三維激光掃描儀在BIM中的應(yīng)用

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西咸陽 712000）

三維激光掃描儀在BIM中的應(yīng)用

王 寧

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西咸陽 712000）

通過三維激光掃描儀在沒有圖紙和模型數(shù)據(jù)的情況下，通過激光掃描的點云文件生成BIM模型。三維激光掃描技術(shù)可應(yīng)用到BIM施工環(huán)節(jié)、檢測控制施工質(zhì)量、二次設(shè)計、BIM翻新改造等環(huán)節(jié)。

三維激光掃描；點云建模；BIM

1 技術(shù)介紹

1.1 BIM技術(shù)

BIM技術(shù)是在建筑設(shè)計、施工、運維過程的整個過程中，應(yīng)用三維信息技術(shù)，進行協(xié)同設(shè)計、協(xié)同施工、虛擬仿真、工程量計算、造價管理、設(shè)施運行的技術(shù)和管理手段。將BIM信息技術(shù)應(yīng)用到工程建設(shè)當(dāng)中可以消除建設(shè)過程中各種可能導(dǎo)致工期拖延的設(shè)計隱患，提高項目實施中的管理效率[1]。

1.2三維激光掃描技術(shù)

三維激光掃描技術(shù)通過記錄被測物體表面大量的點的三維坐標(biāo)、反射率和紋理等信息，快速復(fù)建出被測目標(biāo)的三維數(shù)據(jù)。利用三維激光掃描技術(shù)獲取的空間點云數(shù)據(jù),可快速建立結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不規(guī)則的場景的三維可視化模型。

BIM中的三維模型是BIM技術(shù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，而三維激光掃描技術(shù)又是快速獲得物體三維模型的最快捷、方便的技術(shù)手段。三維掃描技術(shù)可以作為BIM數(shù)據(jù)采集工具有效地、完整地記錄下工程現(xiàn)場復(fù)雜的工作數(shù)據(jù)。

2 技術(shù)路線

2.1三維激光掃描儀原理

三維激光掃描系統(tǒng)的工作原理：三維激光掃描儀的發(fā)射器發(fā)射激光脈沖信號，經(jīng)物體表面漫反射后，沿相同的路徑反向傳回到接收器，系統(tǒng)可計算目標(biāo)點與掃描儀距離，并測量每個激光脈沖橫向掃描角度觀測值和縱向掃描角度觀測值，從而得到目標(biāo)點的值。

最終由后處理軟件將采集的點云數(shù)據(jù)通過外業(yè)掃描的定位標(biāo)靶拼接轉(zhuǎn)換成絕對坐標(biāo)系中的空間位置坐標(biāo)。

2.2點云建模技術(shù)路線[2-3]

（1）數(shù)據(jù)采集。

通過三維激光掃描儀對建筑物進行全方位掃描得到建筑物的原始點云數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)預(yù)處理。

點云數(shù)據(jù)處理一般包含下面幾個步驟：數(shù)據(jù)拼接、數(shù)據(jù)剔除、數(shù)據(jù)精簡、去噪。

拼接：由于被測物體過大或形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，被測物體不能一次掃描完成，必須進行多次掃描，每一個測站的數(shù)據(jù)都處于不同的坐標(biāo)系下。統(tǒng)一點云數(shù)據(jù)坐標(biāo)的過程稱為拼接。

數(shù)據(jù)剔除：被掃描物體以外的數(shù)據(jù)屬于無效數(shù)據(jù)，刪除無效數(shù)據(jù)的過程稱為數(shù)據(jù)剔除。

數(shù)據(jù)精簡：由于點云數(shù)據(jù)是海量數(shù)據(jù)，在不影響曲面重構(gòu)和保持一定精度的情況下需要對數(shù)據(jù)進行精簡，以減小數(shù)據(jù)量。常用的精簡方法一般采用：平均精簡和距離精簡。

