本發(fā)明涉及建筑施工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于三維激光掃描和3D打印的建筑重建系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)：

我國相繼出臺一系列包括《國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)》、《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計劃(2015-2016年)》和《中國制造2025》等綱領(lǐng)性文件，均將3D打印技術(shù)作為優(yōu)先發(fā)展的國家戰(zhàn)略。目前，建筑行業(yè)的自動化水平與其他行業(yè)相比尚顯落后，其發(fā)展迫切需要轉(zhuǎn)型升級。3D打印建筑具有自動化程度高、一次成型、建筑耗材和工藝損耗少等特點(diǎn)。針對當(dāng)前建筑行業(yè)施工粗放的現(xiàn)狀，有必要結(jié)合3D打印與建筑施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑快速、高效的自動化建造。

古建筑重建是建筑施工領(lǐng)域，其包括既有損壞古建筑測繪和重建施工工作。傳統(tǒng)的單點(diǎn)測量方法所測繪的結(jié)果難以真實(shí)反映既有古建筑情況。近年來，發(fā)展出現(xiàn)一項(xiàng)利用激光雷達(dá)探測和測距技術(shù)的全新技術(shù)手段，即3D激光掃描技術(shù)。采用該技術(shù)可大面積、高精度、非接觸地快速獲取被測對象表面的三維坐標(biāo)點(diǎn)云數(shù)據(jù)。針對古建筑重建的特點(diǎn)，有必要提出一種結(jié)合三維激光掃描、3D打印等技術(shù)的實(shí)體建筑重建系統(tǒng)與方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于三維激光掃描和3D打印的建筑重建系統(tǒng)與方法，能夠解決采用傳統(tǒng)監(jiān)測手段僅能獲取單點(diǎn)數(shù)據(jù)且可靠性低而不能滿足建筑重建測繪要求大范圍、快速精確測量等技術(shù)難題，解決傳統(tǒng)建筑重建施工效率及自動化程度低等問題，以及解決傳統(tǒng)打印裝置在水平面范圍不能移動擴(kuò)展等問題。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于三維激光掃描和3D打印的建筑重建系統(tǒng)，包括：

包括三維激光掃描測量子系統(tǒng)1、數(shù)據(jù)處理及3D建模子系統(tǒng)2、3D模型分析及修正子系統(tǒng)3、3D打印實(shí)體建筑子系統(tǒng)4，其中，

設(shè)置于建筑附近的三維激光掃描測量子系統(tǒng)1，用于掃描獲取建筑的內(nèi)外表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

與所述三維激光掃描測量子系統(tǒng)1通信的數(shù)據(jù)處理及3D建模子系統(tǒng)2，用于對所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)建立所述建筑的3D數(shù)字模型；

與所述數(shù)據(jù)處理及3D建模子系統(tǒng)2通信的3D模型分析及修正子系統(tǒng)3，用于對所述3D數(shù)字模型進(jìn)行合理性分析，并根據(jù)所述合理性分析對所述3D數(shù)字模型進(jìn)行修正；

與所述3D模型分析及修正子系統(tǒng)3通信的3D打印實(shí)體建筑子系統(tǒng)4，用于根據(jù)修正后的3D數(shù)字模型進(jìn)行所述建筑的實(shí)體3D打印，實(shí)現(xiàn)所述建筑的重建。

進(jìn)一步的，上述系統(tǒng)中，所述三維激光掃描測量子系統(tǒng)包括標(biāo)靶集11、升降平臺12、全站儀13、三維激光掃描儀14和計算機(jī)15，其中，

標(biāo)靶集11，包括設(shè)置于所述建筑10的內(nèi)外表面的各個位置的標(biāo)靶，用于掃描測量的參考點(diǎn)，輔助測量，輔助建筑的內(nèi)外表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)及坐標(biāo)轉(zhuǎn)化；

升降平臺12，用于承載所述三維激光掃描儀14，并調(diào)節(jié)升降平臺高度和位置以方便所述三維激光掃描儀14的測量；

全站儀13，用于控制站點(diǎn)的坐標(biāo)測量與布設(shè)、標(biāo)靶集11的測量以形成控制網(wǎng)16，所述控制站點(diǎn)為進(jìn)行掃描時三維激光掃描儀各個所處的位置，所述控制網(wǎng)，用于提供閉合的控制站點(diǎn)以形成掃描路徑17，輔助所述三維激光掃描儀14的掃描測量；

三維激光掃描儀14，用于掃描建筑10的內(nèi)外表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)及標(biāo)靶集11；

分別與所述三維激光掃描儀14和全站儀13連接的計算機(jī)15，用于根據(jù)所述控制網(wǎng)16并利用掃描軟件控制三維激光掃描儀14對建筑10的內(nèi)外表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和標(biāo)靶集11進(jìn)行掃描測量。

進(jìn)一步的，上述系統(tǒng)中，所述數(shù)據(jù)處理及3D建模子系統(tǒng)2包括3D掃描數(shù)據(jù)后處理軟件21、3D外表面模型重建程序22、3D內(nèi)表面模型重建程序23、3D建筑模型重建程序24，其中，

3D掃描數(shù)據(jù)后處理軟件21，用于對所述建筑的內(nèi)外表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理，包括去燥、修補(bǔ)、優(yōu)化、根據(jù)所述標(biāo)靶集對三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)及坐標(biāo)轉(zhuǎn)化，得到全局坐標(biāo)建筑內(nèi)外表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

3D外表面模型重建程序22，用于根據(jù)全局坐標(biāo)建筑外表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立外表面的3D數(shù)字模型；

3D內(nèi)表面模型重建程序23，用于全局坐標(biāo)建筑內(nèi)表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立內(nèi)表面的3D數(shù)字模型；

3D建筑模型重建程序24，用于根據(jù)所述內(nèi)、外表面的3D數(shù)字模型進(jìn)行坐標(biāo)匹配，建立具有厚度的3D數(shù)字模型。

進(jìn)一步的，上述系統(tǒng)中，所述3D模型分析及修正子系統(tǒng)3包括基于FEM的建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析程序31、3D模型與3D打印數(shù)字模型轉(zhuǎn)化程序32、基于3D打印的縮尺模型修正工具33，其中，

基于FEM的建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析程序31，用于所述具有厚度的3D數(shù)字模型進(jìn)行計算分析，判斷所述具有厚度的3D數(shù)字模型的力學(xué)結(jié)構(gòu)的合理性，若力學(xué)結(jié)構(gòu)不合理對所述具有厚度的3D數(shù)字模型進(jìn)行修正；

