在海面上空56米三維掃描舊金山大橋,，完整采集橋梁鋼板數(shù)據(jù)

導(dǎo)讀：舊金山里士滿-圣拉斐爾大橋建于20世紀(jì)50年代,。在數(shù)十年的高強(qiáng)度使用后,，在高溫,、海水以及化學(xué)元素侵蝕的多重因素作用下,，橋梁出現(xiàn)了較大程度的磨損,，部分生銹的鋼板急需更換,。由于當(dāng)年的施工圖紙已經(jīng)散失，需要直接采集鋼板的測(cè)量數(shù)值,。

一橋飛架東西,，天塹變通途

早在20世紀(jì)20年代,，加州政府就產(chǎn)生了初步想法，希望建造一座跨海大橋,，連接舊金山東部和西部海灣,。大橋建設(shè)方案自提出以后，經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次修改和推遲,。直至20世紀(jì)50年代,，在二戰(zhàn)后人口增長(zhǎng)和工業(yè)繁榮的背景下，舊金山灣區(qū)兩岸的交通需求極其旺盛,。提案最終確定,，建造一座連接?xùn)|岸的里士滿和西岸的圣拉斐爾的跨海大橋。

1953年3月,，大橋開(kāi)始破土動(dòng)工,。歷時(shí)三年半的建設(shè)，至1956年9月,，大橋正式建成通車(chē),。從此，一橋飛架東西,，舊金山灣區(qū)天塹變通途,。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，自1956年正式通車(chē)以來(lái),，平均每天有超過(guò)7萬(wàn)輛汽車(chē)駛過(guò)大橋,。海水蘊(yùn)含的水汽和鹽分、灣區(qū)炎熱的氣候,、汽車(chē)排放的尾氣和產(chǎn)生的震動(dòng)……多種因素已經(jīng)對(duì)大橋造成了嚴(yán)重的損耗和破壞,。橋梁整修迫在眉睫。

Danny's Construction公司承接了本次里士滿-圣拉斐爾大橋的整修項(xiàng)目,。該公司是一家專(zhuān)業(yè)從事鋼結(jié)構(gòu)以及大型結(jié)構(gòu)建造和維護(hù)的成熟供應(yīng)商,。由于上世紀(jì)50年代大橋的施工圖紙已經(jīng)散佚，且為了達(dá)到理想的整修效果,，Danny's Construction公司希望找到一種全新方式,，獲取到橋梁鋼板的精確測(cè)量值。幾經(jīng)周折,，他們終于找到了Artec 3D金牌認(rèn)證經(jīng)銷(xiāo)商Indicate Technologies Inc,。

“客戶希望測(cè)量鋼板，以及鋼板上鉚釘?shù)臏?zhǔn)確位置,。每塊鋼板上有超過(guò)250顆鉚釘,。”Indicate Technologies Inc的工程師馬西奧·阿達(dá)米表示,。為了確保新生產(chǎn)的用于替換的鋼板在安裝時(shí)能夠嚴(yán)絲合縫,，所采集的測(cè)量數(shù)據(jù)必須高度精確,。

△每塊鋼板上有超過(guò)250個(gè)鉚釘，每個(gè)鉚釘都需要準(zhǔn)確捕獲

特殊工況下的唯一解決方案

在敲定鋼板的測(cè)量方案時(shí),，需要考慮到以下因素：首先,，操作位置懸在半空中，在海面上空56米的高處,；其次，大橋保持正常通行狀態(tài),，車(chē)輛川流不息,；當(dāng)然灣區(qū)的強(qiáng)烈日照和肆虐的狂風(fēng)也是一個(gè)問(wèn)題；最后還有生態(tài)層面的考量,，在鯨魚(yú)交配季節(jié),，限制人類(lèi)近水活動(dòng)。

