挑戰(zhàn)：為兩臺(tái)巨型水力發(fā)電引水管記錄尺寸數(shù)據(jù)，并用兩臺(tái)全新渦輪機(jī)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(huì)因?yàn)闆]有達(dá)到項(xiàng)目規(guī)范而面臨嚴(yán)厲處罰，更嚴(yán)重的是，誤差設(shè)計(jì)還可能導(dǎo)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(shí)內(nèi)被完整捕獲，項(xiàng)目工期綽綽有余。隨后，利用掃描數(shù)據(jù)創(chuàng)建毫米級(jí)精度的CAD模型，能直接發(fā)送給渦輪機(jī)制造商，用于新渦輪機(jī)的設(shè)計(jì)與制造。 

在法國(guó)汝拉山脈深處，工程師Damien Delmont拿著Artec Eva三維掃描儀站在長(zhǎng)長(zhǎng)的混凝土引水管內(nèi)，盯著黑暗中頭頂四米開外一臺(tái)一動(dòng)不動(dòng)的渦輪機(jī)，兩個(gè)舊閥門擋住了另一邊幾百升涌動(dòng)的水流。是時(shí)候開工了。

在接下來的幾個(gè)小時(shí)里，Delmont和他的項(xiàng)目伙伴Guillaume Demarche借助腳手架，爬到了渦輪機(jī)下方結(jié)構(gòu)的上半部分，精準(zhǔn)采集了巨型引水管的每一部位。

團(tuán)隊(duì)必須爭(zhēng)分奪秒。渦輪機(jī)關(guān)閉的每一小時(shí)，都會(huì)造成發(fā)電廠的收入損失，發(fā)電廠滿負(fù)荷工作時(shí)，發(fā)電量超過10兆瓦，足以為5000個(gè)家庭供電。

他們還面臨著另一項(xiàng)壓力：發(fā)電廠目前處于緊急狀態(tài)，因?yàn)楹铀灰呀?jīng)上升至洪水等級(jí)，人員急需疏散。

87年后的改造

在近一個(gè)世紀(jì)前的1934年，這臺(tái)水電設(shè)施由一位德國(guó)工程師建造，迄今為止，始終處于運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)時(shí)，在打算更換第一臺(tái)（共四臺(tái)）混流式水輪機(jī)時(shí)，負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的承包商就發(fā)現(xiàn)，這項(xiàng)任務(wù)異常復(fù)雜。

監(jiān)測(cè)水力發(fā)電站旁的水位

為了能讓渦輪機(jī)制造商設(shè)計(jì)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(jī)的水排入下面的河流中。

如果采用的測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，那么渦輪機(jī)就無法產(chǎn)生指*的電量，無法滿足發(fā)電廠的性能標(biāo)準(zhǔn)。

糟糕的是，數(shù)據(jù)不精準(zhǔn)還會(huì)造成功率損失、氣蝕，甚至還可能導(dǎo)致渦輪機(jī)振動(dòng)頻率過高，再次重演2009年薩揚(yáng)-舒申斯克（Sayano-Shushenskaya）水電站的悲劇。

精準(zhǔn)記錄需求凸顯

引水管的原始藍(lán)圖還在，但這份藍(lán)圖已有90年之久，引水管的尺寸在時(shí)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(huì)直接造成設(shè)備損傷，還會(huì)讓渦輪機(jī)制造商和項(xiàng)目承包商面臨罰款、名譽(yù)受損等嚴(yán)重后果。

承包商發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)測(cè)量方式無法在項(xiàng)目工期內(nèi)精準(zhǔn)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(zhǎng)改造、檢驗(yàn)、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(jiǎn)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(jí)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(shí)候，他就希望找到一款能嚴(yán)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(jí)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(bǔ)充道：“本項(xiàng)目工期緊，但有了Eva，短短幾個(gè)小時(shí)，就完整捕獲了12米（39.3英尺）長(zhǎng)的引水管，精度很高，CAD模型可用于分析和CFD（計(jì)算流體力學(xué)）模擬，制造全新渦輪機(jī)。”

“不論出于什么原因，如果我們沒能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)交付，那么項(xiàng)目中的每個(gè)人都會(huì)受到影響，也會(huì)影響我們參與未來項(xiàng)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(xiàng)目著實(shí)復(fù)雜，規(guī)模巨大，Delmont請(qǐng)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(dòng)。

