多維技術在古建筑群改造中的應用

古建保護與設計改造在業內一直備受關注，但苦于沒有找到一個好的方法和途徑對古建的現狀進行真實完整的現場數據采集，而無法做到真正意義上的保護與設計。思南路舊房改造項目利用三維激光測繪、點云數據處理、BIM平臺修復模型，使古建的原始數據得到完整的采集、存儲并重建。

背景

上?，F代建筑設計集團工程建設咨詢有限公司（簡稱為“現代建設咨詢”）是上?，F代建筑設計（集團）有限公司全資子公司，是集團旗下從事建筑設計、工程咨詢、工程總承包的專業子公司，具有設計甲級、設計施工總承包一級、工程咨詢甲級等各類資質15項，覆蓋項目建設全過程。公司將依托集團技術和品牌優勢，堅持三位一體，互補互進的原則，融合、集成各部門在設計、咨詢、施工領域的豐富經驗及專業成就，打造基于設計、咨詢、施工三位一體全過程優勢的專項建筑EPC特色品牌，致力于成為國內建筑行業領先的品牌型公司。

一條可以追溯到上世紀20年代的歷史老街思南路，正是“思南公館”的來源，也因為它的誕生，復興了歷史的流金歲月，也啟發著城市改造的新方式。思南公館北臨環境優雅的復興中路和復興公園，中山故居，中國共產黨上海辦事處“周公館”設立于此，近代歷史名人柳亞子、梅蘭芳先后在此居住。東靠交通便捷的重慶南路，靜謐的思南路貫穿其中。作為上海成片花園住宅最集中的區域之一，思南路可謂占盡天機。

思南路改造由47#和48#地塊兩部分組成，項目由法國夏邦杰建筑設計咨詢公司完成方案設計，現代設計集團江歡成建筑設計有限公司完成深化設計。目前47#地塊地上建筑面積10425平方米，地下建筑面積23000平方米，目前已經建成投入使用；48#地塊由11棟老建筑組成，對其改造正在進行中。

總體實施流程

在思南路古建筑群改造項目中，上海現代建筑設計集團工程建設咨詢有限公司（以下簡稱為“現代建設咨詢”）通過多次嘗試總結出一套結合多維技術（三維掃描技術、BIM技術、虛擬現實與GIS結合）解決舊房改造疑難問題的全過程解決方案，極大地提高了工作效率和質量。

在思南路古建筑群改造項目中，現代建設咨詢的多維技術的實施流程是這樣的：首先通過三維掃描儀記錄歷史建筑三維信息，并借助逆向工程手段生成模型，這樣的好處是比傳統測繪手段方便、快捷。然后通過三維掃描模型與BIM模型比對，快速發現改造前后的不同，使管線綜合更加切合實際，保證對舊建筑的保護。最后導出三維掃描和BIM模型數據信息到自主開發的VR系統中，并結合GIS，提供客戶浸入式的展示體驗和信息互動。

思南路夜景

三維掃描技術在舊房改造中的應用

三維激光掃描技術是國際上近期發展的一項高新技術。目前三維激光掃描儀在工程領域中廣泛應用，該技術通過高速激光測距原理，瞬時測得空間三維坐標值，獲取空間點云數據。和傳統測繪技術相比，三維掃描技術最大的優點是更快速、更精確、更真實地還原被測對象的原形原貌。對進行后續環節的工作開展提供了準確詳實的數據支撐，能顯著提高后續工作的效率和質量。

多維技術實施流程圖

三維激光掃描流程圖

激光掃描儀

現代建設咨詢一直對三維激光掃描技術的應用前景非常看好。其之前在南京路上海第一食品改造項目與嘉興太湖明珠酒店項目都已經有過成功的應用經驗。針對該項目大型歷史保護建筑群改造的性質，現代建設咨詢立刻想到了三維激光掃描，并根據實際情況制定了激光掃描的流程。第一步，配合三維掃描服務公司，進行現場的激光掃描工作；第二步，對掃描得到的數據進行處理，使之能夠導入BIM軟件；第三步，根據現有圖紙建立BIM模型；第四步，整合BIM模型和激光掃描，優化BIM模型。

