有了Artec Eva，拥有87年历史的法国水电站焕然一新

使用Artec Eva扫描水力发电引水管末端

在法国汝拉山脉深处，工程师Damien Delmont拿着Artec Eva三维扫描仪站在长长的混凝土引水管内，盯着黑暗中头顶四米开外一台一动不动的涡轮机，两个旧阀门挡住了另一边几百升涌动的水流。是时候开工了。

在接下来的几个小时里，Delmont和他的项目伙伴Guillaume Demarche借助脚手架，爬到了涡轮机下方结构的上半部分，精准采集了巨型引水管的每一部位。

团队必须争分夺秒。涡轮机关闭的每一小时，都会造成发电厂的收入损失，发电厂满负荷工作时，发电量超过10兆瓦，足以为5000个家庭供电。

他们还面临着另一项压力：发电厂目前处于紧急状态，因为河水水位已经上升至洪水等级，人员急需疏散。

87年后的改造

在近一个世纪前的1934年，作为第一次世界大战的赔偿，这台水电设施由一位德国工程师建造，迄今为止，始终处于运行状态。当时，在打算更换第一台（共四台）混流式水轮机时，负责该项目的承包商就发现，这项任务异常复杂。

监测水力发电站旁的水位

为了能让涡轮机制造商设计出性能优化的设备，他们必须先知道这条形状不规则的巨型引水管的精确尺寸。这条引水管就像排气管一样，把流经涡轮机的水排入下面的河流中。

如果采用的测量数据不准确，那么涡轮机就无法产生指定的电量，无法满足发电厂的性能标准。

最糟糕的是，数据不精准还会造成功率损失、气蚀，甚至还可能导致涡轮机振动频率过高，再次重演2009年萨扬-舒申斯克（Sayano-Shushenskaya）水电站的悲剧。

精准记录需求凸显

引水管的原始蓝图还在，但这份蓝图已有90年之久，引水管的尺寸在时间的冲刷下，尺寸一定有所变化，所以不能作为一份可靠的工程记录图来使用。

不合规范的数据不仅会直接造成设备损伤，还会让涡轮机制造商和项目承包商面临罚款、名誉受损等严重后果。

承包商发现，传统测量方式无法在项目工期内精准采集管道数据，于是找到了3DLM的Damien Delmont，他是工程与三维扫描工业应用方面的专家，擅长改造、检验、为老旧结构和部件完成逆向工程。

Delmont解释道：“如果引水管的几何形状比较简单，就能轻松通过传统工具完成。但遗憾的是，水管形状很复杂。所以，如果要制作毫米级精度的CAD模型，我们只能选择三维扫描的方式。”

寻觅合适的三维扫描仪

几年前，Delmont创办工程公司的时候，他就希望找到一款能严格满足自己需求的三维扫描仪。

找到埃太科金牌授权经销商Boreal 3D，见到Demarche后，他很快了解到了Artec Eva，这是一款亚毫米级的手持式专业三维扫描仪，得到全球工程师与专家们的青睐。

Artec Eva

Delmont补充道：“本项目工期紧，但有了Eva，短短几个小时，就完整捕获了12米（39.3英尺）长的引水管，精度很高，CAD模型可用于分析和CFD（计算流体力学）模拟，制造全新涡轮机。”

“不论出于什么原因，如果我们没能在规定时间内交付，那么项目中的每个人都会受到影响，也会影响我们参与未来项目的几率。”

超大水管，扫描有条不紊

随着工期逐步逼近，考虑到项目着实复杂，规模巨大，Delmont请来Guillaume Demarche协助。精心策划后，他们来到水电站设施处，迅速展开行动。

为了能在处理阶段的Artec Studio软件中迅速对齐数据，他们在引水管壁内涂上了喷漆，划分了10个独立部分，分别扫描。

Boreal的Guillaume Demarche用Artec Eva扫描引水管

通过区域划分，他们可以在发生紧急情况时，迅速离开引水管。扫描期间，紧急情况随时可能发生。在他们身后，围堰顶部的水只差10厘米就要溢出了。

安全工程师在大坝顶部站岗，全程监测水位。如果天气情况恶化，即时是在上游几公里处，也可能导致水位上升到危险位置。在这种情况下，团队带上所有设备，从引水管中逃离，只有不到一分钟的时间。

昏暗水管，扫描不误

上方阀门后的水以每分钟十升的速度涌入引水管内，不断提醒他们风险就在身边。和住宅区的阀门、水龙头不同，这些老式阀门在设计时就允许少量水渗出。为避免设备进水，团队临时拼凑出一张木桌，用来放置电脑和设备。

