三維激光掃描儀在BIM中的應用

（陜西工業職業技術學院 陜西咸陽 712000）

三維激光掃描儀在BIM中的應用

王 寧

（陜西工業職業技術學院 陜西咸陽 712000）

通過三維激光掃描儀在沒有圖紙和模型數據的情況下，通過激光掃描的點云文件生成BIM模型。三維激光掃描技術可應用到BIM施工環節、檢測控制施工質量、二次設計、BIM翻新改造等環節。

三維激光掃描；點云建模；BIM

1 技術介紹

1.1 BIM技術

BIM技術是在建筑設計、施工、運維過程的整個過程中，應用三維信息技術，進行協同設計、協同施工、虛擬仿真、工程量計算、造價管理、設施運行的技術和管理手段。將BIM信息技術應用到工程建設當中可以消除建設過程中各種可能導致工期拖延的設計隱患，提高項目實施中的管理效率[1]。

1.2三維激光掃描技術

三維激光掃描技術通過記錄被測物體表面大量的點的三維坐標、反射率和紋理等信息，快速復建出被測目標的三維數據。利用三維激光掃描技術獲取的空間點云數據,可快速建立結構復雜、不規則的場景的三維可視化模型。

BIM中的三維模型是BIM技術的基礎數據，而三維激光掃描技術又是快速獲得物體三維模型的最快捷、方便的技術手段。三維掃描技術可以作為BIM數據采集工具有效地、完整地記錄下工程現場復雜的工作數據。

2 技術路線

2.1三維激光掃描儀原理

三維激光掃描系統的工作原理：三維激光掃描儀的發射器發射激光脈沖信號，經物體表面漫反射后，沿相同的路徑反向傳回到接收器，系統可計算目標點與掃描儀距離，并測量每個激光脈沖橫向掃描角度觀測值和縱向掃描角度觀測值，從而得到目標點的值。

最終由后處理軟件將采集的點云數據通過外業掃描的定位標靶拼接轉換成絕對坐標系中的空間位置坐標。

2.2點云建模技術路線[2-3]

（1）數據采集。

通過三維激光掃描儀對建筑物進行全方位掃描得到建筑物的原始點云數據。

（2）數據預處理。

點云數據處理一般包含下面幾個步驟：數據拼接、數據剔除、數據精簡、去噪。

拼接：由于被測物體過大或形狀結構復雜，被測物體不能一次掃描完成，必須進行多次掃描，每一個測站的數據都處于不同的坐標系下。統一點云數據坐標的過程稱為拼接。

數據剔除：被掃描物體以外的數據屬于無效數據，刪除無效數據的過程稱為數據剔除。

數據精簡：由于點云數據是海量數據，在不影響曲面重構和保持一定精度的情況下需要對數據進行精簡，以減小數據量。常用的精簡方法一般采用：平均精簡和距離精簡。

噪聲去除：噪聲是由于周圍環境因素造成的不可避免的噪聲點，比如空氣中的浮塵反射造成的噪點。噪聲去除就是將這些不可避免的噪聲點通過軟件去除掉。

（3）三維建模。

三維建模可在Revit軟件中進行。通過采集建筑物三維激光掃描數據，獲取其結構的三維軸線、幾何尺寸、結構變形、設施設備的位置、激光反射率影像等有效信息，再通過Revit軟件或者專用插件實現BIM建模的自動化建模應用[4]。

3 應用實例

3.1三維激光掃描儀參數

Z+F三維激光掃描儀激光發射參數如下：垂直視野范圍320度；水平視野范圍360度；垂直分辨率0.0004度；水平分辨率0.0002度；測程187.3米；最小測程0.3米；分辨率0.1 mm；數據獲取速率≤ 1016 000點/秒。

3.2技術應用

（1）點云數據采集

通過Z+F IMAGER 5010X型三維激光掃描儀對學校內的圖書館進行了掃描，掃描通過標靶球連接，要求標靶球與儀器的距離控制在20-30米范圍內。建筑物較復雜的建筑位置適當增加測站密度，以保證建筑物的完整性。

（2）點云數據預處理

在Z+FLaserControl中對點云數據進行精簡、拼接、去噪等處理。點云精簡過程是將與建筑物無關的數據點刪除。每個測站的數據精簡之后，通過標靶球和公共點對數據進行拼接。由于空氣中的粉塵影響，點云數據中會存在大量的噪點數據，所以數據拼接完成之后還需要對點云數據進行去噪處理。

（3）BIM逆向建模

Revit軟件支持多種點云格式的導入，其中包括點云項目rcp、點云rcs、原始格式3dd等多種數據格式。首先將處理好的點云數據在Z+FLaserControl中導出rcs格式，然后將點云文件導入到Revit軟件中。在Revit中切片處理得到建筑物的平面、立面、剖面和特殊部位的平面輪廓線，然后根據輪廓線創建實體模型。

4 總結

本文只對建筑物的外輪廓進行了掃描建模，后續還會對建筑物內部進行掃描，為建筑物的翻修提供真實準確的基礎數據。

在BIM工作的整個環節中，三維激光掃描儀結合BIM可在施工環節檢測控制施工質量，根據現有的施工的情況進行合理的二次設計；三維激光掃描儀結合BIM在翻新環節可解決圖紙不足造成改造方案不準確等問題。根據點云的擬合出來的模型避免因人為過多的干預造成二次精度損失，從而提升建模速率以及精度。三維掃描技術對于工程現場最大的好處在于優化現場人員傳統圖紙作業這種繁瑣的工作方式。場工作只需在現場進行掃描工作，對比偏差與測量可在后臺完成。

[1]周春波.BIM技術在建筑施工中的應用研究[J].青島理工大學學報，2013,3 4（01）：51-54．

[2]田文波;楊興寶;谷明等. 三維激光掃描儀在建筑立面測量及快速建模中的應用[J]. 北京測繪，2016,(5)：113-115.

[3]劉盈.淺談地面三維激光掃描技術在市政工程測量中的應用[J].北京測繪,2008,27(1):67-68.

[4]張建平，張洋，張新.基于IFC的BIM三維幾何建模及模型轉換[J].土木建筑工程信息技術，2009,1(1):40-46.

TU75

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1007-6344（2017）06-0206-01