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。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年正式通車以來，平均每天有超過7萬輛汽車駛過大橋。海水蘊(yùn)含的水汽和鹽分、灣區(qū)炎熱的氣候、汽車排放的尾氣和產(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250顆鉚釘�！盜ndicate 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)問題；最后還有生態(tài)層面的考量，在鯨魚交配季節(jié)，限制人類近水活動(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)無需連接電源線和筆記本電腦，真正實(shí)現(xiàn)了無線式操作。

無線式的掃描設(shè)備，為懸在海面上空的操作人員省去了大量的麻煩。即開即用，無需貼點(diǎn)，適應(yīng)了跨海大橋上的特殊工況。高達(dá)3500萬點(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，在戶外陽光照射下仍可正常工作。

“沒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的無線式操作，無標(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，開始掃描。上午9:30-10:30，我們開車回辦公室并導(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)將為無數(shù)代工程師、建筑師和檢查員所用。