3D掃描技術在建筑領域的發展與促進

趙小平 郭乘海 曹桂明 蔣銀銀 賈繼剛

【摘要】當下，3D掃描技術極大的促進了建筑領域的技術發展，在減少施工周期、縮減施工成本、減少返工時間上有積極的作用，并且3D掃描技術與其他軟件、工藝相結合，可以幫助工程師們進行更好進行建筑建造。

【關鍵詞】3D掃描;BIM應用;模塊化安裝

3D掃描是一個光學、機械、電氣、計算機技術的集合尖端主要用于掃描物體的形狀、結構和顏色，并獲得物體的空間坐標。在眾多數量的發達國家制造業當中，3D掃描儀越來越多地被用作快速、高精度、無接觸和易于使用的3D測量設備。使用，使用通過使用掃描儀掃描板、樣品和模型，可以獲得3D數據。3D的可能是直接連接到CAD/卡姆一種CAD系統，該數據可以被調節、修理并被發送到加工中心或快速成型裝置以制造，從而大大降低了產品的制造周期。

3D數字化對于信息技術的發展十分重要信息.從現在來看，顯而易見，它可以將固體信息轉換成直接由計算機處理的數字信號，從而提供了一種非常方便和快速的方法來數字化，更好的實現數據的收集處理的目的.從這一點來看，3D掃描技術是非常領先的。此外，測量結果可以直接與各種軟件接口相關聯，并廣泛用于眾多知名的商業應用軟件諸如CAD、CAM、CIMS等技術應用。

隨著當今時代的進步和科學技術的發展，3D掃描的原理已為人們所熟知。結構光掃描儀和激光掃描儀是3D掃描技術發展的產物。眾所周知，掃描定律以時間為計算依據，故又稱他為時間法。它是一種非常精確、快速、操作方便的儀器，可安裝在生產線上，形成生產和檢驗的儀器。激光掃描儀的基本結構包括激光光源和掃描儀、光傳感器（探測器）和控制單元。激光光源密閉，受環境影響小，容易形成光束。低功率可見光激光器，如氦氖激光器、半導體激光器等是常用的激光器。掃描儀是一個旋轉的多邊形棱鏡或雙面鏡。當光束進入掃描儀時，在多種力量的作用下，它可以實現快速的旋轉，并且將激光反射到掃描光束當中。在整個掃描過程中，如果有工件遮擋光線，該技術還精確而快速的可以測量出該工件的直徑。測量前，必須使用兩個已知尺寸的量規進行校準。如果所有測量尺寸均在兩個量規之間，則可通過電子信號處理獲得待測尺寸。因此，高性能的測量能力和效率使得該技術又稱激光刻度尺。

在建筑發展領域，3D掃描技術的應用對其發展具有重要意義。在施工階段，掃描技術可應用于各種類型的項目，包括新項目，以提供高度準確和定期更新的現場進度記錄，包括相關成本、施工質量和交付成本等，都可以進行記錄。此外，它還可以大大的降低生產的產業成本，周期性的掃描可以降低建設項目的總成本。

在一個典型的施工項目中，返工可能占到施工成本的15%，大大的浪費施工時間。但是大量的3D掃描可以在變更單發生之前突出任何潛在的問題，從而降低總承包商的風險。通過按設定的時間間隔掃描，參與施工的人們可以記錄關鍵的里程碑式的節點，例如他可以對不同行業之間的過渡具有重大的推進意義，以便將交付的工作與用于質量保證的設計模型和圖紙進行比較。與大多數3D激光掃描相比，美國測量公司precision point的優勢得到了更好的理解。這家公司創始人兼首席執行官家馬克·肯尼·吉姆·約翰·喬納斯·漢納就曾在多個場合表示，全面的3D激光勘測實際上是掃描時建筑物的超級幫手，他的重大數據可以作為非常重要的參考，以確保分包商遵守合同規定的交付。”在一定程度上，它可以使承包商保持誠實，并且可以大大的減少通常來自未經激光掃描的未完成項目的變更單。更好使人們通過準確的信息進行實業生產。”眾所周知，信息共享的透明化是減少建筑項目沖突的有效途徑。

