基于点云数据的大型复杂空间结构数字孪生施工监测技术

摘要

对于大型复杂空间结构具有构件数量多、节点构造复杂等特点，采用传统建模方法存在效率低、计算难度高的问题，难以满足这类大型结构的分析要求。针对该问题，提出了一种基于三维激光扫描技术的大型复杂空间结构数字孪生施工监测方法，并针对大型复杂空间结构的逆向建模技术展开研究。研究过程中，首先借助三维激光扫描技术获取结构点云数据；针对整体点云数据，采用基准点全排列结合ICP算法进行配准处理，并通过统计滤波和体素化方法实现降噪；针对不同截面形式的梁柱，提出采用基于RANSAC算法的中心线拟合方法以提取构件轴线；针对构件的连接节点，提出采用基于近邻点算法的方法进行轴线端点拟合。最后从数字孪生模型的几何精度与有限元分析适用性两方面进行验证。结果表明：基于点云数据构建的数字孪生模型，其精度和有限元结果与BIM设计模型具有高度一致性，这验证了数字孪生技术在几何映射与性能预测方面的精确性，为该技术在施工监测中的应用奠定了基础。

关键词

大型复杂结构 / 点云数据 / 数字孪生技术 / 逆向建模 / 有限元分析 / 施工监测