3D模型與3D打印數(shù)字模型轉(zhuǎn)化程序32，將所述具有厚度的3D數(shù)字模型或經(jīng)過修正后的所述具有厚度的3D數(shù)字模型，轉(zhuǎn)化為適合3D打印的數(shù)字模型；

基于3D打印的縮尺模型修正工具33，用于根據(jù)所述適合3D打印的數(shù)字模型，并采用3D打印技術(shù)預(yù)打印縮尺建筑模型預(yù)打印縮尺建筑模型，并根據(jù)預(yù)打印縮尺建筑模型判斷所述適合3D打印的數(shù)字模型的合理性，并對不合理的所述適合3D打印的數(shù)字模型的局部模型進(jìn)行修正處理。

進(jìn)一步的，上述系統(tǒng)中，所述3D打印實(shí)體建筑子系統(tǒng)4包括模塊化三軸驅(qū)動導(dǎo)向自適應(yīng)擴(kuò)展裝置100以及與其連接的實(shí)體建筑3D打印裝置200，其中，

所述模塊化三軸驅(qū)動導(dǎo)向自適應(yīng)擴(kuò)展裝置100，包括：

可擴(kuò)展的模塊化地面導(dǎo)軌110；

設(shè)置于所述模塊化地面導(dǎo)軌110上的XY方向驅(qū)動車輪120；

設(shè)置于所述XY方向驅(qū)動車輪120上的X、Y、Z方向模塊化穩(wěn)定導(dǎo)軌130，每個X、Y、Z方向模塊化穩(wěn)定導(dǎo)軌130的兩端對應(yīng)設(shè)置有X、Y、Z方向穩(wěn)定導(dǎo)軌擴(kuò)展連接件160；

設(shè)置于所述Z方向模塊化穩(wěn)定導(dǎo)軌130的下部的轉(zhuǎn)動頂升驅(qū)動140，所述轉(zhuǎn)動頂升驅(qū)動140與所述XY方向驅(qū)動車輪120連接；

設(shè)置于所述Z方向模塊化穩(wěn)定導(dǎo)軌130的上部的Z方向頂升制動驅(qū)動150，X、Y方向模塊化穩(wěn)定導(dǎo)軌130上對應(yīng)設(shè)置有X、Y方向驅(qū)動制動170；

所述實(shí)體建筑3D打印裝置200，包括：

設(shè)置于所述Y方向模塊化穩(wěn)定導(dǎo)軌130上的打印頭導(dǎo)軌橫梁210；

設(shè)置于所述打印頭導(dǎo)軌橫梁210上的Y方向打印頭導(dǎo)軌驅(qū)動220和打印頭橫梁制動230，打印頭導(dǎo)軌橫梁210一端與建筑材料300輸送管連接，另一端設(shè)置所述打印頭導(dǎo)軌橫梁擴(kuò)展連接件240；

設(shè)置于所述打印頭導(dǎo)軌橫梁210上的豎向打印頭250和X方向打印頭驅(qū)動制動260，所述X方向打印頭驅(qū)動制動260與所述豎向打印頭250連接。

進(jìn)一步的，在上述裝置中，所述模塊化地面導(dǎo)軌110包括：4條兩兩平行與地面接觸的模塊化地面導(dǎo)軌110，其中兩條為X方向地面導(dǎo)軌111，另外兩條為Y方向地面導(dǎo)軌112，所述X、Y方向地面導(dǎo)軌111、112兩端對應(yīng)設(shè)置可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展地面導(dǎo)軌長度X、Y方向的地面導(dǎo)軌擴(kuò)展連接件113、114。

進(jìn)一步的，在上述系統(tǒng)中，所述XY方向驅(qū)動車輪120包括與其中兩條平行軌道X方向或Y方向地面導(dǎo)軌111、112接觸的4個XY方向驅(qū)動車輪120。

進(jìn)一步的，在上述系統(tǒng)中，所述X、Y、Z方向模塊化穩(wěn)定導(dǎo)軌130包括4根垂直于地面的Z方向模塊化穩(wěn)定導(dǎo)軌133、連接于所述4根Z方向模塊化穩(wěn)定導(dǎo)軌133的上部的2根上層X方向穩(wěn)定導(dǎo)軌131和2根上層Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌132，連接于所述4根Z方向模塊化穩(wěn)定導(dǎo)軌133的下部的2根下層X方向穩(wěn)定導(dǎo)軌131和2根下層Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌132，2根上層X方向穩(wěn)定導(dǎo)軌131和2根上層Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌132連接構(gòu)成上層矩形，2根下層X方向穩(wěn)定導(dǎo)軌131和2根下層Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌132連接構(gòu)成下層矩形，其中，

每根Z方向穩(wěn)定導(dǎo)軌133的一端分別通過所述轉(zhuǎn)動頂升驅(qū)動140與4個XY驅(qū)動車輪120固結(jié)，每根Z方向穩(wěn)定導(dǎo)軌133另一端各連接有2個Z方向頂升制動驅(qū)動150，每根上層X方向穩(wěn)定導(dǎo)軌131和上層Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌132設(shè)置于所述2個Z方向頂升制動驅(qū)動150之間；

每根Z方向穩(wěn)定導(dǎo)軌頂部150均設(shè)置有可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展Z方向穩(wěn)定導(dǎo)軌133長度的Z方向穩(wěn)定導(dǎo)軌擴(kuò)展連接件163；

每根X方向穩(wěn)定導(dǎo)軌131的每端設(shè)置有2個X方向驅(qū)動制動171和可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展X方向穩(wěn)定導(dǎo)軌131長度的X方向穩(wěn)定導(dǎo)軌擴(kuò)展連接件161；

每根Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌132的每端設(shè)置有2個Y方向驅(qū)動制動172和可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌132長度的Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌擴(kuò)展連接件162。

進(jìn)一步的，在上述系統(tǒng)中，所述打印頭導(dǎo)軌橫梁210設(shè)置于所述平行的2根上層Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌132上；

所述Y方向打印頭導(dǎo)軌驅(qū)動220和打印頭橫梁制動230的數(shù)量分別為2個，Y方向打印頭導(dǎo)軌驅(qū)動220和打印頭橫梁制動230分別設(shè)置于所述打印頭導(dǎo)軌橫梁210與2根上層Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌132的連接端；

