摘要：BIM技术自2003年从美国引进以来，在中国的相关领域产生了巨大的影响，建筑领域、生产领域、管理领域、企业、单位等都不同程度的利用BIM技术来指导生产和运维管理，其在行业内部发挥的作用也在不断的升级，同样BIM在测绘领域也以建筑和生产领域为切入点，开始了不断深入的应用。BIM是信息化建筑技术的核心，它和测绘领域相关技术的结合应用已经在慢慢改变着传统测绘的作业和生产模式。在BIM平台下的现场施工和模型设计的三维信息的交互、解决施工放样的点控制以提高精度、BIM软件的运用指导施工，为设计者和施工者及业主提供实时的数据依据、BIM软件的运用从传统的CAD模式中解放出来，在视觉上给人以强烈的冲击，提高信息的传递效率、对复杂和超高层建筑物的施工建设中，利用BIM的协同管理能力完成复杂的多工种作业、快速创建测量点结合全站仪系统测量，提高工程测量的自动化、信息化、高效化、精准化、结合三维激光扫描技术生成点云在BIM平台下高精度的分析建筑构件的缺陷。BIM技术的应用对相关行业带来了巨大促进作用，本文通过具体实例分析，来说明BIM在测绘领域的应用情况和面临的问题，最后提出BIM在测绘领域的发展瓶颈以及展望。
关键词：BIM 测量 三维激光扫描仪 测量机器人 点云 revit
0引言
BIM技术目前的应用还处于初级阶段，怎样利用才能最大限度的发挥其价值。在建筑施工、项目管理、协调设计、可视化出图、模拟分析、实景漫游等方面虽然都有BIM的应用先例，并且在上述领域中都取得了一定的成效。但是，对已有案例的分析上还没有成体系的论述，对案例的分析和总结对以后项目的成功实施具有及其重要的作用。本文通过分析5个成型案例，来论述BIM技术在测绘领域应用的成功之处和其的价值体现，并对案例中出现的问题作以概括性的总结。对BIM在测绘领域的应用提出可行性的论证和发展性的展望。
如图0.1所示，本文在4个方面具体阐述。
图1
1BIM——工程施工
BIM技术下的相关软件是当今建筑行业的最为高端的，软件的应用在工程建筑中的设计、施工、运维等阶段中汇集了各自的所有信息。为业主、设计者、施工方提供了实时的数据。在施工测量中，BIM通过相关软件（如revit）进行模型的建立即所谓的虚拟建筑模型，为业主、施工方、设计者同时提供了比二维CAD图纸更具有和视觉和认知效果的三维信息化模型。可以满足信息的零错位传递，同时可以现场更改模型，修改方案。达到业主意愿百分之百传递给设计者，设计者设计方案百分之百传递给施工方的目的。同时，在具体施工中可以做到纵览全局，可以有效减少返工、合理安排施工、降低生产成本、保证绿色环保施工等。具体到现场测量施工中，利用BIM技术进行操作如下：最初要做的是检核起始数据，并通过起始数据建立工程测量首级控制网。再者，具体实施过程分为三步，?由甲方提供想干测量控制点三个和两个高程控制点，并以此为测量的依据作为检核的标准。进行二级导线测量，做出导线控制网，以此控制网进行建筑物的测量。以已知高程控制低昂为依据，进行高程测量，将高程引入到建筑范围内。并且，平面控制网的精度要求应该小于等于1/10000。在起始数据进行检核完毕后，对建筑物进行控制网的测量。利用BIM的可视图角点的坐标，反算出坐标之间的关系，并进行相应的距离和角度测算。根据BIM的数据库信息可得角校差为±。以建筑物控制网导线点为依据，在建筑物周围7m测出一个长方形平面控制网。此平面控制网必须合理进行保护。?根据就设计要求，混凝土垫层标高需要测出，并利用小木桩进行标记。施工是拉线可以控制垫层的厚度。轴线的测量需要利用经纬仪挑直线法进行控外投测，在垫层施工完成后，将主轴线投测到垫层上。由于精度要求小于等于1/8000，测角精度任然是±所以首先要垫层上投测的主轴进行闭合的检查。满足要求方可，如果不满足要求，要进行重测。合格后再对其他轴线进行测设。并要弹出墙、柱边界线。在其他轴线测设时要严格按照设计图纸的尺寸、投测的轴线尺寸，确保投测轴线无误。在BIM数据库和BIM可视化指导下，使测量更加精准。测量施工略图如图1.1所示。
