单兵兵 刘洪飞 方字彬

江南造船(集团)有限责任公司 上海 201913

引言

由于目前我国的自然水系发达，湖泊、江河、海洋资源众多，拥有1.8万多公里沿海海岸线及12.3万公里遍布全国各地的航行路线，古往今来我国的造船业都十分发达，是一个世界知名的船舶业生产大国。现在，凭借先进的工程信息技术如在三维激光扫描等技术手段的帮助下，我国船舶工程行业的发展水平已经呈现出了一种水涨船高的态势。

1 三维激光扫描技术

1.1 三维激光扫描技术的原理

三维激光扫描技术，顾名思义就是采用三维激光对物体进行扫描和检测的扫描方式，从而获得被检测的物体三维数据。它们的主要组成部分是三维激光扫描仪和一些相关电脑软件。激光扫描仪主要指的是一种利用激光扫描仪器对检测到的物体进行三维测量的一种工作原理，通过主动地向其他检测到的激光并同时收到激光检测物体在整个表面所产生的三维反射信号，以便对其他检测到的物体进行测量，记录和分析计算被检测到的物体在密集点位置上的三维坐标、反射频率和它们形状纹理等参数，可快速地重新复建一个从输入到检测一个物体的三维模型和不同的线、面、体形状的信息[1]。

1.2 三维激光扫描技术的特点

相对于传统的工程测绘，三维激光扫描技术可以实现精准地在三维空间内描写设施物体位置、形状，在信息完整性、精度、操作效率等各个方面都比传统的测绘技术更加明显。它的主要特点有以下几个方面：

1.2.1 非接触式测量。测量为非接触式，不影响测量区域的正常工作。

1.2.2 详细测量。仅需几分钟就可以有针对性地为复杂的环境和几何结构物提供一个详细的三维影像。

1.2.3 自动整合。可以直接集成各种高精度的传感器（GPS、罗盘、高度计、倾角仪、多轴补偿器等），自动模拟和复制所有的扫描数据库，并形成完整的三维实体模型。

1.2.4 便携性。部分厂商扫描仪重量仅有5kg，容易携带，可在不借用外部设备的条件下工作。

2 船体建造的三维数据采集

信息技术的飞速发展，深刻改变了我们中国传统的制造业，从产品的组织构思到日常的维护保养等环节，每一项技术在生产操作的整个过程中必须用信息化、数字化形式完成。由于现代化船舶的产品结构复杂，对生产精度的技术要求很高，品种多批量小，在其生产建造和工艺流程中的变动量大，配套装备多，对于现代化的船舶产品制造柔性化、快速反馈等技术要求很高，因此，迫切需要用一种更加数字化的技术手段来替代传统船舶的制造、保养和维护管理模式。

2.1 初步设计

对于新型轮船的设计而言，船体的设计常常采用对母型轮船进行改装的一种新颖设计形式。母型轮改造设计中虽然有时候还会需要一些详细的关于母型轮改造的数据提供我们参照，但往往都会出现大量的数据丢失，尤其最重要的就是在母型轮改造船型线上出现了大量的数据丢失，那就必须经过三维测量之后才能够准确得到，而三维测量可以给我们提供一个相应的解决方案。

2.2 建造过程精度控制

船体在其建造的过程中，因为受到各种自然客观条件的影响，结构件、分段、总部及其主尺寸等在设计图纸的公称尺寸之间都存在着较大的偏差，通过这种测量方法我们就可以准确地获取到一个船体的总部形态特点，同时还能够将所有需要测量的数据进行综合分析处理，计算出船体三维拼装的精度和误差，得出其用于建造真实的材料，进而控制并且指导施工流程，减少了船体三维的拼装误差，能够显著地提高它的建造技术水平与质量[2]。

2.3 完工存档

船体建造顺利地完成，除了依靠基础性原理等已经完工的资料外，为了便于监管，整理准确的三维模型和数据也是今后普遍需要的。

3 三维扫描技术在船体建造的应用

3.1 船体测量应用

相较于全站仪船体立体的检测，通过三维激光扫描测量，便于精度管理点的全覆盖测量，检测人员不需要专人放置标靶，也无须登高作业，可以安全、快速地整合测量数据，通过比较设计模型数据和3D扫描数据，可以利用目视化管理加速对船体分段的精度管理工作。

3.2 船体OTS（one-time-setting）应用

不用确定标靶的位置，直接进行任意测量即可，使得测量时间及分析时间实现最小化。使用全站仪测量时不会漏掉测量点，因为部材的厚度都已经进行了标识，所以不用考虑理论性的位置。

3.3 船体变形应用

通过主板的变形引起的扁平度尺寸变化，可以通过颜色轻易地确认，也可以轻易得到变形量修改信息，并快速进行修改分段比较薄的情况，在放置时产生了变形的情况，可以确认下沉量，这样在放置时就可以准备对应方法和强化基准。

3.4 工程监理

船体的建造特别是改装工程项目，一般都会采用复杂的船体设计和施工过程，而由于大部分海工建筑物项目的材料费和人力资源的成本极其昂贵，在施工期间还必须根据设计、现场相互匹配的实际情况，对其进行实时的监视：在整个项目正式启动之前，对整个施工过程都是进行了测绘和记录；项目施工作业完成后，对整个过程再一次进行了扫描施工和建模操作，快速分析了设计过程中的偏差及物量状态；该工程在施工全部完成后，存档的文件可以供用于后期的工程变更[3]。

4 结束语

综上所述，三维激光扫描测量技术是一套成本少、投入风险小、效果好的创新型测量方法，能够被广泛应用于船体的各个制造周期。随着我国船舶行业的进步和飞速发展，建造、升级、改装、维护维修以及测量监控等工作日趋多样化和快捷，运用三维激光扫描技术将有助于大幅度地降低风险，提高工作效率，减少生产成本，提升企业整体的市场竞争力。