完成構件的模擬掃描、建模、復模、修整及預拼裝、預安裝等一系列工程施工及質(zhì)量控制過(guò)程。與傳統實(shí)體檢測、預拼裝方法相比，減少了大量的施工場(chǎng)地、人力、機械投入，只需幾個(gè)人即可完成施工的測量控制過(guò)程，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證了施工質(zhì)量，大大降低了施工成本，實(shí)現了低成本、高效率、 高效益，值得在復雜鋼結構工程中進(jìn)行推廣應用。
      關(guān)鍵詞：鋼結構；仿真測量；三維掃描；結構檢測
      0 前 言
      我國近年鋼結構產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，尤其在民用高層、公共建筑、工業(yè)建筑等大多采用鋼結構設計，目前高層建筑最大高度已超過(guò)500m，如上海中心高度632m，迪拜哈利法塔高度達到828m；公共建筑的最大跨度已超過(guò)100m，如北京五棵松籃球館跨度120m，國家體育場(chǎng)長(cháng)軸跨度332.3m，短軸296.4m。隨著(zhù)大跨度、超高層建筑的發(fā)展及人們審美觀(guān)念的日益提升，鋼結構這一優(yōu)勢結構體系廣泛應用開(kāi)來(lái)，隨之而來(lái)的就是復雜的結構體系里有大量的多向多角度的復雜鋼構件，如何控制這些復雜鋼構件的加工及安裝精度不是一般鋼構企業(yè)能夠做到的，這也是業(yè)界的一個(gè)難題。下面就結合國內現狀及自身的一些經(jīng)歷來(lái)講述構件加工及安裝過(guò)程中如何利用三維仿真測量技術(shù)進(jìn)行構件及工程的質(zhì)量檢測與控制技術(shù)。
      1 示例工況
      以青島萬(wàn)邦中心工程斜切角部位一個(gè)復雜節點(diǎn)柱SC16-1(圖1)為例。鋼柱下部斷面為兩個(gè)箱形支撐牛腿(□1200×800×80)從水平夾角96.26°的兩個(gè)方向向上匯交托起一個(gè)異型鋼柱(飛機形1224×621/167×80)及一個(gè)H型(H800×700×80×80)斜支撐牛腿，中間部位有樓層梁的連接牛腿及節點(diǎn)板。
      本構件相當復雜，空間角度多，構件有6個(gè)方向的安裝連接，且主要鋼板厚度均為80mm，主 要焊縫均要求一級，構件制作焊接量大，焊接變形不易控制，構件加工后各連接節點(diǎn)尺寸檢測困難，不易保證，構件制作難度很大。對于這類(lèi)的復雜構件一般工藝均采取預拼裝方法，來(lái)控制加工尺寸，保證節點(diǎn)連接，但是這樣巨型的三維構件由于空間所限只能采用多次平面預裝方法，預裝精度也只能保證各平面連接，不能完全保證空間連接，構件加工質(zhì)量從根本上不易保證。因此決定采用仿真測量技術(shù)檢測構件質(zhì)量，并對此構件節點(diǎn)群進(jìn)行整體預裝。

 
圖1 SC16-1立體圖 (鋼結構三維掃描測控方法)

 2 構件仿真測量技術(shù)
      本技術(shù)根據國內現有條件采用全站儀進(jìn)行鋼構件的三維測量，根據鋼構件的幾何特征，確定并測量數個(gè)重要的幾何特征點(diǎn)，然后將測量得到的點(diǎn)輸入到計算機，利用計算機描繪出構件的三維模擬圖形，即模擬構件。
      1）將構件平放在穩定的平臺上，在構件上做出兩個(gè)基準點(diǎn)，以便測量倒點(diǎn)。
      2）在構件上做出測量點(diǎn)，實(shí)際測量及點(diǎn)位如圖2所示。