图1.1
通过运用BIM，测量时工作效率大大提高。不仅可以提高工作效率，而且在测量精度上也有了很大提高。在revit软件的支持下，测量的可视化模型被很好的运用到施工中，在后期检核和前期的校算中都起到了很大作用。
通过以上案例分析，在施工测量中，运用BIM技术是完全可行的。并且，BIM技术的介入可以为测量提供可靠的参考数据和检核标准，模型的可视化又起到了促进测量效率的作用。所以，在施工测量中BIM的应用至关重要。
但是，施工测量所运用的三维建模并非所有工作人员都能接受。在人为因素干扰上，对施工效率的影响是不容忽视的。要想在很短时间内，培训出合格的三维协调施工人员并非易事。所以，能够胜任三维建模协同作业的人员是亟待解决的问题。
2 BIM——公路测量
BIM技术在公路测量中发挥着其特有的优势，虽然在公路测量中是初步使用，但是其潜在价值和其对指导施工所做的贡献却是空前的。特别是在高速公路的建设中，BIM在提高质量、减少浪费、提高效率、大量减少风险、虚拟施工等方面发挥这不可替代的作用。由于目前高速公路测量，在隧道、桥涵、结构物等方面存在着采用全站仪、水准仪、钢尺等传统测量工具作业的情况。虽然在精度上可以满足要求，但是其工作效率却非常低下。而且人为操作错误较多，在放样和测量检核中人为的错误如果出现，返工是一种时间和金钱上的浪费。为了解决上述问题，引入BIM技术并和测量中的测量机器人相结合，来用于高速公路的测量中。
在高速公路的测量中，由于目前的高速公路桥涵施工放样测量采用的方法都是技术员根据二维CAD图纸进行相应的计算，在算出放样点坐标之后，在现场由三人完成。其中一人负责仪器操作，一人负责架设棱镜，一人负责进行现象数据记录。并且，在关键点处还需要测量监理工程师和甲方主任工程师进行现场的复查审核。仪器操作人员和架设棱镜人员需要利用通讯工具才能及时沟通以确定放样点的位置，这样就造成，利用二维图纸容易出问题、三人配合容易出现人为错误、仪器架设人员和棱镜架设人信息传达效率低的问题。流程图2.1。
针对以上问题，BIM技术和测量领域的测量全自动跟踪全站仪的配合就会很好的避开上述问题。由于BIM技术和测量全自动跟踪全站仪的配合不需要人工的算坐标，而是在revit软件和其他BIM软件所建立的模型中采集相应点的坐标，之后直接生成点文件导入到仪器中，最后只需要一个人就可以完成仪器架设、棱镜架设、现场记录的工作。同时，全自动跟踪全站仪还具有现场拍照的功能，这样可以将拍照相片传递给甲方工程师和测量监理工程师，使双方工程师足不出户就可以完成对现场的复查审核。同时，在公路施工中的拱桥、悬索桥、构桥、斜拉桥等监测时，可以在主要控制点上架设棱镜，通过对主要控制点的监测可将观测数据和设计点数据进行对比，满足全天候、自动化的监测施工，这样同时也为施工质量和施工效率提供了有力的保障。而在相对复杂的隧道测量中，可以在BIM平台下先建立数字化模型，从模型中导出坐标后利用测量中的坐标法快速放样出开挖轮廓线。在现场施工对进行隧道周边位置移动和拱顶下沉的观测中，可利用自动跟踪全站仪的免棱镜、远程观测、影像采集的功能在室内进行远程操控仪器，而工作人员不用到现场进行观测，只需等到变形数据稳定后进入现场，从而保证了工人员的人身安全。流程图2.2。