所述豎向打印頭250設(shè)置于2個打印頭橫梁制動230之間的打印頭導(dǎo)軌橫梁210上，所述豎向打印頭250通過所述X方向打印頭驅(qū)動制動260設(shè)置于打印頭導(dǎo)軌橫梁210上。

根據(jù)本發(fā)明的另一面，提供一種上述基于三維激光掃描和3D打印的建筑重建的重建方法，包括：

掃描獲取建筑的內(nèi)外表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

對所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)建立所述建筑的3D數(shù)字模型；

對所述3D數(shù)字模型進(jìn)行合理性分析，并根據(jù)所述合理性分析對所述3D數(shù)字模型進(jìn)行修正；

根據(jù)修正后的3D數(shù)字模型進(jìn)行所述建筑的實(shí)體3D打印，實(shí)現(xiàn)所述建筑的重建。

進(jìn)一步的，上述方法中，掃描獲取建筑的內(nèi)外表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的步驟，包括：

根據(jù)被測建筑的現(xiàn)場情況確定三維激光掃描儀的內(nèi)外表面的控制站點(diǎn)數(shù)量，通常大于4個；

根據(jù)所述控制站點(diǎn)數(shù)量在所述建筑周圍布設(shè)所述控制站點(diǎn)并編號，確保每個控制站點(diǎn)與相鄰控制站點(diǎn)保持通視；

根據(jù)被測建筑的情況確定內(nèi)外表面的標(biāo)靶集中標(biāo)靶的數(shù)量，每個控制站點(diǎn)的掃描范圍內(nèi)至少3個標(biāo)靶，根據(jù)所述標(biāo)靶的數(shù)量在建筑的內(nèi)外表面布設(shè)標(biāo)靶集并編號；

調(diào)節(jié)升降平臺的豎向位置，使被測建筑在三維激光掃描儀的掃描范圍內(nèi)；

采用全站儀對所述標(biāo)靶集和控制站點(diǎn)進(jìn)行測量，布設(shè)高精度的控制網(wǎng)，提供閉合的控制站點(diǎn)；

調(diào)節(jié)升降平臺水平位置，使得水平方向升降平臺的定位點(diǎn)與所述控制站點(diǎn)的中心重合；

根據(jù)所述控制網(wǎng)并采用三維激光掃描儀分另對被測建筑的內(nèi)表面和外表面及對應(yīng)的標(biāo)靶集進(jìn)行掃描作業(yè)，獲取建筑的內(nèi)外表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)及標(biāo)靶集。

進(jìn)一步的，上述方法中，對所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)建立所述建筑的3D數(shù)字模型的步驟，包括：

對所述建筑的內(nèi)外表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理，包括去燥、修補(bǔ)、優(yōu)化、根據(jù)所述標(biāo)靶集對三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)及坐標(biāo)轉(zhuǎn)化，得到全局坐標(biāo)建筑內(nèi)外表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

分別采用3D內(nèi)表面模型重建程序和3D外表面模型重建程序，并根據(jù)所述全局坐標(biāo)建筑內(nèi)外表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立所述建筑的內(nèi)、外表面的3D數(shù)字模型；

根據(jù)所述內(nèi)、外表面的3D數(shù)字模型進(jìn)行坐標(biāo)匹配，建立具有厚度的3D數(shù)字模型。

進(jìn)一步的，上述方法中，對所述3D數(shù)字模型進(jìn)行合理性分析，并根據(jù)所述合理性分析對所述3D數(shù)字模型進(jìn)行修正的步驟，包括

基于FEM的建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析程序，用于所述具有厚度的3D數(shù)字模型進(jìn)行計算分析，判斷所述具有厚度的3D數(shù)字模型的力學(xué)結(jié)構(gòu)的合理性，若力學(xué)結(jié)構(gòu)不合理對所述具有厚度的3D數(shù)字模型進(jìn)行修正；

采用3D模型與3D打印數(shù)字模型轉(zhuǎn)化程序?qū)⑺鼍哂泻穸鹊?D數(shù)字模型或經(jīng)過修正后的所述具有厚度的3D數(shù)字模型，轉(zhuǎn)化為適合3D打印的數(shù)字模型；

根據(jù)所述適合3D打印的數(shù)字模型，并采用3D打印技術(shù)預(yù)打印縮尺建筑模型預(yù)打印縮尺建筑模型，并根據(jù)預(yù)打印縮尺建筑模型判斷所述適合3D打印的數(shù)字模型的合理性，并對不合理的所述適合3D打印的數(shù)字模型的局部模型進(jìn)行修正處理。

進(jìn)一步的，上述方法中，根據(jù)修正后的3D數(shù)字模型進(jìn)行所述建筑的實(shí)體3D打印，實(shí)現(xiàn)所述建筑的重建的步驟，包括：

根據(jù)修正后的3D數(shù)字模型，通過動力控制系統(tǒng)(圖中未畫出)向?qū)嶓w建筑3D打印裝置200發(fā)送控制指令，通過Y方向打印頭導(dǎo)軌驅(qū)動220和打印頭橫梁制動230控制豎向打印頭導(dǎo)軌橫梁210實(shí)現(xiàn)Y方向的移動，通過X方向打印頭驅(qū)動制動260控制豎向打印頭250實(shí)現(xiàn)X方向的移動，通過控制豎向打印頭250在XY平面內(nèi)噴射建筑材料300實(shí)現(xiàn)建(構(gòu))筑物各建筑截面層打印施工，并通過動力控制系統(tǒng)(圖中未畫出)向模塊化三軸驅(qū)動導(dǎo)向自適應(yīng)擴(kuò)展裝置100發(fā)送控制指令，通過啟動Z方向頂升制動驅(qū)動150，向上頂升豎向打印頭250至建(構(gòu))筑物上一建筑截面層后制動，繼續(xù)打印施工，如此循環(huán)逐步向上頂升打印，實(shí)現(xiàn)建(構(gòu))筑物自下向上逐層沿Z方向打印。

進(jìn)一步的，在上述方法中，所述方法還包括：

若已打印施工建(構(gòu))筑物400的高度超過Z方向打印范圍，與Z方向穩(wěn)定導(dǎo)軌133高度相同時，通過動力控制系統(tǒng)(圖中未畫出)向模塊化三軸驅(qū)動導(dǎo)向自適應(yīng)擴(kuò)展裝置100發(fā)送控制指令，通過Z方向穩(wěn)定導(dǎo)軌擴(kuò)展連接件163加長Z方向穩(wěn)定導(dǎo)軌133，啟動Z方向頂升制動驅(qū)動150，向上頂升豎向打印頭250至超過已打印施工建(構(gòu))筑物一定高度后制動，繼續(xù)打印施工，如此循環(huán)逐步向上頂升打印，實(shí)現(xiàn)打印裝置整體向上頂升并逐層打印。