 
圖2 SC16-1測量(鋼結構三維掃描測控方法)

a.確定出模擬構件的基準面和基準點(diǎn)。在構件上選擇一個(gè)重要的端面做為基準面，在基準面上確定數個(gè)點(diǎn)，選擇一個(gè)做為基準點(diǎn)。
       b.在構件各端面、梁連接牛腿端面、柱體做出測量點(diǎn)，一般按每端面最少3點(diǎn)來(lái)做，如果采用多點(diǎn)，其他點(diǎn)作為參考點(diǎn)。這樣即可精確定位每個(gè)連接面。
       c.因為棱角上的點(diǎn)偏差較大，做點(diǎn)時(shí)要注意盡量不要選擇棱角上的點(diǎn)， 一定要選擇面上的點(diǎn)，這樣做出的模擬構件精度很高。
       3) 實(shí)體測量。
       實(shí)體測量時(shí)要注意測量精度的控制，以盡量少的轉站測量盡可能多的點(diǎn)，以減少系統誤差。如果有螺栓孔，可以采用坐標測量，或用鋼尺測量出與端面的關(guān)系。做好測量記錄。
       4) 模擬構件制作。
       a.在A(yíng)UTOCAD中建立三維坐標系統。
       b.根據測量記錄輸入各點(diǎn)位坐標并標識。
       c.根據輸入的點(diǎn)做出相應的模擬平面。
       d.將模擬平面擴展連接成模擬構件，在模擬構件上做出定位軸線(xiàn)、定位平面及定位基準點(diǎn)。
       e. 制作模擬構件時(shí)一定要以定位基準點(diǎn)、各測量平面定位點(diǎn)為中心做圖，這樣做出的模擬構件才能更真實(shí)準確的反映實(shí)體構件的尺寸。
       f.將制作完成的模擬構件定義成塊，模擬構件制作完畢。在計算機內制作出的模擬構件見(jiàn)圖3。

圖3 模擬構件(鋼結構三維掃描測控方法)
 

3  鋼構件仿真檢測技術(shù)
       模擬構件制作完成后，即可以在計算機內進(jìn)行構件幾何檢測，具體操作如下。
       1) 從設計三維模型中取出構件SC16-1的三維理論模型。
       2) 將理論模型與模擬構件放在同一三維系統中，確定共同的基準點(diǎn)、基準軸線(xiàn)、基準面，基準點(diǎn)應選擇軸線(xiàn)交點(diǎn)，基準面應選擇主連接面。
       3) 以基準點(diǎn)為中心旋轉模擬構件，使基準點(diǎn)、基準軸線(xiàn)、基準面重合，即進(jìn)行復模(圖4)。

圖4 構件復模圖(鋼結構三維掃描測控方法)

4) 復模后檢查測量各連接部位節點(diǎn)尺寸偏差，做好標記，提供修整數據供施工班組對構件修整。
      5) 工廠(chǎng)修整后再重新測量、建模、復?；蛐拚ぷ?，直至構件合格。
      4  鋼構件仿真預拼裝技術(shù)
      在構件測控合格后，可進(jìn)一步利用實(shí)際構件模型在計算機內完成完成構件預拼裝工作。
      1) 在計算機內利用AUTOCAD建立三維做標系統，做出結構的三維軸線(xiàn)。
      2) 將已做好的模擬構件放出到三維坐標系統中，以相應軸線(xiàn)交點(diǎn)為基準點(diǎn)擺放全部模擬構件，預拼裝效果如圖5。
      3) 檢查各連接點(diǎn)尺寸：如連接間隙、定位板位置、高強螺栓連接板孔距，并可由此確定高強螺栓連接板孔位，做出高強螺栓連接板詳圖，提供數控鉆床鉆孔。這樣即保證了節點(diǎn)連接尺寸，又保證了高強螺栓連接節點(diǎn)的過(guò)孔率。

 
圖5 構件預裝效果圖(鋼結構三維掃描測控方法)

4) 標注各連接尺寸，節點(diǎn)連接編號，打印出圖提供給安裝單位以便安裝工作按預裝效果進(jìn)行。從而保證了鋼結構工程的整體質(zhì)量。
      5  結 語(yǔ)
      對于工廠(chǎng)的鋼構件加工，采用現代化測量手段(全站儀)及計算機三維模擬技術(shù)進(jìn)行構件檢測及預拼裝是可行的，相比傳統的實(shí)體檢測、預裝工藝，具有節約施工投入--減少大量施工場(chǎng)地、人力、機械投入，只需幾個(gè)人即可完成構件的檢測工作，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證了施工質(zhì)量，大大降低了施工成本，實(shí)現低成本、高效率、高效益。另外本技術(shù)也可以應用在鋼結構的模擬安裝中，以提高安裝施工質(zhì)量。
      參考文獻
      [1] 劉慶明，鋼結構三維掃描測控方法[P] 200810180512.5. 中國.2010-06-23.（中國二十二冶集團有限公司金屬結構工程分公司，河北 唐山 064000）