基于MS60的BIM施工放樣精度研究

黃恒，劉國棟，冉東，涂禮操，曾有財，蒲小聰

（1重慶交通大學土木工程學院，重慶 400074；2中國五冶集團有限公司，四川成都 610063）

0 引言

進入21世紀初，BIM不再僅僅是狹義的兩層含義，即建筑信息模型 （Building Information Model）[1]和建筑信息建模（Building Information Modeling）[2]，并且已經成為實現建筑全生命周期管理BLM（Building Lifecycle Management）的核心技術[3]，包含新的工程建設管理理念及其相關的技術、方法、軟件和平臺等[4]。目前，國內建筑領域對BIM技術的主要應用是BIM施工放樣，通過MS60測量機器人可以把三維模型與施工現場結合起來[5]。

傳統施工放樣是用全站儀進行施工放樣[6]，由于放樣過程中至少需要兩個人，并且受現場和人為因素影響較大，導致放樣精度不高、效率低等問題。本文首先將BIM施工放樣流程與傳統的全站儀施工放樣流程進行對比[7]，然后通過中國五冶公司在重慶市仙桃數據谷異形建筑BIM施工放樣項目中的具體實驗案例，把基于MS60測量機器人的BIM施工放樣與基于TS-802N全站儀的施工放樣進行精度對比分析，驗證了BIM施工放樣的技術優勢，同時也總結了BIM施工放樣存在的不足[8]。

1 傳統施工放樣原理

施工放樣中放樣點坐標計算的原理是：根據已知測站點坐標O（x0，y0，h0）以及與放樣點P（xi，yi，hi）間的距離Si、天頂距αi和水平方向值βi，計算得到放樣點的坐標值。公式如下：

xi=x0+Sisinαicosβi

yi=y0+Sisinαisinβi

hi=h0+Sicosβi

原理示意圖如圖1所示。

圖1 施工放樣原理示意圖

2 BIM施工放樣方法

基于MS60測量機器人進行BIM施工放樣是目前BIM技術結合測繪領域的主要應用之一，具體放樣流程包括數據預處理、提取放樣點、數據導入測量機器人、設定測站和放樣五部分。

（1）數據預處理：通常選用Revit軟件進行BIM模型處理，因為BIM模型的數據量通常很大，所以需要進行測區的模型提取處理以減少數據量。通過隱藏模型中不需要的部分，然后將模型對象提取出來并導出為dxf格式文件，用來作為移動端上的參考底圖使用。

（2）提取放樣點：在Revit軟件中安裝Leica Building Link插件進行放樣點的選取工作。在模型中選取所有放樣點并將其導出為xml數據格式文件，選取的放樣點如圖2所示。

圖2 模型上選取的放樣點示意圖

（3）數據導入MS60：首次使用MS60時要先在儀器中安裝Leica Capativate軟件，進行放樣工作前需要在MS60中新建一個項目，然后在項目中依次導入上一步中準備的dxf格式文件和xml格式文件。操作界面如圖3所示。

圖3 在MS60中導入.dxf文件和導入.xml文件示意圖

（4）設定測站：使用MS60設定測站的方法同全站儀設定測站基本一樣，區別在于精平操作過程中MS60是根據儀器界面的動態提示進行，能夠快速準確的完成精平操作。如圖4所示。

（5）放樣：利用CS20手簿可以實現一個人的BIM施工放樣操作。首先在手簿界面上選擇BIM模型中的放樣點，MS60測量機器人能夠對放樣點進行自動定位；然后依靠MS60的自動識別棱鏡功能瞄準棱鏡，進行測距操作，在手簿界面會動態提示棱鏡的偏移方向和距離；最后根據MS60的棱鏡自動追蹤功能調整棱鏡位置，直到尋找到測距結果滿足限差的放樣點為止。放樣過程中手簿界面如圖5所示。

圖4 MS60精平提示界面

圖5 放樣過程中的手簿界面示意圖

3 案例分析

重慶仙桃數據谷規劃建筑面積40.4萬m2，本文選擇仙桃數據谷數據庫工程中商務辦公樓二期一標段五號樓二層外輪廓作為研究對象，如圖6所示。實驗案例采用基于TS-802N全站儀進行傳統施工放樣，用基于MS60測量機器人進行BIM施工放樣，并且對放樣結果進行精度對比分析。

圖6 重慶仙桃國際數據谷建設項目中實驗研究對象示意圖

圖7 實驗技術路線示意圖

實驗的技術路線如圖7所示。

實驗采用獨立坐標系，用（x0，y0，h0）表示放樣點的原始坐標，用（x1，y1，h1）表示用MS60采集的放樣點坐標，用（x2，y2，h2）表示用TS-802N采集的放樣點坐標，如下表1所示為p1至p10點的坐標數據。

表1 放樣點坐標數據

表2 MS60放樣點偏差量

表3 TS-802N放樣點偏差量

用△X代表X方向上的距離偏量，△Y代表Y方向上的距離偏量，△H代表H方向上的距離偏量，σi代表測量中誤差，（Xi，Yi，Hi）代表測量結果，（Xj，Yj，Hj）代表放樣點設計坐標，有如下數學模型：

△X=Xi-Xj

△Y=Yi-Yj

△H=Hi-Hj

MS60放樣點測量結果對比理論值偏差量如表2所示。

TS-802N全站儀放樣點測量結果對比理論值偏差量如表3所示。

由表2和表3可以得知基于MS60的BIM施工放樣精度比基于TS-802N的傳統施工放樣的精度高，MS60測量機器人進行BIM施工放樣的精度能夠達到1mm，而TS-802N全站儀進行傳統施工放樣的精度只能達到2mm。

4 結論和建議

本文主要是將BIM施工放樣流程與傳統施工放樣流程作對比，并且用基于徠卡MS60測量機器人的BIM施工放樣精度與基于TS-802N全站儀的傳統施工放樣精度作對比分析。得出了BIM施工放樣的優點在于：①BIM施工放樣的效率高于傳統施工放樣；②BIM施工放樣操作比傳統全站儀施工放樣操作簡單；③BIM施工放樣能夠實現可視化操作；④BIM施工放樣的自動化程度高，可以實現棱鏡的自動追蹤和自動瞄準放樣點操作；⑤基于MS60進行BIM施工放樣的精度能夠達到1mm,優于傳統全站儀TS-802N進行施工放樣的2mm。BIM施工放樣存在的不足在于：①技術性更強，不僅需要借助專業軟件處理數據，還需要借助測量機器人進行施工放樣操作；②儀器成本高，傳統全站儀的市場價格要遠遠低于測量機器人的市場價格。BIM施工放樣在建筑領域具有廣泛的應用前景，針對國內進行BIM施工放樣過程中存在的不足，我們需要制定統一的BIM標準來進行規范管理，開發新的儀器設備用來降低成本，從而推動實現BIM技術在各領域帶來革命性的變化。