挑戰：為兩臺巨型水力發(fā)電引水管記錄尺寸數據，并用兩臺全新渦輪機完成老舊發(fā)電廠(chǎng)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 )因為沒(méi)有達到項目規范而面臨嚴厲處罰，更嚴重的是，誤差設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(shí)內被完整捕獲，項目工期綽綽有余。隨后，利用掃描數據創(chuàng )建毫米級精度的CAD模型，能直接發(fā)送給渦輪機制造商，用于新渦輪機的設計與制造。

使用Artec Eva掃描水力發(fā)電引水管末端

在法國汝拉山脈深處，工程師Damien Delmont拿著(zhù)Artec Eva三維掃描儀站在長(cháng)長(cháng)的混凝土引水管內，盯著(zhù)黑暗中頭頂四米開(kāi)外一臺一動(dòng)不動(dòng)的渦輪機，兩個(gè)舊閥門(mén)擋住了另一邊幾百升涌動(dòng)的水流。是時(shí)候開(kāi)工了。

在接下來(lái)的幾個(gè)小時(shí)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構的上半部分，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(shí)，都會(huì )造成發(fā)電廠(chǎng)的收入損失，發(fā)電廠(chǎng)滿(mǎn)負荷工作時(shí)，發(fā)電量超過(guò)10兆瓦，足以為5000個(gè)家庭供電。

他們還面臨著(zhù)另一項壓力：發(fā)電廠(chǎng)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(gè)世紀前的1934年，作為第一次世界大戰的賠償，這臺水電設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(shí)，在打算更換第一臺（共四臺）混流式水輪機時(shí)，負責該項目的承包商就發(fā)現，這項任務(wù)異常復雜。

監測水力發(fā)電站旁的水位

為了能讓渦輪機制造商設計出性能優(yōu)化的設備，他們必須先知道這條形狀不規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。

如果采用的測量數據不準確，那么渦輪機就無(wú)法產(chǎn)生指定的電量，無(wú)法滿(mǎn)足發(fā)電廠(chǎng)的性能標準。

糟糕的是，數據不精準還會(huì )造成功率損失、氣蝕，甚至還可能導致渦輪機振動(dòng)頻率過(guò)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(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(lái)使用。

不合規范的數據不僅會(huì )直接造成設備損傷，還會(huì )讓渦輪機制造商和項目承包商面臨罰款、名譽(yù)受損等嚴重后果。

承包商發(fā)現，傳統測量方式無(wú)法在項目工期內精準采集管道數據，于是找到了3DLM的Damien Delmont，他是工程與三維掃描工業(yè)應用方面的專(zhuān)家，擅長(cháng)改造、檢驗、為老舊結構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(guò)傳統工具完成。但遺憾的是，水管形狀很復雜。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(shí)候，他就希望找到一款能?chē)栏駶M(mǎn)足自己需求的三維掃描儀。

找到埃太科金牌授權經(jīng)銷(xiāo)商Boreal 3D，見(jiàn)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(zhuān)業(yè)三維掃描儀，得到全球工程師與專(zhuān)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(gè)小時(shí)，就完整捕獲了12米（39.3英尺）長(cháng)的引水管，精度很高，CAD模型可用于分析和CFD（計算流體力學(xué)）模擬，制造全新渦輪機。”

“不論出于什么原因，如果我們沒(méi)能在規定時(shí)間內交付，那么項目中的每個(gè)人都會(huì )受到影響，也會(huì )影響我們參與未來(lái)項目的幾率。”

超大水管，掃描有條不紊

隨著(zhù)工期逐步逼近，考慮到項目著(zhù)實(shí)復雜，規模巨大，Delmont請來(lái)Guillaume Demarche協(xié)助。精心策劃后，他們來(lái)到水電站設施處，迅速展開(kāi)行動(dòng)。

為了能在處理階段的Artec Studio軟件中迅速對齊數據，他們在引水管壁內涂上了噴漆，劃分了10個(gè)獨立部分，分別掃描。

Boreal的Guillaume Demarche用Artec Eva掃描引水管

通過(guò)區域劃分，他們可以在發(fā)生緊急情況時(shí)，迅速離開(kāi)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，全程監測水位。如果天氣情況惡化，即時(shí)是在上游幾公里處，也可能導致水位上升到危險位置。在這種情況下，團隊帶上所有設備，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(mén)后的水以每分鐘十升的速度涌入引水管內，不斷提醒他們風(fēng)險就在身邊。和住宅區的閥門(mén)、水龍頭不同，這些老式閥門(mén)在設計時(shí)就允許少量水滲出。為避免設備進(jìn)水，團隊臨時(shí)拼湊出一張木桌，用來(lái)放置電腦和設備。

