摘要：基于BIM在设计模型中精确测量技术,结合BIM模型的数据类型、数据的采集方法及数据的处理,对激光三维扫描技术进行介绍,并结合潼荣高速开元互通项目实际案例,对该技术应用到现场的实测实量工作的效果进行阐述。总结出基于BIM的实测实量技术在现场快速采集数据、数据的精确性、数据可视化处理、降低现场安全风险等方面的优越性，进而论述了基于BIM的激光三维扫描技术在钢箱梁桥梁工作中的应用价值。
关键词： 三维激光扫描；BIM；钢箱梁
1三维激光扫描技术
三维激光扫描技术是现如今全球获取空间信息最先进的技术之一，被称为是继GPS之后的又一技术革命。采用非接触式高速激光测量方法，对物体进行迅速扫描，直接获得点云数据，经计算机处理后，可实现三维场景重现。
我国的三维激光扫描技术引进和研究的时间较晚，但发展势头迅猛，作为一种新兴模式，该项技术在国内外测绘领域均被普遍使用，例如在韩国、瑞典，徕卡公司利用三维激光扫描技术对大坝进行变形监测,武汉大学梅文胜利用三维激光扫描技术研究精密地形的测绘等。如今,该项技术在中国已被普遍地应用于地理测绘、变形监测、文物维护、三维建模、数字城市等方面,且取得了巨大的成绩,但依旧存在一些不可避免的局限性。
2三维激光扫描在桥梁工程中的应用现状
如今，国内三维激光扫描技术在桥梁方面的应用也逐步深化，已经实现了点云的三维坐标查询、几何特征及角度测量以及桥体变形的可视化等，但是，由于技术研发水平的限制，三维激光扫描技术在桥梁工程中的应用仍然面临不小的技术挑战。
1）利用三维激光扫描技术对桥梁现状进行扫描，用户可自行选择在基于点云数据生成的真三维环境中设计桥梁的改造方案，或者直接基于点云绘制的桥梁二维结构图，按传统流程制定方案。
2）在桥梁质量检测方面，目前还未实现系统自动判断，依然需要工程师根据自身的专业水平对桥梁的质量问题进行判断。
3）在坐标数据采集方面，三维激光扫描技术只能在广阔空间找点定位，完成坐标数据的收集整理，这导致无用干扰点的无法剔除，进而也无法实现对有效信息的高效率提取。
4）此外，由于激光扫描仪采样的非连续性，可能导致设定的变形监测点未能成为激光扫描仪的采样点，从而使得变形监测点失去其应有的作用。
3基于BIM的三维扫描技术在桥梁工程中的应用
3.1 工程概况
新建重庆市潼南至荣昌高速公路开元枢纽互通，位于重庆市荣昌区荣隆镇半边街，为该新建高速公路与既有成渝高速公路连接的枢纽互通。该项目的开元互通共设大、中桥梁 6 座，即共分6次跨越成渝高速公路，其中主线桥 2座，匝道桥 4 座。该枢纽互通钢箱梁节段结构复杂，焊接制作难度大。本项目通过运用三维激光扫描的BIM技术对场地进行了一个精准的测量及数据分析，最终提高施工进度，实现施工质量的监管与控制。
3.2 开元互通BIM设计模型建立
根据已有的设计图纸，利用Revit软件，建立开元互通立交桥的三模信息模型，其内容包括桥墩、承台、箱梁等，建模流程如下（图1）：
1）建立BIM标准：制定开元互通立交桥项目完整的BIM实施标准，从而使BIM模型满足多专业、多人员有条不紊的协同工作，并确保模型的精度满足项目应用要求，同时最小化建模成本；
2）搭建桥梁构部件BIM模型：将桥梁模型根据构件进行拆分，建立构件级BIM模型；
3）BIM数据复核：对所创建的桥梁构件BIM模型进行数据复核，若不符合要求，进行问题处理，若符合要求即可进行模型装配；
4） 桥梁模型装配：在完成构件级BIM模型创建的基础上进行桥梁模型装配；
5）互通立交桥模型整合：将各桥及闸道的BIM模型进行数据整合，形成完整的项目设计模型；
6）成果数据检查：保证数据的真实性进行成果检查。
3.3 三维激光扫描技术应用
本项目利用Stonex X300 Plus三维激光扫描仪，根据开元互通项目的特点以及环境周边的具体情况，合理进行测点布置，以保证所测范围精确覆盖，以得到完整点云数据，同时，对点云数据进行相应的处理，其流程如图2、图3：
图1 开元互通立交桥BIM模型建立流程
图2 开元互通立项目三维扫描技术应用流程
图3 开元互通项目三维扫描数据处理与建模流程
图5 Revit软件中创建的点云模型
根据采集后的点云数据，将此数据导入到三维激光处理软件Autodesk Recap软件中，通过引用多个索引扫描文件( RCS) 创建点云投影文件(RCP)，使该点云数据可视化（如图4）。将经过预处理的点云数据导入Revit中，逆向建模生成Revit点云模型，从而完成三维模型BIM创建。（如图6）
图4 Autodesk Recap中点云数据
图7 1号桥下部墩宽Revit模型
图6 点云数据与Revit模型
3.4 点云BIM模型与设计BIM模型数据对比
通过对点云BIM模型与设计BIM模型进行对比，得到实际物体与设计模型偏差，从而进行数据对比分析如下。
图8 2号桥下部墩宽点云数据
图10 2号桥下部墩宽点云数据
图9 2号桥下部墩宽Revit模型
以该项目C跨为例，图7为C跨1号桥墩宽度的BIM模型，图8为点云数据处理的C跨桥墩宽度值，通过对比图7与图8我们可以看出1号桥墩宽度在设计误差允许以内。图9为C跨2号桥墩宽度的BIM模型，图10为C跨2号桥墩宽度的点云数据。通过两者数据对比，我们可以看出2号桥墩也符合设计要求。所有的设计值与三维激光扫描值差值极限分别为-4mm和为1mm，误差值在项目所给出的误差标准范围±5mm内，符合设计要求。
该数据的准确采集、及时传递为施工控制工作提供了有效保障，保证了拱肋轴线和标高的误差在规定范围内，实现了施工过程中质量的实时控制及监管。
4结语
在桥梁工程中将三维激光扫描技术与BIM技术结合，能够较好地服务于桥梁施工过程中的质量管理，实现施工质量的有效监控。开元互通项目中的实践体现了BIM技术与三维激光扫描结合的应用价值，本项研究为大型桥梁的施工质量管理提供了有价值的参考，相信在未来的土木工程中，该技术能大大提高施工管理效率，提升施工管理质量，真正实现企业向科技型、创新型、低碳型行业转变。
参考文献
[1]毛方儒，王磊，三维激光扫描测量技术{J}.宇航计测技术，2005,(2):1-6
[2]李亭亭，吴献，尹莉等，BIM技术在工程建设项目中的应用研究{J}.土建工程信息技术.2014(01):92-96
[3]许为夷.浅谈BIM技术在工程项目管理中的应用{J}.统计与管理，2016（06）：148-149
论文作者:王英森
论文发表刊物:《基层建设》2018年第31期
论文发表时间:2018/12/18
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