進(jìn)一步的，在上述方法中，所述方法還包括：

若建(構(gòu))筑物500超過Y方向的打印范圍，通過動力控制系統(tǒng)(圖中未畫出)向模塊化三軸驅(qū)動導(dǎo)向自適應(yīng)擴(kuò)展裝置100發(fā)送控制指令，通過控制轉(zhuǎn)動頂升驅(qū)動140實(shí)現(xiàn)驅(qū)動車輪120轉(zhuǎn)向，通過XY方向驅(qū)動車輪120沿著Y方向地面導(dǎo)軌112行駛，同時調(diào)節(jié)Y方向制動172擴(kuò)展Y方向打印范圍，待超出Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌132長度時，通過Y方向地面導(dǎo)軌擴(kuò)展連接件114加長Y方向地面導(dǎo)軌112，并通過Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌擴(kuò)展連接件162加長下層Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌132和上層Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌132，調(diào)節(jié)XY方向驅(qū)動車輪120沿著Y方向地面導(dǎo)軌112行駛，同時調(diào)節(jié)Y方向驅(qū)動制動172實(shí)現(xiàn)Y方向打印區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大。

進(jìn)一步的，在上述方法中，所述方法還包括：

若建(構(gòu))筑物600超過X方向打印裝置范圍，通過動力控制系統(tǒng)(圖中未畫出)向模塊化三軸驅(qū)動導(dǎo)向自適應(yīng)擴(kuò)展裝置100發(fā)送控制指令，通過控制轉(zhuǎn)動頂升驅(qū)動140實(shí)現(xiàn)驅(qū)動車輪120轉(zhuǎn)向，通過XY方向驅(qū)動車輪120沿著X方向地面導(dǎo)軌111行駛，同時調(diào)節(jié)X方向驅(qū)動制動171擴(kuò)展X方向打印范圍，待超出X方向穩(wěn)定導(dǎo)軌131的長度時，通過X方向地面導(dǎo)軌擴(kuò)展連接件113加長X方向地面導(dǎo)軌111，并通過X方向穩(wěn)定導(dǎo)軌擴(kuò)展連接件161分別加長下層X方向穩(wěn)定導(dǎo)軌131和上層X方向穩(wěn)定導(dǎo)軌131，調(diào)節(jié)XY方向驅(qū)動車輪120沿著加長后的X方向穩(wěn)定導(dǎo)軌131行駛，同時調(diào)節(jié)X方向驅(qū)動制動171實(shí)現(xiàn)X方向打印區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大。如此可逐層自適應(yīng)擴(kuò)展打印裝置在XY平面的打印范圍以實(shí)現(xiàn)大范圍大量實(shí)體建(構(gòu))筑物的打印施工。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過三維激光掃描測量子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理及3D建模子系統(tǒng)、3D模型分析及修正子系統(tǒng)、3D打印實(shí)體建筑子系統(tǒng)，解決采用傳統(tǒng)監(jiān)測手段僅能獲取單點(diǎn)數(shù)據(jù)且可靠性低而不能滿足建筑重建測繪要求大范圍、快速精確測量等技術(shù)難題，建筑重建測繪中傳統(tǒng)單點(diǎn)式監(jiān)測方法存在監(jiān)測范圍小、信息化較低，解決傳統(tǒng)建筑重建施工效率及自動化程度低等問題，以及解決傳統(tǒng)打印裝置在水平面范圍不能移動擴(kuò)展等問題，可大面積、高精度、非接觸地快速獲取建筑點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)建筑快速、高效的自動化建造。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的基于三維激光掃描和3D打印的建筑重建系統(tǒng)原理圖；

圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的基于三維激光掃描和3D打印的建筑重建系統(tǒng)方法流程圖；

圖3是本發(fā)明一實(shí)施例的三維激光掃描測量子系統(tǒng)示意圖；

圖4是本發(fā)明一實(shí)施例的模塊化三軸自適應(yīng)的移動式3D打印裝置的結(jié)構(gòu)圖；

圖5是本發(fā)明一實(shí)施例的建筑400打印施工及Z方向打印范圍擴(kuò)展示意圖；

圖6是本發(fā)明一實(shí)施例的Z方向打印范圍擴(kuò)展后建筑400繼續(xù)打印施工示意圖；

圖7是本發(fā)明一實(shí)施例的建筑500打印施工及Y方向打印范圍擴(kuò)展示意圖；

圖8是本發(fā)明一實(shí)施例的Y方向打印范圍擴(kuò)展后建筑600打印施工示意圖；

圖9是本發(fā)明一實(shí)施例的建筑600X方向打印范圍擴(kuò)展示意圖；

圖10是本發(fā)明一實(shí)施例的X方向打印范圍擴(kuò)展后建筑600繼續(xù)打印施工示意圖；

1-三維激光掃描測量子系統(tǒng)，2-數(shù)據(jù)處理及3D建模子系統(tǒng)，3-3D模型分析及修正子系統(tǒng)，4-3D打印實(shí)體建筑子系統(tǒng)；

10-建筑，11-標(biāo)靶集，12-升降平臺，13-全站儀，14-三維激光掃描儀，15-計算機(jī)，16-控制網(wǎng)，17-掃描路徑；

100-模塊化三軸驅(qū)動導(dǎo)向自適應(yīng)擴(kuò)展裝置：

110-模塊化地面導(dǎo)軌，111-X方向地面導(dǎo)軌，112-Y方向地面導(dǎo)軌，113-X方向地面導(dǎo)軌擴(kuò)展連接件，114-Y方向地面導(dǎo)軌擴(kuò)展連接件；120-XY方向驅(qū)動車輪，130-XYZ方向模塊化穩(wěn)定導(dǎo)軌，131-X方向穩(wěn)定導(dǎo)軌，132-Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌，133-Z方向穩(wěn)定導(dǎo)軌；140-轉(zhuǎn)動頂升驅(qū)動；150-Z方向頂升制動驅(qū)動；160-XYZ方向穩(wěn)定導(dǎo)軌擴(kuò)展連接件，161-X方向穩(wěn)定導(dǎo)軌擴(kuò)展連接件，162-Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌擴(kuò)展連接件，163-Z方向穩(wěn)定導(dǎo)軌擴(kuò)展連接件；170-XY方向驅(qū)動制動，171-X方向驅(qū)動制動，172-Y方向驅(qū)動制動；

