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三维激光扫描技术在工厂数字化的应用

一、项目背景

制造业是国民经济的主体，是立国之本，强国之基。“工业4.0”正在改变制造业的传统模式，智能工厂、智能制造、智慧物流在不断地快速发展。物联信息系统将生产中的供应，制造，销售信息数据化、智慧化，数字化工厂是目前走向智能制造与实现工业4.0愿景的必由之路。

工厂建筑结构较为复杂，且厂房内部安装有大量的设备，如何快速准确的获取厂房及其设备的位置一直是数字工厂的难点。三维激光扫描技术的出现改变了传统的数据获取方式，以其高精度、高采样率、非接触式等优势，广泛应用于数字化工厂领域，为工厂的安全防范、设计改造、设备管理、维护等提供数据基础。

二、项目介绍

本文以某工厂数字化项目为例，进行工厂数字化技术展示。根据项目要求，需要制作该工厂的厂区建筑物、内部结构、设备、管道网等实景三维模型，便于日常管理与维护、安全演练、管道设计改造、线上巡视、视频远程调整控制等。

图1  工厂现场

三、项目实施

（一）数据采集

利用三维激光扫描仪对项目区域进行三维扫描，并采用数码相机获取工厂实景照片。借助数据处理软件Trimble RealWorks完成点云数据分析，即点云数据去噪、拼接、坐标系转换以及成果输出。

图2  工厂扫描现场

图3  整体三维扫描点云数据成果

（二）三维场景制作

通过三维建模软件对项目区域进行实景三维模型制作，主要包括厂房结构、各类管道、设备、控制柜等。

1.根据点云数据，利用三维建模软件对工厂进行1：1精细化模型制作，并按照类型分类。

图4  根据点云构建的三维模型

2、结合工厂的全景照片、单反照片等，按照项目的要求制作合适的材质贴图，将其赋予模型。

图5  三维精细化模型

3、检查模型是否符合项目要求，对模型做最终的优化调整，将最终成果交付客户验收。

（三）项目成果平台展示

将工厂的最终成果导入到第三方平台展示。

图6  工厂场景

四、项目总结

本项目利用地面三维激光扫描仪，获取到工厂全尺寸、高精度的彩色点云数据，由此可快速重构工厂的三维数字模型，方便后续的可视化展示、数字孪生、规划设计、数字化管理等工作，为工厂的设计、建设、生产与管理提供1：1三维数字虚拟环境，方便管理者更轻松全面地了解并掌控工厂运营情况，了解实时动态，随时处理管理事务。

随着信息化技术的不断普及与发展，三维激光扫描技术建模在逐渐取代传统的建模方式，以节省更多的人力、物力以及时间，实现更真实、更准确、更智能的虚拟现实场景重建。利用虚拟场景可以在短时间内帮助设计人员制定改造/设计方案，对现有场景、设备进行改造设计、碰撞分析等。可以预见数字化技术在不久的将来必将得到更加广泛的应用。