3D掃描與BIM逆向建模技術在老舊城區改造中應用

武建國 唐煒

摘? ? 要：隨著城市的快速發展，對老舊城區進行改造已成為美化城市、提升老城區人民生活質量的有效手段。本文將探討3D掃描與BIM逆向建模技術在老舊城區改造中的應用，采用三維激光掃描儀對要測建筑物進行整體掃描，內業將所有掃描數據進行拼接處理，得到一個三維點云模型，點云模型通過與Revit軟件交互、翻建成實體模型，在滿足精度要求情況下導出CAD圖紙。

關鍵詞：三維激光掃描;BIM逆向建模;老舊城區改造;點云模型

1? 引言

老舊城區改造是社會進步發展、城市更新中重要的一環，既是改善城市公共服務質量，改進市政基礎設施條件，發掘和保護城市歷史文化和社會網絡，使城市體系及其承載空間場所得到全面系統的修復、彌補和完善;又是小區整體品質提升與城市規劃的有機整合;更是解決群眾生活的“難事”。老舊城區改造涉及小區建筑外立面美化、樓宇亮化、市政設施配套優化，故其細節繁雜、需要精準的基礎資料。傳統的全站儀測量方式在全面獲取建筑物的立面信息時工作效率較低，無法滿足舊城改造工程的需求。近年來，三維激光掃描技術在建筑領域的應用面與應用點越來越多，而且其應用也不再是獨立應用，而是可以與其他技術結合應用，例如3D 掃描技術與BIM 技術的結合應用等，使其在舊城改造工程中得到了很好的應用。

2? 3D掃描技術與BIM逆向建模技術簡介

2.1? 3D掃描技術

3D掃描技術是利用三維激光掃描儀沿建筑物、構筑空間進行閉合路線掃描測量，通過系統軟件對掃描數據進行點云拼接處理，點云拼接誤差在滿足精度條件下導出建筑物、構筑空間三維點云模型，通過對點云模型應用得出實際尺寸數據，三維激光掃描測量技術也稱為三維激光成圖技術。三維激光掃描是近年來發展起來的一門新技術，被譽為“繼GPS技術以來測繪領域的又一次技術革命”。

2.2? BIM逆向建模技術

BIM 逆向建模技術，通過三維激光掃描儀獲得的點云模型數據或切片數據利用BIM軟件處理、分析，進行逆向翻建revir建筑、結構模型，將逆向翻建模型在次與點云模型再次進行匹配分析誤差、修正數據，在滿足精度要求情況下導出建筑物CAD圖紙。

3? 實例應用

寧海路片區環境綜合整治工程工程總承包項目位于南京市鼓樓區，項目改造在不改變建筑使用功能情況下，外立面做鋁板造型，使得立面整體統一，部分樓宇燈光亮化處理，基于以上情況設計與施工需要一手完整的資料。本項目采用法如公司生產的三維激光掃描儀Focus 3DX330進行外業數據掃描，并采用配套數據處理軟件Scene 5.5.3進行點云數據拼接。法如設備信息如表1所示，整體工作流程如圖2所示。

3.1? 現場勘察及數據掃描如圖3-5所示

第一步：收集小區資料，現場勘察小區內部情況，采集影像資料。

第二步：根據現場情況選取控制點位置并標記，測站位置選取。

第三步：3D掃描設備現場工作。

3.2? 點云拼接

點云拼接是通過一定的約束條件將多站點掃描數據配準到統一坐標系中的過程，拼接完成之后將得到一個項目的完整點云。一般有兩種方式： 基于標靶的拼接和基于點云的視圖拼接。本項目主要采用基于標靶拼接，部分標靶損毀站點采用基于點云視圖拼接。

點云去噪是一種點云優化過程。在掃描儀的原始點云中往往包含若干對于成果處理有不良影響的點，去噪就是通過一定的處理手段，讓有效點保留，無效點刪除的過程。點云去噪可以通過Scene軟件刪除和Recap 工具處理。如圖6所示點云完整數據。

Scene軟件導出 .rcp格式三維點云與Revit軟件進行交互、或者導出二維切片[4]與CAD軟件進行交互。通過格式處理后的點云模型在與Auto desk公司旗下軟件進行模型翻建、瀏覽使用、選擇處理等方面更加方便快捷。

3.3? 三維建模出圖

第一步： .rcp格式三維點云導入到Revit中調整平面與立面位置，參數設置。如圖8-9所示點云在Revit中繪制平面圖。

第二步：開始翻建原始建筑外輪廓結構柱、結構梁、墻體、立面門窗、屋面。

第三步：導出平面、各個立面CAD圖紙，局部復雜位置出節點大樣和詳圖。

最終掃描成果包括平面圖和四個立面圖。如圖10-13所示（以A棟部分建筑成果舉例）

4? 結束語

在老舊城區改造過程中，通過采用3D掃描技術大大提升了外業的數據采集以及內業繪圖的效率并避免了人工觀測容易造成的丟漏，通過采用BIM逆向建模技術解決了圖紙缺、漏、不準確等相關問題，避免施工中因未考慮因素對整體工期、整體效果的影響。3D掃描技術和BIM 逆向建模技術的結合能夠將各自的優勢發揮出來，并且相互結合，在三維激光掃描技術對真實數據采集的高效率、高精度的基礎，發揮BIM 技術多項目開發管理能力，大大提高了建筑工程的效率和準確性，節約了開發成本。利用掃描儀不僅可輕易獲取建筑數據還大幅度提高安全系數，擴展了其利用價值，也為建筑行業反求建筑體量、逆向建模，提供了便捷的方法，具有高效的使用價值。利用點云模型通過逆向建模手段生成的模型也可以對其賦予信息，使之成為一個可以“生長”的BIM 模型，進而納入BIM 的多維信息管理中，借助建筑模型對建筑施工進行信息化管理。

參考文獻：

[1] 魏來，寧新國.三維激光掃描技術在舊城改造中的應用[J].長春市測繪院，2018（8）.

[2] 萬仁威，陳林璞，韓陽，徐凱凱，彭禮君.三維掃描技術在已有建筑測量及逆向建模中的應用.中建一局華江建設有限公司，2018（6）.

[3] 姜月菊，呂海軍，楊曉毅，徐巍，馬興勝.3D掃描與3D打印技術在破損建筑裝飾構件修復中的應用.中國建筑一局（集團）有限公司，北京麥格天寶科技股份有限公司，中國建筑一局（集團）有限公司華北公司，2016（12）.

[4] 劉永鋒，李翅，周凱，李浩，劉傳逢.三維激光掃描技術在歷史建筑物測繪中的應用[J].武漢市測繪研究院，2016（12）.