200-實(shí)體建筑3D打印裝置：

210-打印頭導(dǎo)軌橫梁；220-Y方向打印頭導(dǎo)軌驅(qū)動；230-打印頭橫梁制動；240-打印頭導(dǎo)軌橫梁擴(kuò)展連接件；250-打印頭；260-X方向打印頭驅(qū)動制動；

300-建筑材料。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

如圖1和3所示，本發(fā)明提供一種基于三維激光掃描和3D打印的建筑重建系統(tǒng)，包括三維激光掃描測量子系統(tǒng)1、數(shù)據(jù)處理及3D建模子系統(tǒng)2、3D模型分析及修正子系統(tǒng)3、3D打印實(shí)體建筑子系統(tǒng)4，其中，

設(shè)置于建筑附近的三維激光掃描測量子系統(tǒng)1，用于掃描獲取建筑的內(nèi)外表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

與所述三維激光掃描測量子系統(tǒng)1通信的數(shù)據(jù)處理及3D建模子系統(tǒng)2，用于對所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)建立所述建筑的3D數(shù)字模型；

與所述數(shù)據(jù)處理及3D建模子系統(tǒng)2通信的3D模型分析及修正子系統(tǒng)3，用于對所述3D數(shù)字模型進(jìn)行合理性分析，并根據(jù)所述合理性分析對所述3D數(shù)字模型進(jìn)行修正；

與所述3D模型分析及修正子系統(tǒng)3通信的3D打印實(shí)體建筑子系統(tǒng)4，用于根據(jù)修正后的3D數(shù)字模型進(jìn)行所述建筑的實(shí)體3D打印，實(shí)現(xiàn)所述建筑的重建。

優(yōu)選的，如圖2所示，所述三維激光掃描測量子系統(tǒng)包括標(biāo)靶集11、升降平臺12、全站儀13、三維激光掃描儀14和計算機(jī)15，其中，

標(biāo)靶集11，包括設(shè)置于所述建筑10的內(nèi)外表面的各個位置的標(biāo)靶，用于掃描測量的參考點(diǎn)，輔助測量，輔助建筑的內(nèi)外表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)及坐標(biāo)轉(zhuǎn)化；

升降平臺12，用于承載所述三維激光掃描儀14，并調(diào)節(jié)升降平臺高度和位置以方便所述三維激光掃描儀14的測量；

全站儀13，用于控制站點(diǎn)的坐標(biāo)測量與布設(shè)、標(biāo)靶集11的測量以形成控制網(wǎng)16，所述控制站點(diǎn)為進(jìn)行掃描時三維激光掃描儀各個所處的位置，所述控制網(wǎng)，用于提供閉合的控制站點(diǎn)以形成掃描路徑17，輔助所述三維激光掃描儀14的掃描測量；

三維激光掃描儀14，用于掃描建筑10的內(nèi)外表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)及標(biāo)靶集11；

分別與所述三維激光掃描儀14和全站儀13連接的計算機(jī)15，用于根據(jù)所述控制網(wǎng)16并利用掃描軟件控制三維激光掃描儀14對建筑10的內(nèi)外表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和標(biāo)靶集11進(jìn)行掃描測量。

優(yōu)選的，如圖1和3所示，所述數(shù)據(jù)處理及3D建模子系統(tǒng)2包括3D掃描數(shù)據(jù)后處理軟件21、3D外表面模型重建程序22、3D內(nèi)表面模型重建程序23、3D建筑模型重建程序24，其中，

3D掃描數(shù)據(jù)后處理軟件21，用于對所述建筑的內(nèi)外表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理，包括去燥、修補(bǔ)、優(yōu)化、根據(jù)所述標(biāo)靶集對三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)及坐標(biāo)轉(zhuǎn)化，得到全局坐標(biāo)建筑內(nèi)外表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

3D外表面模型重建程序22，用于根據(jù)全局坐標(biāo)建筑外表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立外表面的3D數(shù)字模型；

3D內(nèi)表面模型重建程序23，用于全局坐標(biāo)建筑內(nèi)表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立內(nèi)表面的3D數(shù)字模型；

3D建筑模型重建程序24，用于根據(jù)所述內(nèi)、外表面的3D數(shù)字模型進(jìn)行坐標(biāo)匹配，建立具有厚度的3D數(shù)字模型。

優(yōu)選的，如圖1和3所示，所述3D模型分析及修正子系統(tǒng)3包括基于FEM的建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析程序31、3D模型與3D打印數(shù)字模型轉(zhuǎn)化程序32、基于3D打印的縮尺模型修正工具33，其中，

基于FEM的建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析程序31，用于所述具有厚度的3D數(shù)字模型進(jìn)行計算分析，判斷所述具有厚度的3D數(shù)字模型的力學(xué)結(jié)構(gòu)的合理性，若力學(xué)結(jié)構(gòu)不合理對所述具有厚度的3D數(shù)字模型進(jìn)行修正；

3D模型與3D打印數(shù)字模型轉(zhuǎn)化程序32，將所述具有厚度的3D數(shù)字模型或經(jīng)過修正后的所述具有厚度的3D數(shù)字模型，轉(zhuǎn)化為適合3D打印的數(shù)字模型；

基于3D打印的縮尺模型修正工具33，用于根據(jù)所述適合3D打印的數(shù)字模型，并采用3D打印技術(shù)預(yù)打印縮尺建筑模型預(yù)打印縮尺建筑模型，并根據(jù)預(yù)打印縮尺建筑模型判斷所述適合3D打印的數(shù)字模型的合理性，并對不合理的所述適合3D打印的數(shù)字模型的局部模型進(jìn)行修正處理。

優(yōu)選的，如圖4所示，所述3D打印實(shí)體建筑子系統(tǒng)4包括模塊化三軸驅(qū)動導(dǎo)向自適應(yīng)擴(kuò)展裝置100以及與其連接的實(shí)體建筑3D打印裝置200，其中，