但是這些水沒(méi)有妨礙到掃描工作，完全沒(méi)有。“即便引水管內已經(jīng)有了2厘米的積水，Eva依然完成掃描任務(wù)，” Delmont說(shuō)道。

Boreal的Guillaume Demarche用Artec Eva采集引水管上半部分

他補充道：“我聽(tīng)說(shuō)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(méi)出現任何問(wèn)題。為保險起見(jiàn)，我用激光遙測法檢查了這些區域，發(fā)現Eva的結果的確很精準。”

每個(gè)區域的掃描時(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是應對這類(lèi)項目的理想掃描儀，可以不用標記點(diǎn)，完成精準采集。畢竟，這種潮濕環(huán)境對電子設備不利，而且昏暗的水管內也沒(méi)有電源插座。”

創(chuàng )建CAD模型，用于改造與檢測

掃描時(shí)，Delmont發(fā)現引水管內壁有一層5-10毫米的礦物層，這是幾十年來(lái)，大量水流過(guò)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模型中準確地體現出來(lái)，否則之后的CFD模擬無(wú)法如實(shí)反映水的實(shí)際流速。

掃描結束回到辦公室，就得處理掃描來(lái)制作CAD模型了。Demarche表示，“其實(shí)在Artec Studio里，都沒(méi)什么處理工作要做，就和之前計劃的一樣。”

他補充道：“我進(jìn)行了一點(diǎn)清理工作，隨后把十塊區域對齊，制作成一個(gè)包含整個(gè)水管全部表面的3D模型。”

Artec Eva掃描后制作的完整水力發(fā)電引水管

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的草圖、繪制、CAD模型擠壓等工序。

Delmont強調了掃描至CAD功能的重要性，他說(shuō)道：“如果工作流程中某個(gè)階段耗費太多時(shí)間，那么勢必會(huì )降低效率，增加成本，影響我們的競爭力和贏(yíng)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(gè)形態(tài)不規則的巨型引水管也沒(méi)問(wèn)題，可以一次搞定。也就是說(shuō)，我們無(wú)需二次掃描，不用再讓發(fā)電廠(chǎng)停工。”

“因為如果你在掃描處理階段，發(fā)現數據表面缺失，那么再回到發(fā)電廠(chǎng)，停下渦輪機，對客戶(hù)來(lái)說(shuō)，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，對自己的數據胸有成竹，精準度始終在線(xiàn)。”

Delmont 早在交付日期前完成了CAD模型，發(fā)送給客戶(hù)后，他們再轉交給渦輪機制造商。該模型符合所有規范要求，制造商立刻展開(kāi)了CFD模擬等各項分析。

根據Artec Eva掃描制成的引水管CAD模型

數周后，團隊回到發(fā)電廠(chǎng)，掃描了第二根引水管，根據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(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(guò)不同色彩顯示出來(lái)，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，甚至還有幾百上千座。

這類(lèi)項目究竟需要何種專(zhuān)業(yè)工程技術(shù)，Delmont認為：“其實(shí)要思考的首要問(wèn)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 )接受較低的精準度，但也有公司要求整個(gè)部件都達到低公差，哪怕是一些對精度沒(méi)要求的地方也一樣如此。”

“但這樣操作并不完美，會(huì )導致工期延長(cháng)，浪費資源，增加成本，效果還更糟，” Delmont說(shuō)道。

接手沒(méi)有初始文件的高難度項目

“改造巨型物體，例如引水管，挑戰就是如何取得理想的精度效果，這類(lèi)物體各個(gè)部分的復雜程度不同。同時(shí)，還得根據每個(gè)部分來(lái)調整改造方式。”

Delmont說(shuō)道：“在Artec Eva經(jīng)手的每個(gè)項目中，它都出色地完成任務(wù)，彌補了沒(méi)有原始圖紙或文件的缺陷，這類(lèi)改造項目占據了我們項目總量的70%。”

他補充道：“有了Eva，我可以精準采集測量數據，制作CAD模型，從幾厘米到幾米長(cháng)，都沒(méi)問(wèn)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。”