BIM技术在公路测量中的应用，目前虽然只是处于初级阶段，但是它给公路测量领域带来的巨大影响和其在道路测量领域所产生的不可忽视的作用，必将引起一个产业模式和施工作业模式的改革。但是，就目前的现状来看，BIM技术和测量领域的测量全自动跟踪全站仪的结合任然是亟待解决的突出问题。首先，仪器在测量中的普及问题，目前国产自动跟踪全站仪价格在几十万元不等，而进口仪器则需要上百万，所以在普及方面临着资金的瓶颈。另外，在技术反面国内并没有在该项技术方面普及开来，在具体施工中出现的种种问题，都需要形成系统的规范和解决措施。并且在规范要求上，并没有一套成熟的体系来规范整个行业。导致在不同项目和施工和内业处理中出现了数据理解偏差、数据不能有效利用、设备软件不兼容的问题。综上，BIM技术在公路测量中的应用处在一个非常有前景，但又需要解决很多问题并不断前进的状态。
3 BIM——三维激光扫描
BIM技术平台下三维激光扫描仪的运用可以说是BIM技术和测量的又一次完美的碰撞所产生的火花，在全自动跟踪全站仪的成功运用后，三维激光扫描仪的应用，带来的是点云和大数据在测量领域的出现。在三维激光扫描仪运用的范围虽然小，但是其利用的价值却非常大。例如，古建筑文物保护、建筑构件质量评估、地铁隧道设计等方面，三维激光扫描仪所产生的价值是任何测量仪器所不能替代的。但是，三维激光扫描仪以每秒107个点扫描所产生的海量数据点，怎样运用和具体体现到施工中，是建筑领域需要继续探索的。就目前其在测量领域中对建筑构件的监测中结合BIM技术发挥的作用本篇做以实例分析，并对其在测量领域运用与BIM技术结合所产生的问题以及其前景的展望做出论述。
由于目前对建筑构件的监测方面，传统的方式将测量所得数据简单的记录在纸张上或做成电子表格的形式。其使用效率之低、耗时量之大不仅浪费人力财力大，而且其精度有时候不能保证，会产生因材料缺陷而导致的返工问题。据统计调查，美国因建筑材料缺陷而导致建筑耗材占建筑成本的10%。所以应该及时对建筑材料进行监测和调整，应该避免在检查中的不准确并提高检查效率，在最早的设计阶段及时对建材进行修理、调整、更换。针对以上出现的问题， Hass [8]提出了基于BIM的自动辨识扫描对象的方法，而Bosche提出了配准三维激光扫描和三维建筑模型的方法。这两种方法都是用来监测基础设施的损坏程度，例如，混凝土梁柱的裂缝问题等，但是其确当是，两种方法都不能检测构件潜在的问题。在单纯的工程领域，BIM模型基础了大量的数据，例如构件的尺寸、方位、材质等信息，而在建筑施工监测和施工控制方面三维激光扫描仪却被认为是最适用于该领域的工具。所以，将两者结合来运用到建筑构件的监测上，将会在继承两者优点的基础上解决两者都不能解决的问题。
三维激光扫描仪和BIM技术结合来监测建筑构件的缺陷，其方法是，首先利用三维激光扫描仪对要监测的对象进行点云的获取，并利用弦高偏差法进行点云的去噪。与此同时，利用BIM技术在相关软件的支持下进行三维模型的搭建，并将STL文件中的模型转换为目标点云。之后利用PCA算法和基于K-D树的ICP算法来实现点云的初始配准和精确配准。最后，利用局部均方根的方法来评价误差的大小，通过霍夫变换的线性回归方程来实现误差量化。可以通过对误差的分析来得出构件的缺陷程度，以此来评价构件。检测方案如图3.1
利用上述检测方案，对目标建筑构筑物进行检测，综合利用BIM技术和三维激光扫描技术，最后通过对比BIM模型中的参考点云和实测的的点云来分析建筑物。通过实例可以得出结论，此方法可行。而此方法运用于工程实践中，能够利用相应算法进行误差评定，但是目前任存在着仪器精度的问题，就精密仪器来讲误差的检测值还不够精确，所以需要进一步研究，来提高误差量化精度。再者，三维激光扫描仪价格昂贵，运用到施工中投资太大，具体实施存在困难。
