三維激光掃描和BIM技術在工程測量中的應用分析

蘇磊

【摘要】在建筑行業，三維激光掃描技術和BIM作為現代信息化發展的重要支撐手段，已在很多工程上相繼使用，受到政府和行業的關注與大力支持。目前三維激光掃描與BIM技術主要在新建工程中有所應用，而在大型交通樞紐改擴建工程中的應用研究不多。

【關鍵詞】三維激光掃描;BIM 技術;工程測量

近年來，工程測量領域不斷傳來“好消息”，很多技術難題被攻克，提出了很多新興測量技術，促使工程測量水平得到了提高。 其中，三維激光掃描和 BIM 技術憑借自身的優勢，包括高精確度和高效率等，被廣泛應用，發揮著積極的作用。

1、三維激光掃描和BIM技術可行性分析

1.1 三維激光掃描技術的可行性分析

三維激光掃描技術又稱“實景復制技術”，它采用非接觸式高速激光掃描測量的方法，以陣列式點云的形式獲取地形或復雜物體表面的三維空間數據。三維激光掃描技術憑借點云掃描，在方法上不僅很靈活，而且還兼具科學性，這也是三維激光掃描技術的優勢所在。掃描所形成的點云模型主要是根據掃描所形成的三維坐標，轉化成相應的圖像數據，來直觀展示掃描的模型結果，不僅具有便攜性、可操作性，同時還具有科學性、準確性。根據所采集的高精度三維點云數據，能夠精確地進行距離量測、逆向建模、結構提取、二次設計等多方面應用。大型交通樞紐改擴建項目由于現場環境復雜，如果采用傳統的手段，由人工使用檢測儀器來繪制二維圖紙進行方案的確定，則難以將復雜三維空間的方案設計通過二維圖紙全面反映出來，大大增加了施工方案的確定難度和后期出現方案修改時的成本。而三維激光掃描技術具有非接觸性、可全天候作業、掃描速度快、實時性強、精度高、數據兼容性強、全數字化等特點，可完美復制大型改擴建工程項目的現場實景，便于后期通過BIM技術進行方案的確定與優化。

1.2 BIM技術的可行性分析

所謂的BIM，是建筑信息模型的簡稱，具有可視化、模擬性、協調性等特點，可為工程項目設計、施工等提供技術保障，最大限度地降低項目施工風險，實現項目成本最小化、效益最大化的長遠發展目標。同時，在BIM技術的支持下，可實現對現代建筑工程項目建設過程的動態模擬分析，可為其作業計劃的高效實施打下基礎，避免對項目施工質量、效益等造成不利影響。BIM技術中有一個重要的優點是協調性，當下，現代化建筑工程的工作流程比較復雜和繁瑣，工程中不同單位承擔著不同的工作任務，但是每個部門之間卻是有機聯系的，因為工程項目一直都是完整的綜合體，所以每個部門要協調配合好，其中BIM技術就可以幫助工程不同部門更好地協同合作，也可以促進工作人員的交流和溝通，也就能有效地解決工程項目管理中的問題。

2、三維激光掃描與BIM技術的應用思路

該工程建筑高度為99.8m，地下2層，地上30層，總建筑面積為44558.2m2。工程造型簡潔、立面規整，矗立在湘江之畔。

2.1 現場試驗準備

該工程平面中心位置設置了核心筒鋼框架，鋼框架尺寸大，吊裝難度高，就位后因自身荷載和其他施工荷載的作用，會發生整體變形。嚴格控制鋼框架水平方向的變形，是該工程建筑施工質量控制的核心內容之一。為精準、高效地監控施工過程中鋼框架變形，施工項目部采用了基于BIM模型的三維激光掃描變形監測方案，并與傳統的全站儀監測方法進行比對分析。在施工現場鋼框架上，每隔1.5m距離粘貼了P40專用黑白靶標，共計16個。

2.2 外業數據采集與內業預處理

本次外業數據采集使用某款三維激光掃描儀，掃描精度高，一般能達到2 mm。外業采集點云數據安排兩人操作儀器，兩人布設靶標。此次共布設約100站覆蓋全部區域，每站掃描時間約為3 min，相鄰站之間用球狀靶標進行拼接，為了保證后期拼接處理效果，每相鄰兩站至少能看到4個公共靶標，掃描等級使用2檔，點云密度及精確度都較高，若出現遮擋的情況，增加站數。需要注意的是，應針對需要提取坐標的區域精細掃描。此外由于儀器安置在通道上，因此，掃描儀掃描時禁止人員走動，防止震動帶來偶然誤差。由于掃描對象在圍欄外側，應選擇合適角度且架高儀器采集數據，盡量減少遮擋對測量成果的影響。為方便精度檢驗和坐標轉換，需要將相對坐標轉換到絕對坐標。因此，在地面布設一定數量的平面靶標，靶標位置不宜過遠，要求掃描儀在地上平臺能夠采集到，且要求靶標位置固定、周圍無明顯遮擋，方便全站儀采集。

2.3 基于 BIM 模型的三維激光掃描變形監測方案

施工項目部經過研究，現場同時對鋼框架采用TSP監控法進行變形監測，設置激光掃描儀，輔以電子全站儀，同時一并設置定位靶標球。在施工完該層鋼框架后，進行第1次掃描，測量TSP定位系統棱鏡，測量靶標球的三維坐標，將點云數據輸入SCENE軟件，與調入的虛擬BIM模型對應的點云數據進行比較，即可得到鋼框架的變形值;在施工完上一層后，再對本層鋼框架進行掃描，并與虛擬BIM模型進行比較，即可得到本層鋼框架實時監控水平位移變形值，基于BIM模型的三維激光掃描變形監測時，監測點適時水平位置變形值方差較小，測量精度更高。

2.4 集中優化處理數據

現階段，建筑施工領域為了追求建筑施工項目的質量，確保所竣工建筑在各方面綜合性質上都能夠達到國家建筑行業所規定的標準，進而在建筑質量驗收環節企業加大了對竣工建筑物的立面剖圖的審核力度。為簡化竣工測量作業的復雜程序，技術人員提出要集中優化處理數據的工作理念，在實際測量工作中相關人員可以利用三維激光掃描測量技術對竣工作業進行具體測量，進而構建出三維立體模型，使得所測繪出的數據更符合竣工建筑的實際情況。

結語：

基于BIM模型的三維激光掃描變形監測，采用三維激光掃描自動獲取建筑物實測數據，利用軟件對實測數據形成的BIM模型和原始BIM模型進行比對，獲得變形值，比較傳統變形監測方法，人工操作少、偶然誤差偏小，軟件比對分析、評價結果精度高。

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