挑戰(zhàn)：為兩臺巨型水力發(fā)電引水管記錄尺寸數(shù)據(jù)，并用兩臺全新渦輪機完成老舊發(fā)電廠的改造工作，順利趕上緊張的工期。若引水管尺寸存在絲毫偏差，那么承包商就會因為沒有達到項目規(guī)范而面臨嚴厲處罰，更嚴重的是，誤差設(shè)計還可能導致悲劇的發(fā)生。
解決方案：Artec Eva, Artec Studio, SOLIDWORKS
效果：借助Artec Eva，每根引水管都在5小時內(nèi)被完整捕獲，項目工期綽綽有余。隨后，利用掃描數(shù)據(jù)創(chuàng)建毫米級精度的CAD模型，能直接發(fā)送給渦輪機制造商，用于新渦輪機的設(shè)計與制造。
在法國汝拉山脈深處，工程師Damien Delmont拿著Artec Eva三維掃描儀站在長長的混凝土引水管內(nèi)，盯著黑暗中頭頂四米開外一臺一動不動的渦輪機，兩個舊閥門擋住了另一邊幾百升涌動的水流。是時候開工了。
在接下來的幾個小時里，Delmont和他的項目伙伴Guillaume Demarche借助腳手架，爬到了渦輪機下方結(jié)構(gòu)的上半部分，精準采集了巨型引水管的每一部位。
團隊必須爭分奪秒。渦輪機關(guān)閉的每一小時，都會造成發(fā)電廠的收入損失，發(fā)電廠滿負荷工作時，發(fā)電量超過10兆瓦，足以為5000個家庭供電。
他們還面臨著另一項壓力：發(fā)電廠目前處于緊急狀態(tài)，因為河水水位已經(jīng)上升至洪水等級，人員急需疏散。
87年后的改造
在近一個世紀前的1934年，這臺水電設(shè)施由一位德國工程師建造，迄今為止，始終處于運行狀態(tài)。當時，在打算更換第一臺（共四臺）混流式水輪機時，負責該項目的承包商就發(fā)現(xiàn)，這項任務(wù)異常復(fù)雜。
監(jiān)測水力發(fā)電站旁的水位
為了能讓渦輪機制造商設(shè)計出性能優(yōu)化的設(shè)備，他們必須先知道這條形狀不規(guī)則的巨型引水管的精確尺寸。這條引水管就像排氣管一樣，把流經(jīng)渦輪機的水排入下面的河流中。
如果采用的測量數(shù)據(jù)不準確，那么渦輪機就無法產(chǎn)生指*的電量，無法滿足發(fā)電廠的性能標準。
糟糕的是，數(shù)據(jù)不精準還會造成功率損失、氣蝕，甚至還可能導致渦輪機振動頻率過高，再次重演2009年薩揚-舒申斯克（Sayano-Shushenskaya）水電站的悲劇。
精準記錄需求凸顯
引水管的原始藍圖還在，但這份藍圖已有90年之久，引水管的尺寸在時間的沖刷下，尺寸一定有所變化，所以不能作為一份可靠的工程記錄圖來使用。
不合規(guī)范的數(shù)據(jù)不僅會直接造成設(shè)備損傷，還會讓渦輪機制造商和項目承包商面臨罰款、名譽受損等嚴重后果。
承包商發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)測量方式無法在項目工期內(nèi)精準采集管道數(shù)據(jù)，于是找到了3DLM的Damien Delmont，他是工程與三維掃描工業(yè)應(yīng)用方面的專家，擅長改造、檢驗、為老舊結(jié)構(gòu)和部件完成逆向工程。
Delmont解釋道：“如果引水管的幾何形狀比較簡單，就能輕松通過傳統(tǒng)工具完成。但遺憾的是，水管形狀很復(fù)雜。所以，如果要制作毫米級精度的CAD模型，我們只能選擇三維掃描的方式。”
尋覓合適的三維掃描儀
幾年前，Delmont創(chuàng)辦工程公司的時候，他就希望找到一款能嚴格滿足自己需求的三維掃描儀。
找到埃太科金牌授權(quán)經(jīng)銷商Boreal 3D，見到Demarche后，他很快了解到了Artec Eva，這是一款亞毫米級的手持式專業(yè)三維掃描儀，得到全球工程師與專家們的青睞。
Artec Eva
Delmont補充道：“本項目工期緊，但有了Eva，短短幾個小時，就完整捕獲了12米（39.3英尺）長的引水管，精度很高，CAD模型可用于分析和CFD（計算流體力學）模擬，制造全新渦輪機。”
“不論出于什么原因，如果我們沒能在規(guī)定時間內(nèi)交付，那么項目中的每個人都會受到影響，也會影響我們參與未來項目的幾率。”
超大水管，掃描有條不紊
隨著工期逐步逼近，考慮到項目著實復(fù)雜，規(guī)模巨大，Delmont請來Guillaume Demarche協(xié)助。精心策劃后，他們來到水電站設(shè)施處，迅速展開行動。
為了能在處理階段的Artec Studio軟件中迅速對齊數(shù)據(jù)，他們在引水管壁內(nèi)涂上了噴漆，劃分了10個獨立部分，分別掃描。
通過區(qū)域劃分，他們可以在發(fā)生緊急情況時，迅速離開引水管。掃描期間，緊急情況隨時可能發(fā)生。在他們身后，圍堰頂部的水只差10厘米就要溢出了。
安全工程師在大壩頂部站崗，全程監(jiān)測水位。如果天氣情況惡化，即時是在上游幾公里處，也可能導致水位上升到危險位置。在這種情況下，團隊帶上所有設(shè)備，從引水管中逃離，只有不到一分鐘的時間。
昏暗水管，掃描不誤
