0 引言

电网建设工程作为优化能源消费结构的重要手段，其建设质量事关国民经济命脉和国家能源安全。国家电网公司将改进工艺作为提升电网建设质量的突破口，对电网工程质量管理、施工工艺和施工技术等方面的成熟经验进行了总结，逐步形成了“标准工艺”系列成果^[1]。变电站建设工程开展标准工艺质量检查是建设管理单位申报国家电网公司优质工程金银奖的关键步骤，检查内容涵盖土建、设备安装、电缆安装等多个专业，在传统的现场检查中，各专业检查人员一般要亲自到场，对工程实体、质量行为等进行全面的考察。本文提出的基于三维激光扫描仪的质量工艺评价新应用，不仅能够完成既有的检查任务，同时也在节约社会资源，节省时间成本以及工程建设过程数字化存档等方面上发挥一定作用

1 工程质量检查新方法及软硬件配置

1.1质量检查新方法

本方法是基于高精度的三维激光扫描仪所获取的变电站点云数据和全景照片以及经过深化设计的变电站三维模型，利用专用的模型对比软件、点云及全景照片浏览软件，通过扫描模型和设计模型自动对比、点云数据测量等方式查找出工程现场的质量问题。

该方法应用后，变电站工程质量监督检查的工作的形式简要介绍如下：在设计阶段，设计人依据变电站工程质量监督检查要点对变电站三维模型进行深化设计，将检查要点通过三维模型体现出来，必要时添加文字说明，方便检查人员理解，最终形成标准的变电站质量监督检查标准模型数据库。在开展变电站各阶段检查的当天，安排专业人员携带扫描仪相关设备到达现场，首先按照事先规划的扫描站点，逐一开展工程实体的扫描、拍摄工作，获取丰富的点云数据和高清晰图像，工作结束后，在现场就可以将点云数据和图像导入到电脑中，通过配套的专业软件中进行后期处理，包括点云数据配准、点云去噪、点云滤波以及导出全景照片，导出数据可以通过高速网络及时发送给检查人员。 

1.2三维激光扫描仪选取

考虑到以上需求，我们最终选择了徕卡ScanStation P40超高速三维激光扫描仪作为主要设备来验证新方法的可行性。该款扫描仪优秀的扫描性能以及外置单反相机功能，能够满足绝大部分质量监督检查的数据采集要求，方便检查人员更全面、更精准的获得现场施工质量信息，其主要特点如下：

① 携带方便，操作简洁。徕卡P40扫描仪体积小巧，上方设置提手，方便移动，如果算上相机、三脚架等配件，也只需一人就可以完成外业操作。其内置徕卡特有的机载程序，功能强大，界面友好.

② 扫描范围广，数据传输方便。徕卡P40扫描仪可以实现在水平方向上360°、垂直方向上290°全方位的测量。256G内置固态硬盘及外接USB设备能够满足大数据量的存储。

③ 专业后处理软件，功能强大。徕卡Cyclone点云后处理软件是三维激光扫描领域主流的点云数据处理软件，可以自动去噪，自动拼接，并可以生成各种成果，如2D绘图功能，测量功能，动画制作，点云发布等等。

1.3扫描仪布点原则

参考标准工艺检查项目和要点，对其进行分类归纳，确定扫描仪在站院内、过道、走廊以及各设备间的布点位置，其总体原则就是在所有布点涵盖到全部检查项目的同时，尽量减少布点数量。

2应用案例

2.1工程介绍

为了验证实际使用效果，选择了北京地区某即将竣工投产的110kV变电站进行应用试验。该变电站终期规模为安装50兆伏安变压器3台，总建筑面积2724平方米。进行试验当天，该工程土建部分基本完工，变电站周边地区地势平坦，扫描后的点云数据无需进行过多处理，因此，选取该工程作为试验对象是较为合理的。

2.2现场作业

2.2.1现场扫描与拍照

本次试验扫描对象为变电站主建筑楼。该建筑楼为地上2层结构，南北长约57米，东西长约31米。徕卡P40的测量距离虽然能够达到270米，但是为了更好的展示扫描效果，本次测试在变电站周围还是选择了6个扫描站点进行扫描（楼顶部未进行扫描），这些站点覆盖到了变电站主控楼的四个方向，最终能够得到一个完整、准确的变电站外观点云数据模型。与此同时，为了展示全景照片的效果，又利用扫描仪自身集成的数码相机在变电站东侧的扫描站点进行了全景照片的拍摄。

图1 变电站主控楼外观

2.2.2点云与照片处理

在完成全部的现场扫描任务后，将扫描仪通过数据线连接至电脑，导入扫描和拍照原始数据进行后续处理，根据实际情况，其处理过程包括点云配准、去噪滤波、点云分割等内容，其中，点云配准就是点云数据的拼接，最终合成一个完整的变电站建筑点云，如果扫描的点云中存在影响模型对比分析的噪声，完全可以剔除进行优化。完成点云数据拼接，生成“.jsv”文件后，也可以在JetStream Viewer软件中进行快速方便的进行点云的浏览、距离测量等操作。

（1）扫描仪重约12公斤，内置水平仪，在整个扫描作业过程中，扫描仪的搬运、水平调试都比较方便， 

（2）根据设置的扫描精度，每个站点扫描时间为2到3分钟，本次试验的扫描数据约2G大小，拷贝至电脑耗时2分钟，6个扫描站点的数据拼接耗时3分钟完成，拼接精度最高2mm。根据本次试验推算，若完成全站的扫描及数据处理任务，工作总共耗时大概需要1天时间。

（3）在点云模型下，对任意两点可以随时进行距离测量，为检查及时提供准确的数据支撑。在全景照片浏览时，也可以随时缩放视图，实现整体布局和细节把控的快速融合。此外，还可以根据需求使用录像、拍照功能进行影像记录。

3 结语

当前，高速度、高精度、高密度的三维激光扫描技术以及点云数据处理技术已经发展的十分成熟，从使用效果上看，这种基于三维激光扫描仪的质量工艺评价方式不仅可以通过点云数据进行测量分析，还能通过专用软件对建筑、设备等进行变形分析，帮助检查人员更精准的查找出工程质量问题，而高质量全景照片的拍摄作为扫描仪的附加功能更是在实体质量评价中得到了充分发挥，软件全方位的点云、照片浏览功能不会遗漏各种细节，截图、视频录制等功能方便记录问题。未来，这种应用不仅能够在电力建设工程中推广使用，还可以应用于其它建筑、制造等对质量工艺有较高要求的领域。远期，还可以通过企业合作的形式，研究与现有远程视频监控系统、机器人巡检系统等成熟应用相结合的技术，生产出更能简约、智能、高效的新型产品。

作者简介：

王宇辉，1984年生，女，本科，中级工程师，主要研究方向为电力工程质量、安全管理。