噪聲去除：噪聲是由于周圍環(huán)境因素造成的不可避免的噪聲點，比如空氣中的浮塵反射造成的噪點。噪聲去除就是將這些不可避免的噪聲點通過軟件去除掉。

（3）三維建模。

三維建?？稍赗evit軟件中進行。通過采集建筑物三維激光掃描數(shù)據(jù)，獲取其結(jié)構(gòu)的三維軸線、幾何尺寸、結(jié)構(gòu)變形、設(shè)施設(shè)備的位置、激光反射率影像等有效信息，再通過Revit軟件或者專用插件實現(xiàn)BIM建模的自動化建模應(yīng)用[4]。

3 應(yīng)用實例

3.1三維激光掃描儀參數(shù)

Z+F三維激光掃描儀激光發(fā)射參數(shù)如下：垂直視野范圍320度；水平視野范圍360度；垂直分辨率0.0004度；水平分辨率0.0002度；測程187.3米；最小測程0.3米；分辨率0.1 mm；數(shù)據(jù)獲取速率≤ 1016 000點/秒。

3.2技術(shù)應(yīng)用

（1）點云數(shù)據(jù)采集

通過Z+F IMAGER 5010X型三維激光掃描儀對學(xué)校內(nèi)的圖書館進行了掃描，掃描通過標(biāo)靶球連接，要求標(biāo)靶球與儀器的距離控制在20-30米范圍內(nèi)。建筑物較復(fù)雜的建筑位置適當(dāng)增加測站密度，以保證建筑物的完整性。

（2）點云數(shù)據(jù)預(yù)處理

在Z+FLaserControl中對點云數(shù)據(jù)進行精簡、拼接、去噪等處理。點云精簡過程是將與建筑物無關(guān)的數(shù)據(jù)點刪除。每個測站的數(shù)據(jù)精簡之后，通過標(biāo)靶球和公共點對數(shù)據(jù)進行拼接。由于空氣中的粉塵影響，點云數(shù)據(jù)中會存在大量的噪點數(shù)據(jù)，所以數(shù)據(jù)拼接完成之后還需要對點云數(shù)據(jù)進行去噪處理。

（3）BIM逆向建模

Revit軟件支持多種點云格式的導(dǎo)入，其中包括點云項目rcp、點云rcs、原始格式3dd等多種數(shù)據(jù)格式。首先將處理好的點云數(shù)據(jù)在Z+FLaserControl中導(dǎo)出rcs格式，然后將點云文件導(dǎo)入到Revit軟件中。在Revit中切片處理得到建筑物的平面、立面、剖面和特殊部位的平面輪廓線，然后根據(jù)輪廓線創(chuàng)建實體模型。

4 總結(jié)

本文只對建筑物的外輪廓進行了掃描建模，后續(xù)還會對建筑物內(nèi)部進行掃描，為建筑物的翻修提供真實準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

在BIM工作的整個環(huán)節(jié)中，三維激光掃描儀結(jié)合BIM可在施工環(huán)節(jié)檢測控制施工質(zhì)量，根據(jù)現(xiàn)有的施工的情況進行合理的二次設(shè)計；三維激光掃描儀結(jié)合BIM在翻新環(huán)節(jié)可解決圖紙不足造成改造方案不準(zhǔn)確等問題。根據(jù)點云的擬合出來的模型避免因人為過多的干預(yù)造成二次精度損失，從而提升建模速率以及精度。三維掃描技術(shù)對于工程現(xiàn)場最大的好處在于優(yōu)化現(xiàn)場人員傳統(tǒng)圖紙作業(yè)這種繁瑣的工作方式。場工作只需在現(xiàn)場進行掃描工作，對比偏差與測量可在后臺完成。

[1]周春波.BIM技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用研究[J].青島理工大學(xué)學(xué)報，2013,3 4（01）：51-54．

[2]田文波;楊興寶;谷明等. 三維激光掃描儀在建筑立面測量及快速建模中的應(yīng)用[J]. 北京測繪，2016,(5)：113-115.

[3]劉盈.淺談地面三維激光掃描技術(shù)在市政工程測量中的應(yīng)用[J].北京測繪,2008,27(1):67-68.

[4]張建平，張洋，張新.基于IFC的BIM三維幾何建模及模型轉(zhuǎn)換[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2009,1(1):40-46.

TU75

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1007-6344（2017）06-0206-01