3D掃描與BIM逆向建模技術在老舊城區(qū)改造中應用

武建國 唐煒

摘? ? 要：隨著城市的快速發(fā)展，對老舊城區(qū)進行改造已成為美化城市、提升老城區(qū)人民生活質量的有效手段。本文將探討3D掃描與BIM逆向建模技術在老舊城區(qū)改造中的應用，采用三維激光掃描儀對要測建筑物進行整體掃描，內業(yè)將所有掃描數據進行拼接處理，得到一個三維點云模型，點云模型通過與Revit軟件交互、翻建成實體模型，在滿足精度要求情況下導出CAD圖紙。

關鍵詞：三維激光掃描;BIM逆向建模;老舊城區(qū)改造;點云模型

1? 引言

老舊城區(qū)改造是社會進步發(fā)展、城市更新中重要的一環(huán)，既是改善城市公共服務質量，改進市政基礎設施條件，發(fā)掘和保護城市歷史文化和社會網絡，使城市體系及其承載空間場所得到全面系統(tǒng)的修復、彌補和完善;又是小區(qū)整體品質提升與城市規(guī)劃的有機整合;更是解決群眾生活的“難事”。老舊城區(qū)改造涉及小區(qū)建筑外立面美化、樓宇亮化、市政設施配套優(yōu)化，故其細節(jié)繁雜、需要精準的基礎資料。傳統(tǒng)的全站儀測量方式在全面獲取建筑物的立面信息時工作效率較低，無法滿足舊城改造工程的需求。近年來，三維激光掃描技術在建筑領域的應用面與應用點越來越多，而且其應用也不再是獨立應用，而是可以與其他技術結合應用，例如3D 掃描技術與BIM 技術的結合應用等，使其在舊城改造工程中得到了很好的應用。

2? 3D掃描技術與BIM逆向建模技術簡介

2.1? 3D掃描技術

3D掃描技術是利用三維激光掃描儀沿建筑物、構筑空間進行閉合路線掃描測量，通過系統(tǒng)軟件對掃描數據進行點云拼接處理，點云拼接誤差在滿足精度條件下導出建筑物、構筑空間三維點云模型，通過對點云模型應用得出實際尺寸數據，三維激光掃描測量技術也稱為三維激光成圖技術。三維激光掃描是近年來發(fā)展起來的一門新技術，被譽為“繼GPS技術以來測繪領域的又一次技術革命”。

2.2? BIM逆向建模技術

BIM 逆向建模技術，通過三維激光掃描儀獲得的點云模型數據或切片數據利用BIM軟件處理、分析，進行逆向翻建revir建筑、結構模型，將逆向翻建模型在次與點云模型再次進行匹配分析誤差、修正數據，在滿足精度要求情況下導出建筑物CAD圖紙。

3? 實例應用

寧海路片區(qū)環(huán)境綜合整治工程工程總承包項目位于南京市鼓樓區(qū)，項目改造在不改變建筑使用功能情況下，外立面做鋁板造型，使得立面整體統(tǒng)一，部分樓宇燈光亮化處理，基于以上情況設計與施工需要一手完整的資料。本項目采用法如公司生產的三維激光掃描儀Focus 3DX330進行外業(yè)數據掃描，并采用配套數據處理軟件Scene 5.5.3進行點云數據拼接。法如設備信息如表1所示，整體工作流程如圖2所示。

3.1? 現(xiàn)場勘察及數據掃描如圖3-5所示

第一步：收集小區(qū)資料，現(xiàn)場勘察小區(qū)內部情況，采集影像資料。

第二步：根據現(xiàn)場情況選取控制點位置并標記，測站位置選取。

第三步：3D掃描設備現(xiàn)場工作。

3.2? 點云拼接

點云拼接是通過一定的約束條件將多站點掃描數據配準到統(tǒng)一坐標系中的過程，拼接完成之后將得到一個項目的完整點云。一般有兩種方式： 基于標靶的拼接和基于點云的視圖拼接。本項目主要采用基于標靶拼接，部分標靶損毀站點采用基于點云視圖拼接。

點云去噪是一種點云優(yōu)化過程。在掃描儀的原始點云中往往包含若干對于成果處理有不良影響的點，去噪就是通過一定的處理手段，讓有效點保留，無效點刪除的過程。點云去噪可以通過Scene軟件刪除和Recap 工具處理。如圖6所示點云完整數據。

Scene軟件導出 .rcp格式三維點云與Revit軟件進行交互、或者導出二維切片[4]與CAD軟件進行交互。通過格式處理后的點云模型在與Auto desk公司旗下軟件進行模型翻建、瀏覽使用、選擇處理等方面更加方便快捷。

3.3? 三維建模出圖

第一步： .rcp格式三維點云導入到Revit中調整平面與立面位置，參數設置。如圖8-9所示點云在Revit中繪制平面圖。

第二步：開始翻建原始建筑外輪廓結構柱、結構梁、墻體、立面門窗、屋面。

第三步：導出平面、各個立面CAD圖紙，局部復雜位置出節(jié)點大樣和詳圖。

最終掃描成果包括平面圖和四個立面圖。如圖10-13所示（以A棟部分建筑成果舉例）

4? 結束語

在老舊城區(qū)改造過程中，通過采用3D掃描技術大大提升了外業(yè)的數據采集以及內業(yè)繪圖的效率并避免了人工觀測容易造成的丟漏，通過采用BIM逆向建模技術解決了圖紙缺、漏、不準確等相關問題，避免施工中因未考慮因素對整體工期、整體效果的影響。3D掃描技術和BIM 逆向建模技術的結合能夠將各自的優(yōu)勢發(fā)揮出來，并且相互結合，在三維激光掃描技術對真實數據采集的高效率、高精度的基礎，發(fā)揮BIM 技術多項目開發(fā)管理能力，大大提高了建筑工程的效率和準確性，節(jié)約了開發(fā)成本。利用掃描儀不僅可輕易獲取建筑數據還大幅度提高安全系數，擴展了其利用價值，也為建筑行業(yè)反求建筑體量、逆向建模，提供了便捷的方法，具有高效的使用價值。利用點云模型通過逆向建模手段生成的模型也可以對其賦予信息，使之成為一個可以“生長”的BIM 模型，進而納入BIM 的多維信息管理中，借助建筑模型對建筑施工進行信息化管理。

參考文獻：

[1] 魏來，寧新國.三維激光掃描技術在舊城改造中的應用[J].長春市測繪院，2018（8）.

[2] 萬仁威，陳林璞，韓陽，徐凱凱，彭禮君.三維掃描技術在已有建筑測量及逆向建模中的應用.中建一局華江建設有限公司，2018（6）.

[3] 姜月菊，呂海軍，楊曉毅，徐巍，馬興勝.3D掃描與3D打印技術在破損建筑裝飾構件修復中的應用.中國建筑一局（集團）有限公司，北京麥格天寶科技股份有限公司，中國建筑一局（集團）有限公司華北公司，2016（12）.

[4] 劉永鋒，李翅，周凱，李浩，劉傳逢.三維激光掃描技術在歷史建筑物測繪中的應用[J].武漢市測繪研究院，2016（12）.