基于LiDAR技術(shù)與BIM技術(shù)在某項(xiàng)目中的綜合應(yīng)用研究

任立夫

中煤（西安）地下空間科技發(fā)展有限公司，中國·陜西 西安 710000

1 引言

隨著城市數(shù)字化的迅猛發(fā)展，各個(gè)行業(yè)對(duì)空間信息數(shù)據(jù)的需求已經(jīng)不再局限于普通的二維數(shù)據(jù)，三維數(shù)據(jù)成了大眾所采納的數(shù)據(jù)類型。如今BIM技術(shù)作為一項(xiàng)新興的三維數(shù)字信息化技術(shù)，在國家、地方及行業(yè)內(nèi)自上而下的政策推動(dòng)下，各大中型企業(yè)積極主動(dòng)的自主研發(fā)，在建筑行業(yè)內(nèi)積極推廣應(yīng)用，BIM的發(fā)展勢(shì)頭迅猛。同時(shí)在測(cè)繪行業(yè)內(nèi)LiDAR三維激光掃描技術(shù)具有傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)快速獲取高分辨率、高精度三維空間信息的功能，能夠滿足數(shù)字化采集建筑物信息的要求。因此，BIM技術(shù)結(jié)合LiDAR三維激光掃描技術(shù)對(duì)建筑物進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的采集與管理是一種全新有效的方式?；贚iDAR三維激光掃描技術(shù)高效率及高精度的特點(diǎn)，以及BIM技術(shù)的信息化建模的特點(diǎn)，綜合展開對(duì)建筑物點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取、處理以及數(shù)字化逆向建模研究工作。通過建立建筑三維信息模型，不僅可實(shí)現(xiàn)視覺上的瀏覽，同時(shí)能夠?qū)ㄖ锏膶傩孕畔⑦M(jìn)行錄入，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物三維場(chǎng)景和信息價(jià)值上的統(tǒng)一管理。

2 項(xiàng)目概況

“某機(jī)場(chǎng)航站樓信息管理工程”項(xiàng)目，該項(xiàng)目計(jì)劃采用LiDAR三維激光掃描技術(shù)采集既有建筑物的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，項(xiàng)目的掃描范圍包括T1與T2兩個(gè)航站樓分區(qū)，平面范圍約為兩萬平方米，計(jì)劃在七個(gè)工作日內(nèi)采集完成所有項(xiàng)目范圍的點(diǎn)云數(shù)據(jù)[1]。在完成所有的掃描任務(wù)之后，內(nèi)業(yè)采用BIM技術(shù)開展點(diǎn)云逆向建模的工作，依據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場(chǎng)采集的視頻、照片數(shù)據(jù)作為建模參照依據(jù)，逆向構(gòu)建完整的航站樓內(nèi)部建筑信息模型。最后通過將BIM建筑信息模型作為平臺(tái)架構(gòu)的三維可視化數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，展開對(duì)既有建筑物的信息管理。

3 BIM技術(shù)與LiDAR技術(shù)的綜合應(yīng)用

在BIM技術(shù)與LiDAR三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行結(jié)合的基礎(chǔ)上，結(jié)合本次項(xiàng)目在既有建筑物的信息管理方面進(jìn)行應(yīng)用與探索。主要研究工作內(nèi)容如下：

第一，通過使用LiDAR三維激光掃描技術(shù)展開對(duì)航站樓的點(diǎn)云采集工作，研究掃描現(xiàn)場(chǎng)選取的站點(diǎn)及標(biāo)靶位置布置的合理性以及優(yōu)化性，對(duì)后期開展類似工作做好資料積累和技術(shù)沉淀。

第二，在逆向構(gòu)建建筑信息模型的過程中研究BIM模型精細(xì)化程度的劃分標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)逆向建模工程中的構(gòu)建方法進(jìn)行分析和總結(jié)，通過結(jié)合BIM技術(shù)的特點(diǎn)，形成一套可直接利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)在BIM軟件中逆向建模的方法；通過分析BIM技術(shù)在工程項(xiàng)目應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)該技術(shù)在既有建筑物的信息管理方面的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行探索。