為了能在處理階段的Artec Studio軟件中迅速對(duì)齊數(shù)據(jù)，他們?cè)谝鼙趦?nèi)涂上了噴漆，劃分了10個(gè)獨(dú)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(shí)，迅速離開引水管。掃描期間，緊急情況隨時(shí)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(cè)水位。如果天氣情況惡化，即時(shí)是在上游幾公里處，也可能導(dǎo)致水位上升到危險(xiǎn)位置。在這種情況下，團(tuán)隊(duì)帶上所有設(shè)備，從引水管中逃離，只有不到一分鐘的時(shí)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(fēng)險(xiǎn)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(jì)時(shí)就允許少量水滲出。為避免設(shè)備進(jìn)水，團(tuán)隊(duì)臨時(shí)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(bǔ)充道：“我聽說三維掃描儀哪怕遇到一點(diǎn)點(diǎn)水也會(huì)很麻煩，但Eva卻沒出現(xiàn)任何問題。為保險(xiǎn)起見，我用激光遙測(cè)法檢查了這些區(qū)域，發(fā)現(xiàn)Eva的結(jié)果的確很精準(zhǔn)。”

每個(gè)區(qū)域的掃描時(shí)間大約為半小時(shí)，而整個(gè)水管，從頭到尾，總共掃描了約5小時(shí)。

Delmont表示：“事實(shí)證明，Eva是應(yīng)對(duì)這類項(xiàng)目的理想掃描儀，可以不用標(biāo)記點(diǎn)，完成精準(zhǔn)采集。畢竟，這種潮濕環(huán)境對(duì)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(cè)

掃描時(shí)，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(huì)影響水管的流動(dòng)特性，需要在3D模型中準(zhǔn)確地體現(xiàn)出來，否則之后的CFD模擬無法如實(shí)反映水的實(shí)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(shí)在Artec Studio里，都沒什么處理工作要做，就和之前計(jì)劃的一樣。”

他補(bǔ)充道：“我進(jìn)行了一點(diǎn)清理工作，隨后把十塊區(qū)域?qū)R，制作成一個(gè)包含整個(gè)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(dǎo)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(qiáng)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(gè)階段耗費(fèi)太多時(shí)間，那么勢(shì)必會(huì)降低效率，增加成本，影響我們的競(jìng)爭(zhēng)力和贏得新項(xiàng)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(shí)還不會(huì)犧牲項(xiàng)目質(zhì)量。”

一次搞定

Delmont補(bǔ)充道：“有了Eva，我們就能采集物體的所有尺寸，甚至這樣一個(gè)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?yàn)槿绻阍趻呙杼幚黼A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(jī)，對(duì)客戶來說，將損失一筆不小的收入。幸運(yùn)的是，我們不一樣——我們掃描完的那一刻，對(duì)自己的數(shù)據(jù)胸有成竹，精準(zhǔn)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?cè)俎D(zhuǎn)交給渦輪機(jī)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(xiàng)分析。

數(shù)周后，團(tuán)隊(duì)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(zhǔn)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(yàn)水管時(shí)（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(guó)，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(xiàng)目究竟需要何種專業(yè)工程技術(shù)，Delmont認(rèn)為：“其實(shí)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(jiǎn)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(huì)接受較低的精準(zhǔn)度，但也有公司要求整個(gè)部件都達(dá)到低公差，哪怕是一些對(duì)精度沒要求的地方也一樣如此。”

“但這樣操作并不完*，會(huì)導(dǎo)致工期延長(zhǎng)，浪費(fèi)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(xiàng)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(gè)部分的復(fù)雜程度不同。同時(shí)，還得根據(jù)每個(gè)部分來調(diào)整改造方式。”

Delmont說道：“在Artec Eva經(jīng)手的每個(gè)項(xiàng)目中，它都出色地完成任務(wù)，彌補(bǔ)了沒有原始圖紙或文件的缺陷，這類改造項(xiàng)目占據(jù)了我們項(xiàng)目總量的70%。”

他補(bǔ)充道：“有了Eva，我可以精準(zhǔn)采集測(cè)量數(shù)據(jù)，制作CAD模型，從幾厘米到幾米長(zhǎng)，都沒問題。我認(rèn)為這是Eva的優(yōu)勢(shì)之一，適用范圍非常廣泛。對(duì)改造、檢驗(yàn)、維護(hù)等多項(xiàng)工作而言，制成的CAD模型都能發(fā)揮關(guān)鍵作用。”