所述模塊化三軸驅(qū)動導(dǎo)向自適應(yīng)擴(kuò)展裝置100，包括：

可擴(kuò)展的模塊化地面導(dǎo)軌110；

設(shè)置于所述模塊化地面導(dǎo)軌110上的XY方向驅(qū)動車輪120；

設(shè)置于所述XY方向驅(qū)動車輪120上的X、Y、Z方向模塊化穩(wěn)定導(dǎo)軌130，每個X、Y、Z方向模塊化穩(wěn)定導(dǎo)軌130的兩端對應(yīng)設(shè)置有X、Y、Z方向穩(wěn)定導(dǎo)軌擴(kuò)展連接件160；

設(shè)置于所述Z方向模塊化穩(wěn)定導(dǎo)軌130的下部的轉(zhuǎn)動頂升驅(qū)動140，所述轉(zhuǎn)動頂升驅(qū)動140與所述XY方向驅(qū)動車輪120連接；

設(shè)置于所述Z方向模塊化穩(wěn)定導(dǎo)軌130的上部的Z方向頂升制動驅(qū)動150，X、Y方向模塊化穩(wěn)定導(dǎo)軌130上對應(yīng)設(shè)置有X、Y方向驅(qū)動制動170；

所述實(shí)體建筑3D打印裝置200，包括：

設(shè)置于所述Y方向模塊化穩(wěn)定導(dǎo)軌130上的打印頭導(dǎo)軌橫梁210；

設(shè)置于所述打印頭導(dǎo)軌橫梁210上的Y方向打印頭導(dǎo)軌驅(qū)動220和打印頭橫梁制動230，打印頭導(dǎo)軌橫梁210一端與建筑材料300輸送管連接，另一端設(shè)置所述打印頭導(dǎo)軌橫梁擴(kuò)展連接件240；

設(shè)置于所述打印頭導(dǎo)軌橫梁210上的豎向打印頭250和X方向打印頭驅(qū)動制動260，所述X方向打印頭驅(qū)動制動260與所述豎向打印頭250連接。

優(yōu)選的，如圖4所示，所述模塊化地面導(dǎo)軌110包括：4條兩兩平行與地面接觸的模塊化地面導(dǎo)軌110，其中兩條為X方向地面導(dǎo)軌111，另外兩條為Y方向地面導(dǎo)軌112，所述X、Y方向地面導(dǎo)軌111、112兩端對應(yīng)設(shè)置可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展地面導(dǎo)軌長度X、Y方向的地面導(dǎo)軌擴(kuò)展連接件113、114。

優(yōu)選的，如圖4所示，所述XY方向驅(qū)動車輪120包括與其中兩條平行軌道X方向或Y方向地面導(dǎo)軌111、112接觸的4個XY方向驅(qū)動車輪120。

優(yōu)選的，如圖4所示，所述X、Y、Z方向模塊化穩(wěn)定導(dǎo)軌130包括4根垂直于地面的Z方向模塊化穩(wěn)定導(dǎo)軌133、連接于所述4根Z方向模塊化穩(wěn)定導(dǎo)軌133的上部的2根上層X方向穩(wěn)定導(dǎo)軌131和2根上層Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌132，連接于所述4根Z方向模塊化穩(wěn)定導(dǎo)軌133的下部的2根下層X方向穩(wěn)定導(dǎo)軌131和2根下層Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌132，2根上層X方向穩(wěn)定導(dǎo)軌131和2根上層Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌132連接構(gòu)成上層矩形，2根下層X方向穩(wěn)定導(dǎo)軌131和2根下層Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌132連接構(gòu)成下層矩形，其中，

每根Z方向穩(wěn)定導(dǎo)軌133的一端分別通過所述轉(zhuǎn)動頂升驅(qū)動140與4個XY驅(qū)動車輪120固結(jié)，每根Z方向穩(wěn)定導(dǎo)軌133另一端各連接有2個Z方向頂升制動驅(qū)動150，每根上層X方向穩(wěn)定導(dǎo)軌131和上層Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌132設(shè)置于所述2個Z方向頂升制動驅(qū)動150之間；

每根Z方向穩(wěn)定導(dǎo)軌頂部150均設(shè)置有可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展Z方向穩(wěn)定導(dǎo)軌133長度的Z方向穩(wěn)定導(dǎo)軌擴(kuò)展連接件163；

每根X方向穩(wěn)定導(dǎo)軌131的每端設(shè)置有2個X方向驅(qū)動制動171和可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展X方向穩(wěn)定導(dǎo)軌131長度的X方向穩(wěn)定導(dǎo)軌擴(kuò)展連接件161；

每根Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌132的每端設(shè)置有2個Y方向驅(qū)動制動172和可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌132長度的Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌擴(kuò)展連接件162。

優(yōu)選的，如圖4所示，所述打印頭導(dǎo)軌橫梁210設(shè)置于所述平行的2根上層Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌132上；

所述Y方向打印頭導(dǎo)軌驅(qū)動220和打印頭橫梁制動230的數(shù)量分別為2個，Y方向打印頭導(dǎo)軌驅(qū)動220和打印頭橫梁制動230分別設(shè)置于所述打印頭導(dǎo)軌橫梁210與2根上層Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌132的連接端；

所述豎向打印頭250設(shè)置于2個打印頭橫梁制動230之間的打印頭導(dǎo)軌橫梁210上，所述豎向打印頭250通過所述X方向打印頭驅(qū)動制動260設(shè)置于打印頭導(dǎo)軌橫梁210上。

如圖1和3所示，根據(jù)本發(fā)明的另一面，還提供一種采用上述三維激光掃描和3D打印的實(shí)體建筑重建系統(tǒng)的重建方法，所述方法包括：

掃描獲取建筑的內(nèi)外表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

對所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)建立所述建筑的3D數(shù)字模型；

對所述3D數(shù)字模型進(jìn)行合理性分析，并根據(jù)所述合理性分析對所述3D數(shù)字模型進(jìn)行修正；

根據(jù)修正后的3D數(shù)字模型進(jìn)行所述建筑的實(shí)體3D打印，實(shí)現(xiàn)所述建筑的重建。

優(yōu)選的，如圖2所示，掃描獲取建筑的內(nèi)外表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的步驟，包括：

根據(jù)被測建筑的現(xiàn)場情況確定三維激光掃描儀的內(nèi)外表面的控制站點(diǎn)數(shù)量，通常大于4個；

根據(jù)所述控制站點(diǎn)數(shù)量在所述建筑周圍布設(shè)所述控制站點(diǎn)并編號，確保每個控制站點(diǎn)與相鄰控制站點(diǎn)保持通視；