但是这些水没有妨碍到扫描工作，完全没有。“即便引水管内已经有了2厘米的积水，Eva依然完美完成扫描任务，” Delmont说道。

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

他补充道：“我听说三维扫描仪哪怕遇到一点点水也会很麻烦，但Eva却没出现任何问题。为保险起见，我用激光遥测法检查了这些区域，发现Eva的结果的确很精准。”

每个区域的扫描时间大约为半小时，而整个水管，从头到尾，总共扫描了约5小时。

Delmont表示：“事实证明，Eva是应对这类项目的理想扫描仪，可以不用标记点，完成精准采集。毕竟，这种潮湿环境对电子设备不利，而且昏暗的水管内也没有电源插座。”

创建CAD模型，用于改造与检测

扫描时，Delmont发现引水管内壁有一层5-10毫米的矿物层，这是几十年来，大量水流过水管后的沉积物。

这种沉积物会影响水管的流动特性，需要在3D模型中准确地体现出来，否则之后的CFD模拟无法如实反映水的实际流速。

扫描结束回到办公室，就得处理扫描来制作CAD模型了。Demarche表示，“其实在Artec Studio里，都没什么处理工作要做，就和之前计划的一样。”

他补充道：“我进行了一点清理工作，随后把十块区域对齐，制作成一个包含整个水管全部表面的3D模型。”

Artec Eva扫描后制作的完整水力发电引水管

Artec Studio扫描至CAD工具，成就最优效果

下一步，Delmont利用Artec Studio的扫描至CAD功能，将CAD基础图元拟合至引水管3D模型。随后，他将这些形状以STP格式导出至SOLIDWORKS，并作为参考完成了后续的草图、绘制、CAD模型挤压等工序。

Delmont强调了扫描至CAD功能的重要性，他说道：“如果工作流程中某个阶段耗费太多时间，那么势必会降低效率，增加成本，最终影响我们的竞争力和赢得新项目的几率。”

“扫描完成后，可以在Artec Studio中直接创建CAD基础图元，这样的操作能帮我们大幅缩短工作流程，同时还不会牺牲项目质量。”

完美捕获，一次搞定

Delmont补充道：“有了Eva，我们就能采集物体的所有尺寸，甚至这样一个形态不规则的巨型引水管也没问题，可以一次搞定。也就是说，我们无需二次扫描，不用再让发电厂停工。”

“因为如果你在扫描处理阶段，发现数据表面缺失，那么再回到发电厂，停下涡轮机，对客户来说，将损失一笔不小的收入。幸运的是，我们不一样——我们扫描完的那一刻，对自己的数据胸有成竹，精准度始终在线。”

Delmont 早在交付日期前完成了CAD模型，发送给客户后，他们再转交给涡轮机制造商。该模型符合所有规范要求，制造商立刻展开了CFD模拟等各项分析。

根据Artec Eva扫描制成的引水管CAD模型

数周后，团队回到发电厂，扫描了第二根引水管，根据同样的工作流程完成了第二份CAD模型。

精准CAD模型，完成的不止改造

两条引水管的CAD模型都已制作完毕。借助三维扫描检验水管时（如在Artec Studio中使用软件表面距离映射工具），可作为参考模型使用。CAD模型和扫描间的任何差异都可以在热图中通过不同色彩显示出来，方便读取。

如今，光在法国，就有几十座需要改造的老旧水电站，全球范围内，甚至还有几百上千座。

这类项目究竟需要何种专业工程技术，Delmont认为：“其实要思考的首要问题是，到底需要多高的精度？如果都是比较简单的物体，就可以用较低的精度。”

Delmont继续解释道：“如果扫描小型部件的关键部位，许多公司会接受较低的精准度，但也有公司要求整个部件都达到最低公差，哪怕是一些对精度没要求的地方也一样如此。”

“但这样操作并不完美，会导致工期延长，浪费资源，增加成本，最后效果还更糟，” Delmont说道。

接手没有初始文件的高难度项目

“改造巨型物体，例如引水管，最大的挑战就是如何取得最理想的精度效果，这类物体各个部分的复杂程度不同。同时，还得根据每个部分来调整改造方式。”

Delmont说道：“在Artec Eva经手的每个项目中，它都出色地完成任务，弥补了没有原始图纸或文件的缺陷，这类改造项目占据了我们项目总量的70%。”

他补充道：“有了Eva，我可以精准采集测量数据，制作CAD模型，从几厘米到几米长，都没问题。我认为这是Eva最大的优势之一，适用范围非常广泛。对改造、检验、维护等多项工作而言，制成的CAD模型都能发挥关键作用。”