相對于傳統的測繪，三維激光掃描不僅大量節約時間與人力，而且采集的點云數據可以直接生成三維點云模型，作為電子數據永久存檔。

掃描出來的數據模型不僅外形與實物一樣，其包含所有的幾何信息也與實物完全一致。通過測量點云數據中點之間的距離，獲取該門的實際高度和寬度。

三維點云數據可以導入到CAD、 Revit等軟件中，進行后續的處理與加工，并且可以在Revit中通過捕捉點直接繪制生成幾何體。

現場采集

掃描數據模型

點云模型中測量數據

BIM技術在舊房改造中的應用

上文已經提到了一些點云數據在 Revit中的處理，應該說在 Revit 2012及以后的版本中，與激光掃描的點云數據的兼容與結合做的是相當不錯的。BIM技術與點云數據結合應用的流程并不復雜。第一步，根據施工圖構建建筑、結構、設備專業的 BIM模型；第二步，進行BIM模型各個專業之間的碰撞檢測及管線綜合；第三步，把BIM模型和三維掃描得到的點云模型結合；第四步，根據三維點云模型檢測BIM模型對老建筑改造的影響及可實施性，并修正BIM模型。

項目BIM模型的創建與應用。BIM模型可以說是整個項目中多維技術運用的核心，起到承前啟后的作用，并保持數據鏈的完整。

地塊上改造好的建筑模型及單獨的建筑模型

建筑模型細部

碰撞檢測報告

由于Revit模型還要承擔后期虛擬現實數據源的任務，因此模型的詳細程度要求非常高，以保證在后期能達到虛擬展示的效果。

優化設計是BIM技術中一項最基本的應用，而在思南路古建筑群改造項目中還不僅僅停留在對傳統二維施工圖的錯漏碰缺進行檢測。對于歷史保護建筑的改造，法律與規范方面有非常嚴格要求，特別是外立面與屋頂，要求盡量要與古建筑的風貌保持一致，做到修舊如舊，因此結合三維掃描的點云數據檢查模型與實際建筑的吻合程度也是一項重要的工作內容。

在本項目中，業主方也非常希望將那些有著豐富歷史文化韻味的部件與構件盡量傳承下來，或者重新還原。基于這樣的出發點，需要對點云數據進行逆向工程的處理，完成掃描數據復雜曲面形體的繪制工作。通過點云數據生成的實體模型，可以為以后文物的恢復工作提供完整的數據信息，并且還可運用到虛擬現實中，完美體現出改造完成后修舊如舊的效果。

公司這兩年在BIM方面投入很大，發展的決心也很強，這兩年也有越來越多的項目開始上BIM平臺，既有公司方面的主觀意愿，也有業主方面給予的壓力。

——上?，F代建筑設計集團工程建設咨詢有限公司董事長 夏冰

思南路項目的實踐與成功，幫助我們完善了應對這類型項目所需要的先進技術，積累了項目經驗，使我們把控這種類型項目的能力變的更強。

——上海現代建筑設計集團工程建設咨詢有限公司總工程師 朱盛波

歷史保護建筑的難點在于數據采集，三維激光掃描技術保證了原始設計的準確，又根據掃描的點云數據創建了Revit模型，保留了原始數據的完整，思南路舊房改造項目可以算是歷史保護建筑修繕項目的里程碑案例。

——上?，F代建筑設計集團工程建設咨詢有限公司副總工程師 呂芳

思南路這種古建筑改造項目，對我們設計師來說一直以來就是難題，而最難的部分就是原始數據不準確，激光掃描與BIM技術的結合有效的解決了這個問題。

——上?，F代建筑設計集團工程建設咨詢有限公司副主任工程師 李衛東

我們一直在拓展應用BIM技術，也在其他項目中應用過激光掃描技術，還有些項目需要用虛擬現實技術，但是思南路歷史保護建筑改造的特殊需求，使我們將這些技術與手段在實際項目中綜合的運用了一次，應該說效果還不錯。

——上?，F代建筑設計集團工程建設咨詢有限公司研發部工程師 楊家躍

VR與GIS在項目展示中的應用

思南路為上海市中心最繁華又有底蘊的地段，業主在營銷方面也別出心裁，希望客戶不用來到現場，即能完整感受到這些古建筑的人文氣息與奢華裝修。要完成這個目標需要科技與藝術的完美結合。在這個項目中，將BIM模型數據導出到虛擬漫游程序中，從而提供用戶真實的浸入式體驗。客戶可以遠在萬里，通過電腦與鼠標進行交互式的體驗。

古建保護與設計改造在業內一直備受關注，但苦于沒有找到一個好的方法和途徑對古建的現狀進行真實完整的現場數據采集，而無法做到真正意義上的保護與設計。然而，思南路舊房改造項目卻做到了這一點，三維激光測繪、點云數據處理、BIM平臺修復模型，使古建的原始數據得到完整的采集、存儲并重建。重建后的BIM現狀模型為改造設計提供了扎實的數據參照，真正的做到了保護性設計。設計階段的模型又成為后期的虛擬漫游的原始素材，保持了數據鏈的完整性。

VR虛擬漫游

通過結合多維技術的應用，為古建筑改造提出了嶄新的思路和解決方案，實現了從前期測繪到后期展示的全數字化應用，取得了積極的成果。