根據(jù)被測建筑的情況確定內(nèi)外表面的標(biāo)靶集中標(biāo)靶的數(shù)量，每個控制站點(diǎn)的掃描范圍內(nèi)至少3個標(biāo)靶，根據(jù)所述標(biāo)靶的數(shù)量在建筑的內(nèi)外表面布設(shè)標(biāo)靶集并編號；

調(diào)節(jié)升降平臺的豎向位置，使被測建筑在三維激光掃描儀的掃描范圍內(nèi)；

采用全站儀對所述標(biāo)靶集和控制站點(diǎn)進(jìn)行測量，布設(shè)高精度的控制網(wǎng)，提供閉合的控制站點(diǎn)；

調(diào)節(jié)升降平臺水平位置，使得水平方向升降平臺的定位點(diǎn)與所述控制站點(diǎn)的中心重合；

根據(jù)所述控制網(wǎng)并采用三維激光掃描儀分另對被測建筑的內(nèi)表面和外表面及對應(yīng)的標(biāo)靶集進(jìn)行掃描作業(yè)，獲取建筑的內(nèi)外表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)及標(biāo)靶集。

優(yōu)選的，對所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)建立所述建筑的3D數(shù)字模型的步驟，包括：

對所述建筑的內(nèi)外表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理，包括去燥、修補(bǔ)、優(yōu)化、根據(jù)所述標(biāo)靶集對三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)及坐標(biāo)轉(zhuǎn)化，得到全局坐標(biāo)建筑內(nèi)外表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

分別采用3D內(nèi)表面模型重建程序和3D外表面模型重建程序，并根據(jù)所述全局坐標(biāo)建筑內(nèi)外表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立所述建筑的內(nèi)、外表面的3D數(shù)字模型；

根據(jù)所述內(nèi)、外表面的3D數(shù)字模型進(jìn)行坐標(biāo)匹配，建立具有厚度的3D數(shù)字模型。

優(yōu)選的，對所述3D數(shù)字模型進(jìn)行合理性分析，并根據(jù)所述合理性分析對所述3D數(shù)字模型進(jìn)行修正的步驟，包括

基于FEM的建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析程序，用于所述具有厚度的3D數(shù)字模型進(jìn)行計算分析，判斷所述具有厚度的3D數(shù)字模型的力學(xué)結(jié)構(gòu)的合理性，若力學(xué)結(jié)構(gòu)不合理對所述具有厚度的3D數(shù)字模型進(jìn)行修正；

采用3D模型與3D打印數(shù)字模型轉(zhuǎn)化程序?qū)⑺鼍哂泻穸鹊?D數(shù)字模型或經(jīng)過修正后的所述具有厚度的3D數(shù)字模型，轉(zhuǎn)化為適合3D打印的數(shù)字模型；

根據(jù)所述適合3D打印的數(shù)字模型，并采用3D打印技術(shù)預(yù)打印縮尺建筑模型預(yù)打印縮尺建筑模型，并根據(jù)預(yù)打印縮尺建筑模型判斷所述適合3D打印的數(shù)字模型的合理性，并對不合理的所述適合3D打印的數(shù)字模型的局部模型進(jìn)行修正處理。

優(yōu)選的，如圖4所示，根據(jù)修正后的3D數(shù)字模型進(jìn)行所述建筑的實(shí)體3D打印，實(shí)現(xiàn)所述建筑的重建的步驟，包括：

根據(jù)修正后的3D數(shù)字模型，通過動力控制系統(tǒng)(圖中未畫出)向?qū)嶓w建筑3D打印裝置200發(fā)送控制指令，通過Y方向打印頭導(dǎo)軌驅(qū)動220和打印頭橫梁制動230控制豎向打印頭導(dǎo)軌橫梁210實(shí)現(xiàn)Y方向的移動，通過X方向打印頭驅(qū)動制動260控制豎向打印頭250實(shí)現(xiàn)X方向的移動，通過控制豎向打印頭250在XY平面內(nèi)噴射建筑材料300實(shí)現(xiàn)建(構(gòu))筑物各建筑截面層打印施工，并通過動力控制系統(tǒng)(圖中未畫出)向模塊化三軸驅(qū)動導(dǎo)向自適應(yīng)擴(kuò)展裝置100發(fā)送控制指令，通過啟動Z方向頂升制動驅(qū)動150，向上頂升豎向打印頭250至建(構(gòu))筑物上一建筑截面層后制動，繼續(xù)打印施工，如此循環(huán)逐步向上頂升打印，實(shí)現(xiàn)建(構(gòu))筑物自下向上逐層沿Z方向打印。

優(yōu)選的，如圖5和6所示，優(yōu)選的，根據(jù)修正后的3D數(shù)字模型進(jìn)行所述建筑的實(shí)體3D打印，實(shí)現(xiàn)所述建筑的重建的步驟，還包括：

若已打印施工建(構(gòu))筑物400的高度超過Z方向打印范圍，與Z方向穩(wěn)定導(dǎo)軌133高度相同時，通過動力控制系統(tǒng)(圖中未畫出)向模塊化三軸驅(qū)動導(dǎo)向自適應(yīng)擴(kuò)展裝置100發(fā)送控制指令，通過Z方向穩(wěn)定導(dǎo)軌擴(kuò)展連接件163加長Z方向穩(wěn)定導(dǎo)軌133，啟動Z方向頂升制動驅(qū)動150，向上頂升豎向打印頭250至超過已打印施工建(構(gòu))筑物一定高度后制動，繼續(xù)打印施工，如此循環(huán)逐步向上頂升打印，實(shí)現(xiàn)打印裝置整體向上頂升并逐層打印。

如圖7和8所示，優(yōu)選的，根據(jù)修正后的3D數(shù)字模型進(jìn)行所述建筑的實(shí)體3D打印，實(shí)現(xiàn)所述建筑的重建的步驟，還包括：