不僅僅是如此，在某些情況下，激光掃描可以獲取有關建筑物特定方面的附加信息，以便采取糾正措施。比如說，精確的混凝土板模型可以確定不均勻區域，3D掃描軟件可以確定調整層所需的材料量，從某種程度上來說，這是一個減少浪費的過程。可以將管道、暖通空調、結構鋼、混凝土等的毫米級精確掃描數據與設計進行比較，以驗證所有組件安裝在正確的位置。如果發現任何錯誤，可以修改新部件的設計和制造，而不是在現場進行補救工作。墻后、天花板以上和地板以下的記錄可以使客戶或者業主受益，他們可以在移交后使用這些記錄進行建筑管理和維護，或作為未來裝修工作的基礎。

著名的建筑學家漢娜評論道：“將快速掃描的物體隱藏在墻壁和天花板后面，為建筑物所有者或建筑管理者創建永久性建筑記錄，比照片文件更好，為交流和合作創建地理位置圖像，總承包商通常為專業測量公司提供激光掃描服務，如精密點，但許多人選擇在家里工作，借用自己的激光掃描儀和軟件;或買。那個選擇最適合工作場所的設備取決于諸如項目規模、所需數據的定義以及完成查詢的速度和頻率等因素。

地球3D激光掃描儀通常是最精確的，能夠探測非常密集的點云，基于空間大探測點，如X、y、Z坐標以及顏色和反射值的三維數字圖像等，并且可以輸出到BIM軟件無人駕駛飛機或者使用無人機系統，捕捉地形和建筑物的外部，包括難以觸及的屋頂，因為高分辨率的圖像可以縫合在一起以指向云層創建。移動地圖系統，如navvism6手推車可以對快速和頻繁地收集高質量數據的項目產生重大影響需要實時信息更新M6的速度是靜態掃描儀的10倍，每天可以捕獲10萬到15萬平方米的數據。

此外，新的6D Slam技術已集成到3D掃描的開發中，旨在提供不平坦表面的數據，尤其是在建筑工地等惡劣環境下，通過在BIM上掃描捕捉3D作為點云只需進行很少的工作量。項目組可以在軟件中以不同的方式導出圖像一些問題。項目評審軟件可以導入點云的實際“內置條件”和一個共同的坐標系掩蓋設計沖突，解決問題這個通常由架構、架構和MEP組成的通用BIM模型可以定期適應點云。

“如果一個項目最初是在BIM中設計的，那么正在進行的掃描里程碑可以用來適應現有的BIM。”總體而言，3D掃描非常重要，對促進現代建筑的發展具有重要作用，在當今時代發展的潮流中，建筑學施工隊伍幾乎遍布世界各地，尤其是在眾多的發展中國家中，了解激光掃描與傳統測量相比的優勢，可以大大的促進建筑的發展以及科學技術的產業提升，將并且通過BIM，該行業發展的可能性幾乎是無窮無盡的。

參考文獻：

[1]郭鴻等.基于圖像處理的激光掃描三維尺寸測量技術的研究[J].工具技術，2004，（38）：75-78

[2]陶立，許智欽，孫長庫.激光平面掃描，3D測量系統快速標定技術[J].光電子〃激光，2003，11（3）：54-60.

[3]余祖俊，楊婭楠，朱力強.三維激光掃描測量系統標定方法研究[J].電子測量與儀器學報，2007，12（6）：31-35.

[4]黎明.三維激光測量技術及應用研究.浙江大學.碩士學位論文

[5]高秀娟，楊偉華.三維激光掃描測量技術及在測繪領域的應用.科技論壇.黑龍江科技信息

[6]李巧麗.三維激光掃描技術研究綜述.（福建省計量科學研究院福建福州350003）

[7]徐源強，高井祥，王堅.三維激光掃描技術.1007-3817（2010）04-0005-02