4 BIM——地下管线施工
BIM技术和测量机器人结合运用比较成功的案例是上海迪斯尼乐园，由于上海迪斯尼乐园施工复杂程度高和其对多专业协同作业的要求高，迫使在测量方面必须采用先进的技术来满足项目的需求，所以BIM技术和测量机器人测量机器人的结合被运用到了项目当中。上海迪斯尼主题乐园对各专业协同信息化的要求，对地下管线的施工提出了模型精确化和协调化的要求。将测量机器人运用到工程中，以此来促进BIM模型的建立，能够使数据准确的传递到现场，来指导施工，实现价值的最大化。在最后项目完成后，工程中出现的问题又反馈到模型中，又是一个组织过程资产积累的过程。上海迪斯尼乐园的案例，BIM三维协同设计提高了地下管线的协调水平并深化了设计的质量。同时，BIM技术多层次运用到项目之中，提高了项目的精细化管理水平。测量数据通过BIM技术被无误的传递到施工现场，不仅提高了施工放样的精确度而且提高了竣工验收的效率，取得了良好的综合效益。
测量机器人是一个智能化的测量系统，集自动照准、目标识别、自动目标跟踪、自动测角和测距、自动记录于一体，运用到BIM平台下，能够实现BIM的价值最大化。由于测量机器人具有明显的优势，所以在这样的项目中应用能够对项目产生极大的促进作用。如上图4.1为BIM技术精准指导项目实施流程图，通过上海迪斯尼乐园的案例可得出结论：BIM技术运用到测量领域中，对测量施工有很好的指导作用。对设计复杂、质量严、精度要求高、工期紧的工程有很好的实用价值。但是上述施工中，在技术上要求非常严格，施工的过程中复杂程度较高，以及设备精密程度高，设备价格昂贵，所以对施工的工人要求较高。目前面临的问题是工人普遍素质有限，对工程的理解水平不高，造成施工过程中出现了很多问题，在这方面也是BIM技术落地的一个问题。
5 结束语
BIM技术运用到测量领域，确实对整个测量领域产生了巨大的冲击。传统的测量手段受到了挑战，一些落后的测量手段和仪器设备在逐渐被淘汰。BIM技术在工程施工测量、公路测量、三维激光扫描、地下管线中发挥了其不可替代的作用。BIM技术以其特有的优势：可视化、精准化管理、三维协调设计、数据海量化、模型的可创建性等优势已然成为信息化建筑的核心技术，其在测量领域也必将发挥其举足轻重的作用，指导和协调其他专业来促进测量的发展。
参考文献
[1]BIM百度百科——百度文库.
[2]《BIM技术与自动跟踪全站仪在高速公路施工测量的应用与研究》——王大威.辽宁省路桥建设集团有限公司.辽宁沈阳,110020.
[3]《BIM技术在测量领域的应用》--赵爽.
[4]《BIM技术在施工中的应用》——马继超.中建二局第三建筑工程有限公司.
[5]《基于三维激光扫描和BIM的构件缺陷检测技术》——钱海、马小军、包仁标、徐胜.南京工业大学 电气工程与控制科学学院 南京 211800.
[6]《基于BIM平台测量机器人在机电管线施工中的应用》——黄正凯、鈡剑、张振杰、彭青、邓亚宏.中建三局第二建设工程有限责任公司安装公司，广东，深圳,518000.
[7]Bosche F，Haas c T．Automated ret“eval of 3D CAD model objects in construction range images [J].Automation in construction，2008，17.
论文作者:汝祥鹏
论文发表刊物:《防护工程》2017年第12期
论文发表时间:2017/9/20
标签：测量论文; 技术论文; 领域论文; 模型论文; 激光论文; 建筑论文; 数据论文; 《防护工程》2017年第12期论文;