若建(構(gòu))筑物500超過Y方向的打印范圍，通過動力控制系統(tǒng)(圖中未畫出)向模塊化三軸驅(qū)動導(dǎo)向自適應(yīng)擴(kuò)展裝置100發(fā)送控制指令，通過控制轉(zhuǎn)動頂升驅(qū)動140實(shí)現(xiàn)驅(qū)動車輪120轉(zhuǎn)向，通過XY方向驅(qū)動車輪120沿著Y方向地面導(dǎo)軌112行駛，同時調(diào)節(jié)Y方向制動172擴(kuò)展Y方向打印范圍，待超出Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌132長度時，通過Y方向地面導(dǎo)軌擴(kuò)展連接件114加長Y方向地面導(dǎo)軌112，并通過Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌擴(kuò)展連接件162加長下層Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌132和上層Y方向穩(wěn)定導(dǎo)軌132，調(diào)節(jié)XY方向驅(qū)動車輪120沿著Y方向地面導(dǎo)軌112行駛，同時調(diào)節(jié)Y方向驅(qū)動制動172實(shí)現(xiàn)Y方向打印區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大。如此可逐層自適應(yīng)擴(kuò)展打印裝置在XY平面的打印范圍以實(shí)現(xiàn)大范圍大量實(shí)體建(構(gòu))筑物的打印施工。

如圖9和10所示，優(yōu)選的，優(yōu)選的，根據(jù)修正后的3D數(shù)字模型進(jìn)行所述建筑的實(shí)體3D打印，實(shí)現(xiàn)所述建筑的重建的步驟，還包括：

若建(構(gòu))筑物600超過X方向打印裝置范圍，通過動力控制系統(tǒng)(圖中未畫出)向模塊化三軸驅(qū)動導(dǎo)向自適應(yīng)擴(kuò)展裝置100發(fā)送控制指令，通過控制轉(zhuǎn)動頂升驅(qū)動140實(shí)現(xiàn)驅(qū)動車輪120轉(zhuǎn)向，通過XY方向驅(qū)動車輪120沿著X方向地面導(dǎo)軌111行駛，同時調(diào)節(jié)X方向驅(qū)動制動171擴(kuò)展X方向打印范圍，待超出X方向穩(wěn)定導(dǎo)軌131的長度時，通過X方向地面導(dǎo)軌擴(kuò)展連接件113加長X方向地面導(dǎo)軌111，并通過X方向穩(wěn)定導(dǎo)軌擴(kuò)展連接件161分別加長下層X方向穩(wěn)定導(dǎo)軌131和上層X方向穩(wěn)定導(dǎo)軌131，調(diào)節(jié)XY方向驅(qū)動車輪120沿著加長后的X方向穩(wěn)定導(dǎo)軌131行駛，同時調(diào)節(jié)X方向驅(qū)動制動171實(shí)現(xiàn)X方向打印區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大。如此可逐層自適應(yīng)擴(kuò)展打印裝置在XY平面的打印范圍以實(shí)現(xiàn)大范圍大量實(shí)體建(構(gòu))筑物的打印施工。

需要說明的是，模塊化三軸驅(qū)動導(dǎo)向自適應(yīng)擴(kuò)展裝置100以及實(shí)體建筑3D打印裝置200均與動力控制系統(tǒng)(圖中未畫出)通信連接，且動力控制系統(tǒng)均可向XY方向驅(qū)動車輪120、轉(zhuǎn)動頂升驅(qū)動140、Z方向頂升制動驅(qū)動150、X方向驅(qū)動制動171、Y方向驅(qū)動制動172、Y方向打印頭導(dǎo)軌驅(qū)動220、X方向打印頭驅(qū)動制動260發(fā)送控制指令，因動力控制系統(tǒng)不在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)，故對其結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系不作具體闡述。

本發(fā)明的主要優(yōu)勢在于解決采用傳統(tǒng)監(jiān)測手段僅能獲取單點(diǎn)數(shù)據(jù)且可靠性低而不能滿足建筑重建測繪要求大范圍、快速精確測量等技術(shù)難題，建筑重建測繪中傳統(tǒng)單點(diǎn)式監(jiān)測方法存在監(jiān)測范圍小、信息化較低，解決傳統(tǒng)建筑重建施工效率及自動化程度低等問題，以及解決傳統(tǒng)打印裝置在水平面范圍不能移動擴(kuò)展等問題，可大面積、高精度、非接觸地快速獲取建筑點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)建筑快速、高效的自動化建造。

一具體應(yīng)用實(shí)施例中，某歷史保護(hù)古建筑老化嚴(yán)重，需進(jìn)行重建，擬采用所開發(fā)的系統(tǒng)，進(jìn)行古建筑測繪和重建施工。三維激光掃描測量子系統(tǒng)示意圖見附圖2，掃描儀采用Z+F IMAGER 5010C掃描儀，升降平臺如圖2所示；計算機(jī)采用內(nèi)存為8G，CPU為4核CPU PC；全站儀采用Leica-TM30全站儀；控制站點(diǎn)編號為L1～Li，其中i＝6，控制網(wǎng)掃描路徑為逆時針；標(biāo)靶集為多個自制打印標(biāo)靶組成，標(biāo)靶編號為B1～Bk，其中k＝90。數(shù)據(jù)處理及3D建模子系統(tǒng)中3D掃描數(shù)據(jù)后處理軟件為Z+F IMAGER 5010C掃描儀附屬數(shù)據(jù)處理軟件；3D外表面模型重建程序、3D內(nèi)表面模型重建程序、3D建筑模型重建程序采用Fortran語言編寫。3D模型分析及修正子系統(tǒng)中基于FEM的建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)分析程序和3D模型與3D打印數(shù)字模型轉(zhuǎn)化程序采用Fortran語言編寫；基于3D打印的縮尺模型修正工具中打印機(jī)采用3D Systems CubePro Duo 3D打印機(jī)。3D打印實(shí)體建筑子系統(tǒng)如附圖4所示，包括XYZ三向驅(qū)動導(dǎo)向自適應(yīng)裝置以及與驅(qū)動導(dǎo)向構(gòu)件連接的實(shí)體建筑3D打印裝置，可逐層自適應(yīng)擴(kuò)展打印施工實(shí)體建筑。

另一具體應(yīng)用實(shí)施例中，某城市綜合體施工，擬采用所開發(fā)的系統(tǒng)。其打印建造流程如述方法，如此循環(huán)逐層向上頂升打印，逐步自適應(yīng)擴(kuò)展打印裝置在XY平面的打印范圍，實(shí)現(xiàn)打印范圍的三軸自適應(yīng)擴(kuò)展，完成大范圍大量異形復(fù)雜實(shí)體建(構(gòu))筑物的打印施工。Z方向打印范圍擴(kuò)展如圖5和圖6所示；Y方向打印范圍擴(kuò)展如圖7和圖8所示；X方向打印范圍擴(kuò)展如圖9和圖10所示。

本說明書中各個實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動和變型在內(nèi)。