上方閥門后的水以每分鐘十升的速度涌入引水管內(nèi)，不斷提醒他們風險就在身邊。和住宅區(qū)的閥門、水龍頭不同，這些老式閥門在設(shè)計時就允許少量水滲出。為避免設(shè)備進水，團隊臨時拼湊出一張木桌，用來放置電腦和設(shè)備。
但是這些水沒有妨礙到掃描工作，完*沒有。“即便引水管內(nèi)已經(jīng)有了2厘米的積水，Eva依然完成掃描任務(wù)，” Delmont說道。
他補充道：“我聽說三維掃描儀哪怕遇到一點點水也會很麻煩，但Eva卻沒出現(xiàn)任何問題。為保險起見，我用激光遙測法檢查了這些區(qū)域，發(fā)現(xiàn)Eva的結(jié)果的確很精準。”
每個區(qū)域的掃描時間大約為半小時，而整個水管，從頭到尾，總共掃描了約5小時。
Delmont表示：“事實證明，Eva是應(yīng)對這類項目的理想掃描儀，可以不用標記點，完成精準采集。畢竟，這種潮濕環(huán)境對電子設(shè)備不利，而且昏暗的水管內(nèi)也沒有電源插座。”
創(chuàng)建CAD模型，用于改造與檢測
掃描時，Delmont發(fā)現(xiàn)引水管內(nèi)壁有一層5-10毫米的礦物層，這是幾十年來，大量水流過水管后的沉積物。
這種沉積物會影響水管的流動特性，需要在3D模型中準確地體現(xiàn)出來，否則之后的CFD模擬無法如實反映水的實際流速。
掃描結(jié)束回到辦公室，就得處理掃描來制作CAD模型了。Demarche表示，“其實在Artec Studio里，都沒什么處理工作要做，就和之前計劃的一樣。”
他補充道：“我進行了一點清理工作，隨后把十塊區(qū)域?qū)R，制作成一個包含整個水管全部表面的3D模型。”
Artec Studio掃描至CAD工具，效果好
下一步，Delmont利用Artec Studio的掃描至CAD功能，將CAD基礎(chǔ)圖元擬合至引水管3D模型。隨后，他將這些形狀以STP格式導出至SOLIDWORKS，并作為參考完成了后續(xù)的草圖、繪制、CAD模型擠壓等工序。
Delmont強調(diào)了掃描至CAD功能的重要性，他說道：“如果工作流程中某個階段耗費太多時間，那么勢必會降低效率，增加成本，影響我們的競爭力和贏得新項目的幾率。”
“掃描完成后，可以在Artec Studio中直接創(chuàng)建CAD基礎(chǔ)圖元，這樣的操作能幫我們大幅縮短工作流程，同時還不會犧牲項目質(zhì)量。”
一次搞定
Delmont補充道：“有了Eva，我們就能采集物體的所有尺寸，甚至這樣一個形態(tài)不規(guī)則的巨型引水管也沒問題，可以一次搞定。也就是說，我們無需二次掃描，不用再讓發(fā)電廠停工。”
“因為如果你在掃描處理階段，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)表面缺失，那么再回到發(fā)電廠，停下渦輪機，對客戶來說，將損失一筆不小的收入。幸運的是，我們不一樣——我們掃描完的那一刻，對自己的數(shù)據(jù)胸有成竹，精準度始終在線。”
Delmont 早在交付日期前完成了CAD模型，發(fā)送給客戶后，他們再轉(zhuǎn)交給渦輪機制造商。該模型符合所有規(guī)范要求，制造商立刻展開了CFD模擬等各項分析。
數(shù)周后，團隊回到發(fā)電廠，掃描了第二根引水管，根據(jù)同樣的工作流程完成了第二份CAD模型。
精準CAD模型，完成的不止改造
兩條引水管的CAD模型都已制作完畢。借助三維掃描檢驗水管時（如在Artec Studio中使用軟件表面距離映射工具），可作為參考模型使用。CAD模型和掃描間的任何差異都可以在熱圖中通過不同色彩顯示出來，方便讀取。
如今，光在法國，就有幾十座需要改造的老舊水電站，全球范圍內(nèi)，甚至還有幾百上千座。
這類項目究竟需要何種專業(yè)工程技術(shù)，Delmont認為：“其實要思考的首要問題是，到底需要多高的精度？如果都是比較簡單的物體，就可以用較低的精度。”
Delmont繼續(xù)解釋道：“如果掃描小型部件的關(guān)鍵部位，許多公司會接受較低的精準度，但也有公司要求整個部件都達到低公差，哪怕是一些對精度沒要求的地方也一樣如此。”
“但這樣操作并不完*，會導致工期延長，浪費資源，增加成本，效果還更糟，” Delmont說道。
接手沒有初始文件的高難度項目
“改造巨型物體，例如引水管，挑戰(zhàn)就是如何取得理想的精度效果，這類物體各個部分的復(fù)雜程度不同。同時，還得根據(jù)每個部分來調(diào)整改造方式。”
Delmont說道：“在Artec Eva經(jīng)手的每個項目中，它都出色地完成任務(wù)，彌補了沒有原始圖紙或文件的缺陷，這類改造項目占據(jù)了我們項目總量的70%。”
他補充道：“有了Eva，我可以精準采集測量數(shù)據(jù)，制作CAD模型，從幾厘米到幾米長，都沒問題。我認為這是Eva的優(yōu)勢之一，適用范圍非常廣泛。對改造、檢驗、維護等多項工作而言，制成的CAD模型都能發(fā)揮關(guān)鍵作用。”
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