4 逆向建模流程

本項(xiàng)目研究了依據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)逆向構(gòu)建BIM模型的方法，驗(yàn)證了該方法是可行的。采用的方法是通過軟件處理zfs、asc、las、pts等格式的初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)化為rcs格式的文件，將該格式文件在Revit軟件中通過鏈接點(diǎn)云的功能模塊鏈接載入，以此作為逆向建模的參照。導(dǎo)入到Revit軟件的建筑物點(diǎn)云數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)換為rcs格式的點(diǎn)云數(shù)據(jù)

在Revit軟件中導(dǎo)入轉(zhuǎn)換格式后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，由于軸網(wǎng)和標(biāo)高作為約束條件的重要組成部分，為構(gòu)建模型主體的位置與方向提供參照，故先根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場(chǎng)記錄來創(chuàng)建軸網(wǎng)和標(biāo)高。軸網(wǎng)和標(biāo)高作為建模過程中制定約束條件的第一步，起到了劃分樓層層高，確定樓層頂板、底板的高程以及梁、柱、墻體的位置等作用[2]。創(chuàng)建完成的軸網(wǎng)如圖2所示。

圖2 BIM逆向建模的軸網(wǎng)構(gòu)建

在為建模前期準(zhǔn)備的標(biāo)高、軸網(wǎng)兩項(xiàng)約束條件繪制完成，就可以正式開展逆向建立BIM建筑信息模型主體的工作。根據(jù)點(diǎn)云繪制模型的主體，構(gòu)建墻體以及幕墻、梁板柱等建筑結(jié)構(gòu)組件，亦可通過視頻照片數(shù)據(jù)輔助構(gòu)建室內(nèi)其他的設(shè)備組件。借此方法得到的模型輪廓如圖3所示。

圖3 BIM逆向建模效果

本次項(xiàng)目基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的逆向建模工作，包含外業(yè)LiDAR激光掃描和內(nèi)業(yè)BIM數(shù)據(jù)處理生產(chǎn)兩部分工作內(nèi)容，應(yīng)充分制定整體實(shí)施計(jì)劃。外業(yè)任務(wù)首先是對(duì)人員調(diào)配進(jìn)行準(zhǔn)備，選擇適宜的掃描設(shè)備，對(duì)掃描現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估，確定測(cè)站點(diǎn)以及標(biāo)靶的位置；采集完點(diǎn)云數(shù)據(jù)及相關(guān)的信息之后，就可以開展內(nèi)業(yè)工作，包括點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理和逆向建模兩部分[3]。具體工作流程如圖4所示。

圖4 基于點(diǎn)云的BIM逆向建模流程

5 結(jié)語

論文闡述了采用LiDAR三維激光掃描技術(shù)獲取所需的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再通過BIM技術(shù)逆向創(chuàng)建建筑信息模型的整體流程。詳細(xì)介紹和研究了建筑物點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集的流程，對(duì)航站樓進(jìn)行激光掃描，獲得完整的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。以采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)為參考基礎(chǔ)，依靠處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)逆向創(chuàng)建模型，形成完整的航站樓三維建筑信息模型。研究中存在著一定的局限和改進(jìn)的地方，主要包括下面幾點(diǎn)：

第一，三維激光掃描點(diǎn)云技術(shù)受其使用條件因素的影響，因此該技術(shù)的發(fā)展需要不斷精益求精，針對(duì)該技術(shù)還需要努力學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識(shí)，增強(qiáng)實(shí)踐能力。

第二，點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型重構(gòu)技術(shù)，雖然可以成功逆向構(gòu)建精確真實(shí)的建筑內(nèi)部三維信息模型，但是自動(dòng)化程度低，耗費(fèi)時(shí)間長，且對(duì)建模人員的建模經(jīng)驗(yàn)要求較高，這使得實(shí)際建模工作的效率并不是很高，因此可在后期對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)逆向建模的自動(dòng)化方向進(jìn)行深入研究，以提高實(shí)際測(cè)繪生產(chǎn)的效率。