摘要：在日常生活中，人们常用“坚如钢铁”来强调某件物品坚固耐用。毕竟，钢铁是地球上最坚固的材料之一。然而，即使是钢铁也有极限。许多公共桥梁由钢梁支撑，但这些钢梁容易因极端天气条件而发生老化。全球范围内，桥梁失效曾导致大量伤亡和重大经济损失，因此，定期检查对于确保桥梁

挑战：为了缓解全美各地地方管理机构的压力，需在有限预算内维护数千座桥梁，并尽量减少因安全问题导致的高成本封桥情况。

解决方案：Artec Leo、Artec Studio、ABAQUS软件以及自主研发的AI算法

效果：桥梁梁体的数据能够精准显示腐蚀程度，这些数据输入AI系统后，不仅可以计算出桥体的承载能力，还能标记出需要修复的部位，从而有效避免结构失效。

为何选择Artec 3D：Artec Leo自带内置显示屏，还具备全无线功能，快速、精准、灵活性高，采集的基础设施数据可实现快速可靠的分析。

在日常生活中，人们常用“坚如钢铁”来强调某件物品坚固耐用。毕竟，钢铁是地球上最坚固的材料之一。然而，即使是钢铁也有极限。许多公共桥梁由钢梁支撑，但这些钢梁容易因极端天气条件而发生老化。全球范围内，桥梁失效曾导致大量伤亡和重大经济损失，因此，定期检查对于确保桥梁能在满载情况下安全运行至关重要。

如发现桥梁存在老化问题，可降低其载重限制；在某些情况下，甚至可能需要关闭桥梁，而这将带来巨大的经济损失。地方管理机构需要管理拥有数千座桥梁的城镇基础设施，同时还需负责提供其他公共服务。要同时处理好这两项工作，资源的高效利用变得尤为重要。

为此，德累斯顿工业大学和马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员开始开发一种更快速、更精准的钢桥检查方法。

目前，检查这类基础设施通常需要移除腐蚀材料，并通过耗时费力的超声波单点捕捉来测量剩余部分。然而，借助Artec Leo，研究人员已发现了一种更高效的方法，可以测量钢梁并获取所需的高精度数据，以实现更高效的深入分析。

1、Leo 效率“打开新世界的大门”

最初，研究人员基于地面激光扫描仪捕获的数据进行开发。在对一根退役的钢梁进行腐蚀模式识别时，这款LiDAR扫描仪也能够捕获足够的细节。然而，在实际的检查中，测量钢梁的两端往往需要使用吊车。

为了提高灵活度，团队改用了Artec Leo。这是一款无线的一体化设备，精度0.1毫米，捕获速度高达每秒3500万点。由Artec 3D经销商Source Graphics提供的 Leo 不仅速度快，身材小巧，而且操作直观，即使是需要高精度的新手用户，也能轻松上手。

“钢梁是桥面板的支撑结构，但却容易出现腐蚀现象。由于桥面板的遮挡，需要先对一侧进行扫描，然后停下，移动吊篮车，再对另一侧进行扫描，”马萨诸塞大学阿默斯特分校副教授Simos Gerasimidis表示。“因此，设备能够手持、适用范围广、易于移动就变得非常重要。而Leo会实时提示距离过近或过远，让你当场判断扫描效果是否理想。”

“使用 Leo，你可以在五分钟内捕获（至少）数十万个点，而传统方法需要三分钟才能捕获一个点。所以，如果以捕获的数据量和时间比来计算效率，那么Leo 的表现完全可以说是‘打开新世界的大门’。”

2、AI助力预测性检查

在熟练掌握Leo 3D扫描技术后，Simos Gerasimidis团队开始优化工作流程。首先在Artec Studio中进行数据处理。这款由Artec 3D提供的软件具备高清模式（HD Mode），即使在扫描光亮的金属表面时也能生成超清数据，同时配备独特算法，可实现卓越的纹理和几何追踪效果。

尽管软件内置的检查工具能够支持梁体分析，但团队选择直接使用原始点云数据，以避免可能出现的对齐误差。

在数据整理过程中，生成了二维轮廓图，清晰显示了每根钢梁“腹板”（钢板部分）的剩余厚度，因而检查员能快速、直观地看清梁体状况。研究人员并未止步于此，他们还打算利用这些数据进一步探究桥梁的承载能力。

为此，他们将数据置入坐标系统，并导入ABAQUS有限元分析（FEA）软件进行结构分析。多次扫描三根退役钢梁，并重复上述流程后，团队通过综合 FEA 结果计算生成了一千多种超载导致失效的场景模型。

“针对这1400种腐蚀场景，我们使用自主开发的算法框架构建了有限元模型，”德累斯顿工业大学研究员George Tzortzinis解释道。“通过这些模型，我们能够识别腐蚀梁的承载能力及其具体失效模式。”

为了加快桥梁分析，研究团队利用这些腐蚀场景数据训练了一个AI模型，通过机器学习挖掘输入数据间的规律，进而计算梁体的承载能力。最终目标是为了让载荷评估工程师将3D扫描生成的轮廓图输入AI模型，从而实现对钢梁荷载能力的自动评估。

在控制环境中验证了这一方法后，团队将其应用于实际场景，对马萨诸塞州的一座在役桥梁进行了检查。尽管存在桥体震动和通行限制，他们仍能快速高效地识别钢梁相似部位的磨损区域，并生成荷载评级所需数据，精度显著提高。

3、未来展望——AI助力桥梁检查

与传统桥梁检查一样，这种新技术也需要吊车，还要封闭部分道路，但检查速度更快且大幅降低了评估的不确定性。美国有2万多座钢桥被评为“差”等级，10万多座被评为“中等”。研究人员相信，这种高效的检查方法能帮助联邦公路管理局和各州交通部门解决约1250亿美元的维修积压问题。

未来，团队打算将研究成果整合到数据收集培训课程中，实现行业的统一规范。从长远来看，他们认为将AI驱动的载荷评级和截面损失比较工具集成到桥梁管理系统中，也能大幅提升美国公共基础设施的维护效率。

“目前，已有几个州在考虑将3D扫描技术纳入工作流程——有些州已配备了Artec Leo扫描仪，”Simos Gerasimidis提到。“这个行业正在缓缓变化，大家想要看到成果，现在已经有了。我认为这项技术会继续发展。虽然不会在半年内全面推广，但在未来5到10年间，行业定会发生显著变化。”

【以上文章来源于Artec3D埃太科三维 ，作者小埃】

巷尚UP3D（上海巷尚）团队12年三维扫描领域项目经验，6大国际品牌中国区代理。为工业、工程、数字化设施、文化遗产、科学与教育等行业提供专业三维数字化解决方案。

巷尚三维主营：设备租赁、项目服务以及设备销售。

技术服务涵盖：逆向建模、质量检测、数字孪生、工程测绘、数字存档、形变监测、干涉分析等；参编三维激光扫描测量技术规程团体标准。

来源：上海巷尚科技