三维激光扫描结合BIM技术在建筑三维模型构建中的应用

三维激光扫描结合BIM技术在建筑三维模型构建中的应用

吕超

近年来工程信息化不断发展，3D建筑建模技术越来越成熟。尤其是随着建筑信息模型(BIM)技术的提出，3D建筑模型中又能够被赋予诸如进度、投资等信息，形成4D乃至5D的BIM模型。换言之，BIM技术的推广，使得建筑图纸更加直观，具有了生命。

建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。近年来，BIM在建筑相关领域应用迅速，在未来有望全面改变建筑设计、施工、检测等诸多方面的模式。

一、扫描测量技术概况：

随着信息技术和测量技术的不断发展，目前开始逐步应用于工程领域的主要有2种扫描方式，即三维激光扫描和全景扫描。

1.1三维激光扫描

三维激光扫描技术又称为实景复制技术，是测绘领域继GPS技术之后的又一次技术革命。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此可以用于获取高精度高分辨率的数字模型。它通过高速激光扫描测量的方法，大面积、高分辨率、快速地获取被测对象表面的三维坐标数据。

1.2全景扫描

全景扫描是通过用成像设备(目前通常采用高像素数码相机)采集一系列图像序列，再经过软件对图像进行匹配拼接，最后融合成一张显示全部图像内容的“超级图像”，可以视这个“超级图像”为全景。“超级图像”含测量数据及坐标数据，可直接与BIM模型或其他同视角“超级图像”进行对比，了解工程实际效果与设计的差异。

1.3两种扫描技术对比：

由表1可以看出，两种扫描技术各自具有鲜明的特点，主要如下：

表1三维激光扫描与全景扫描方式对比

Contrastbetween3Dlaserscanning

andpanoramicscanning

1.3.1三维激光扫描的优势主要在其扫描精度以及与BIM模型的便捷比对。在理想的扫描条件下，其扫描精度可达到2mm，基本能够与全站仪等工程测量仪器精度相比。同时，三维激光扫描仪生成的点云数据可以直接转换成为BIM模型。

1.3.2全景扫描的优势主要在于其全面、直观、便捷的输出方式，以及相对于三维激光扫描的低成本投入。

二、扫描技术对于工程实施的应用要点：

扫描技术与BIM技术相结合给现场带来最大的便利即是工程信息数据的整合管理，主要包含以下4方面功能。

2.1两种扫描方式的数据采集

三维激光扫描技术无疑是实测实量数据采集的有效方式。在保证扫描精度的前提下，通过扫描的方式，可以对选定的工程部位进行完整、客观的采集。

全景扫描技术的数据采集主要体现在现场工作的记录方面。虽然无法体现精度的要求，但可以反映一切与检查验收相关的信息，例如:检查验收的时间、部位、表观质量、形象进度等。

2.2三维激光扫描的数据应用

三维激光扫描生成的点云数据经过专业软件处理，即可转换为BIM模型数据，进而可立即与设计的CAD模型、BAM模型进行精度对比，寻找施工现场与设计模型的不同点。

2.3全景扫描的数据应用

在全景扫描所生成的现场全景图中，能够通过外部信息导入(手动输入、外部设备输入、数据库转录等)方式，汇总现场工作需要的各项关键信息。

2.4统一的数据管理方式

经过数据采集与转换后，现场情况可以很完整地以BIM模型、点云模型或全景的形式在统一集成的信息平台中整合，并根据现场工程师需要开展相关管理工作。

两种扫描技术的应用要点如表2所示：

表2两种扫描方式的应用要点

Table2Applicationpointsofthetwoscanningmethods

两种扫描方式的应用效果对比如表3所示

表3两种扫描方式的应用效果对比

Table3Contrastofapplicationeffectbetweentwoscanningmethods

三、CloudWorx软件建模方法:

目前，应用三维激光扫描点云进行建模的软件很多，例如Cyclone，Geomagic,Realworks，Poly-works等等，，但是这些软件对于建筑BIM几何模型来说，在数据量、建模质量、建模速度、操作难易度、应用普适性、价格等方面都有相应的不足。针对上述问题，本文选取一种基于CAD的插件CloudWorx软件建立古建筑BIM几何模型。该软件可以利用点云模型拟合其参数模型，复杂建筑以其构件为单位进行建模，所有构件合成整体几何模型。CloudWorx软件操作简单，建模速度快，所建立的几何模型数据量小，易于管理、操作和可视化。本文主要研究应用CloudWorx软件对建筑点云数据进行几何建模方法。

CloudWorx是AutoCAD的一个插件，它应用AutoCAD强大的建模功能，能够构建出任意结构的几何信息模型，此插件能够直接连接目前先进的三维数据处理软件LeicaCyclone，从该软件中获取点云数据从而进行建模。由于点云数据量往往是很大的，CloudWorx无法一次性全部读入点云数据，为方便模型的建立，首先应用Cyclone软件对建筑点云数据按照构建的形态进行分割，CloudWorx通过AutoCAD连接到Cyclone软件进行构件点云数据的读取，用AutoCAD软件的三维建模功能进行模型的建立，其主要步骤如下：

１）将激光扫描仪获取的点云数据进行去噪、平滑、配准等预处理工作，生成建筑整体的点云模型；

２）根据建筑的各个构件，对整体点云模型进行分割，并将分割后的构件点云存储到Cyclone数据库中；

３）利用CloudWorx软件打开Cyclone数据库中各个构件的点云数据，应用相应的建模功能，进行三维模型的重建；

４）重建中要应用软件的以下主要功能：

①利用“工具”栏下的“新建UCS”，对其三维坐标进行更改；

②利用对象捕捉、删格、正交、动态坐标、目标捕捉、缩放、点过滤、用户坐标等辅助绘图工具，对点云进行灵活的捕捉；

③利用绘图工具，拉伸、旋转、扫描、放样等功能对三维点云模型进行重建；

④利用删除、修改、复制、移动、镜像、断开、修剪、旋转、三维操作、实体编辑等多种编辑操作对重建的三维模型进行修改。

５）把所有构件拟合生成的几何模型进行合并，生成建筑的整体几何模型。

五、结语&思考：

BIM模型的建立是BIM应用的基础，BIM模型的应用才是BIM技术的核心，只有对建立的BIM模型结合项目特点进行有效地应用才能使BIM技术具有生命力，才能使BIM技术真正的融入到项目建设的全过程中。

基于BIM的工作方式，会在未来逐渐取代繁琐的传统图纸、卷尺打天下的情况。挖掘扫描的深度优势，利用扫描所得的处理结果，管理人员可以将零碎的琐事整合为系统的一站式操作，做到真正的化繁为简。

参考文献：

[1]李亚东,郎灏川，吴天华.现场扫描结合BIM技术在工程实施中的应用[J].施工技术，2012（41）；19-22.

[2]盛德新,杨振球,基于激光点云数据的古建筑BIM几何模型构建[J].测绘工程，2015（24）；76-80.

作者介绍：吕超（1969.7.8），性别：男；籍贯：潢川；民族：汉；学历：本科、学士；职称：工程师；职务：测绘工程师；研究方向：工程测量学