• MAC 和西松建設(Nishimatsu Construction)使用 FARO Focus3D 開發車載掃描系統

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      帶 FARO Focus3D 的車載掃描系統用於測量山嶺隧道專案中挖掘現場的點雲資料。
      MAC 和西松建設(Nishimatsu Construction)使用 FARO Focus3D開發車載掃描系統提高了整體效率,並且點雲測量精度達到 5mm 公差


      在隧道施工中,測量操作被認為是最重要的操作任務之一。橫截面測量操作對於表面建模、剖面測量、工程量計算以及竣工控制尤為重要。然而, 由於獨特的工作環境,隧道測量通常被認為是一項危險的任務

      總部位於市川市,開發山嶺隧道施工管理系統的 MAC Co., Ltd(MAC), 與西松建設有限公司(Nishimatsu Construction)合作,共同開發使用FARO Focus3D 的車載掃描系統。這種先進的掃描系統僅需 6 分鐘即可測量和處理山嶺隧道面的點雲資料,公差範圍達到 5mm。工程師們選擇了FARO Focus3D 用於該系統,因為它具有卓越的電腦自動控制功能、測量速度快和便利性,這些都是精密設備在隧道場地等惡劣環境中工作的重要因素。



      該軟體將點雲資料(頂部)與隧道面的設計剖面圖(底部)進行比較。超挖量在熱圖中進行顏色編碼,任何差異都可以一目了然。

      世界上最精確的山嶺隧道施工管理
       

      “最近,我們觀察到山嶺隧道施工項目的生產力顯著提高了,” MAC 總裁 Hirofumi Miyahara 先生說。“例如,鑽孔精度要求我們確保在設計區域內,將多餘鑽孔(也稱為‘超挖’)抑制在 50mm 內。通過精確的施工控制,我們可以降低材料成本、人工成本和專案持續時間,並提高生產力水準。由於無法目測確定 50mm 的公差,我們需要依靠測量儀器。傳統的全站儀花費過多的時間來獲得大量的點, 影響施工進度。使用三維掃描儀進行測量也需要相當多的時間 - 需要設置設備和參考球,以及進行資料處理。”

      面對這個挑戰,MAC 積極與西松建設共同開發使用 FARO Focus3D 的新型車載掃描系統。Miyahara 先生繼續說道, “我們的系統允許操作員在隧道面周圍進行點雲測量,測量範圍為 10m(車輛前後),精度為 5mm,大約需要 6 分鐘。如果隧道的某些部分沒有達到挖掘橫截面,該資料可以防止錯過這些部分,並確保隧道的規整。”

      車載掃描系統實際上是在一輛貨車車頂上安裝 FARO Focus3D(三維雷射掃描儀)。它可以在短時間內進行快速點雲測量 - 使得許多工能夠在大大縮短的時間範圍內完成,例如爆破鑽孔(鑽孔和爆炸物裝配爆破)、泥漿排放

      在設計掃描系統時,團隊將 FARO Focus3D 安裝在由防振氣墊支撐的自動水準固定支架上,一旦車輛停在測量點, 它就會自動保持水準。

      可伸縮外殼覆蓋並保護 Focus3D。此外,帶有內置棱鏡的四個標記球體提供相對于全站儀的定位。這些標記物允許將點雲資料轉換為座標。該系統的構建使得一系列過程 - 包括水準保持、全站儀內置棱鏡參考球測量、標記旋轉以及掃描 - 都可以通過一鍵自動執行。

      即使測量技術人員不在現場,此功能也可以使施工團隊進行快速檢查。雖然山嶺隧道的施工工作一般是 24 小時不停進行的,但主要承包商人員通常不上夜班。然而,使用MAC 的掃描系統,操作重型機械的工作人員只需點擊平板電腦上的按鈕即可遠端執行點雲測量。

      車載掃描系統還顛覆了通常的假設,即需要高規格的工作站來處理大量的點雲資料。由於團隊特意為系統配備了自動減少資料點數量的功能,因此它可以在運行 1.4GHz Core 2 處理器和 2GB RAM 的低規格電腦系統上輕鬆操作。(移除鑽碎的岩石和挖掘的塵土),以及隧道支撐架設(構造臨時支撐結構以防止岩體坍塌)。該系統的一個主要優點是可以在進行隧道挖掘工作時進行測量。

      在山嶺隧道現場測得的超挖量周向分佈,大多保持在50mm 範圍內。

      安裝在車頂上的 FARO Focus3D 和自動水準固定支架。


      簡化了承包商的隧道維護
       

      以前,當承包商使用普通的三維地面雷射掃描儀或帶有三腳架的全站儀時,對隧道變形的測量僅限於每天一次。為了克服這個挑戰,一些項目業主試圖將三維雷射掃描儀或全站儀永久安置在現場。然而,使用這種方法存在精確性和障礙物的問題,因為測量必須在遠處進行以避免爆破的飛石,並且由於重型機械的使用導致空間也相當有限。

      MAC 的車載掃描系統解決了這些困難。通過在隧道施工期間定期進行三維測量,技術人員可以識別隧道內壁上肉眼不可見的細微位移。這還可以防止在鑽孔作業期間可能發生的事故(例如,從部分坍塌中落下的岩石)。

      標記物具有內置棱鏡,用於與全站儀(頂部)進行座標定位。Focus3D 指向標記物的圓形表面,以進行點雲測量(底部)。

      “最近,日本承包商鼓勵引入施工資訊模型(CIM),也稱為建築資訊模型(BIM)。” Miyahara 先生解釋道。“我們經常被要求在隧道完工時提供竣工點雲資料。有了這些資訊,管理隧道內壁隨著時間推移發生的位移將會容易得多。” 作為嘗試,MAC 於 2016 年 6 月首次引入了 FARO Focus3D 雷射掃描儀。從那以後,他們又購買了 9 台Focus3D 雷射掃描儀,包括用於車載掃描系統的這一台。


      控制移動三維隧道掃描系統的平板電腦 。


      “我們之所以選擇 Focus3D 是因為它可以單獨使用,並提供高速點雲測量和通過 Wi-Fi 快速傳輸資料。” MAC 開發部門負責人 Jyungo Miyachi 先生表示。“此外,由於隧道中固有的惡劣環境,無法避免灰塵和水,因此插拔存儲卡可能對設備造成不利影響。”
      Miyachi 先生補充說:“在該系統的開發中,我們使用應用程式介面(API)和 Focus3D  軟體開發套件(SDK) 來控制車載掃描系統上的操作和資料交換功能。FARO 開發團隊在整個過程中提供了出色的支援。這項售後服務也促使我們決定購買更多 Focus3D 設備。”

      可以通過比較點雲資料來識別隧道內壁(頂部)或隧道面(底部)的任何位移。

      隧道壁的位移也可以在開發視圖和顏色編碼的熱圖中顯示。

       

      關於 MAC Co., Ltd.

      MAC Co., Ltd. 成立於 1971 年,在 IT、電氣工程、土木工程和機械等各個領域擁有專業知識。位於市川市的該公司開發硬體和軟體之間的介面系統,如山嶺隧道測量系統、爆破挖掘鑽孔位置自動導向系統、小直徑盾構彎管測量系統、大型鐵工雷射測量系統,以及其他大型土木工程系統。

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