簡(jiǎn)而言之,，需要一位操作員系著安全繩,，快速滑到大橋的外側(cè)部分，捕獲每塊鋼板的所有表面細(xì)節(jié),。

在這種特殊工況下的解決方案已經(jīng)呼之欲出：Artec Leo,。

Artec Leo是一款無(wú)線手持式三維掃描儀。這款設(shè)備具有機(jī)載數(shù)據(jù)處理能力,，內(nèi)置電池,，搭載觸控屏，在使用時(shí)無(wú)需連接電源線和筆記本電腦,，真正實(shí)現(xiàn)了無(wú)線式操作,。

無(wú)線式的掃描設(shè)備，為懸在海面上空的操作人員省去了大量的麻煩,。即開(kāi)即用,，無(wú)需貼點(diǎn)，適應(yīng)了跨海大橋上的特殊工況,。高達(dá)3500萬(wàn)點(diǎn)/秒的數(shù)據(jù)捕獲速度,，在極短時(shí)間內(nèi)完成數(shù)據(jù)采集，盡可能減少對(duì)交通的干擾,。VCSEL光源不懼強(qiáng)光,，在戶外陽(yáng)光照射下仍可正常工作。

“沒(méi)有其它解決方案可以替代,，Artec Leo正是為此而設(shè)計(jì)的,。”

△位于海面上空56米的高處,，掃描工作必須快速安全地完成,。Artec Leo的無(wú)線式操作,，無(wú)標(biāo)記點(diǎn)數(shù)據(jù)跟蹤起到了至關(guān)重要的作用

阿達(dá)米介紹道：“當(dāng)?shù)玫街鞴懿块T(mén)的許可在橋上工作，我們只有一小段時(shí)間,。我們需要在早上5:30-6:00之間到達(dá),，對(duì)掃描工作進(jìn)行簡(jiǎn)單規(guī)劃，然后穿戴安全繩和頭盔,，開(kāi)始掃描,。上午9:30-10:30，我們開(kāi)車(chē)回辦公室并導(dǎo)出數(shù)據(jù),�,！�

考慮到掃描時(shí)間緊，掃描工作量大,，工況特殊以及天氣條件多變,，整個(gè)項(xiàng)目前后耗費(fèi)了數(shù)個(gè)月的時(shí)間。工程師共8次來(lái)到現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù),，最終完成了所有鋼板的掃描,。工作的第一階段——采集數(shù)據(jù)宣告結(jié)束。

一天時(shí)間搞定數(shù)據(jù)后處理

采集到鋼板的完整三維數(shù)據(jù)后,，工作進(jìn)入了第二階段——數(shù)據(jù)后處理,。

“我們將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Artec Studio軟件，刪去不需要的部分,，對(duì)齊數(shù)據(jù),，運(yùn)行全局配準(zhǔn)，并通過(guò)尖銳融合生成網(wǎng)格數(shù)據(jù),，然后將文件以STL格式導(dǎo)出,。”

隨后,，工程師將STL文件導(dǎo)入Geomagic DesignX軟件進(jìn)行下一步處理,，并以PTS格式導(dǎo)出。接下來(lái)將文件導(dǎo)入Autodesk軟件,，進(jìn)行SBU繪圖,。在某些情況下，后期處理可以在一天內(nèi)完成,。

最大的困難其實(shí)是：“在大風(fēng),、寒冷和日照的環(huán)境中克服你的恐懼�,！�

△想象一下身下就是滔滔海浪

節(jié)約大量時(shí)間和成本

八個(gè)月后,，大橋上的全部鋼板均已替換完成，安裝效果嚴(yán)絲合縫。據(jù)保守估計(jì),，采用Artec Leo三維掃描儀幫助項(xiàng)目方節(jié)省了75%-90%的測(cè)量時(shí)間,。

高精度的測(cè)量數(shù)據(jù)為隨后的鋼板制造提供了良好的參照，大大降低了返工率,，從而降低了制造成本,。

下一階段的計(jì)劃是：對(duì)替換上去的新鋼板進(jìn)行三維掃描，數(shù)字化存檔,，以供未來(lái)世代的橋梁檢修人員查看并參考,。精確到0.1mm的測(cè)量數(shù)據(jù)將為無(wú)數(shù)代工程師、建筑師和檢查員所用,。