三维激光扫描结合BIM技术在建筑三维模型构建中的应用论文_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(Building Information Modeling,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

Contrast between 3D laser scanning

and panoramic scanning

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

Table 2 Application points of the two scanning methods

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

Table 3 Contrast of application effect between two scanning methods

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Leica Cyclone,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

论文作者:吕超

论文发表刊物:《中国建筑知识仓库》2019年01期

论文发表时间:2019/6/18

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