三維激光掃描技術與BIM技術在騎樓老街改造中的協同應用

摘 要：在騎樓老街改造中，三維激光掃描技術與BIM技術的協同應用，為項目提供了高效、精確的解決方案。三維激光掃描技術通過快速采集和處理現場數據，生成高精度的點云模型，輔助BIM技術建立詳細的數字化模型，可實現精確的現狀分析與評估。在設計階段，BIM技術通過參數化設計和協同管理優化設計流程，減少錯誤和沖突。施工階段結合實時數據更新與施工模擬優化，能夠提高施工效率與質量。

關鍵詞：三維激光掃描技術；BIM技術；騎樓老街改造；協同應用

中圖分類號：TU984.113 " " " " " " " " " " " " "文獻標識碼：A " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2024）12-0105-03

0 引言

騎樓老街作為城市歷史文化的重要組成部分，其改造工程需要高效、精準的技術支持。傳統方法無法滿足復雜環境和精細化管理的需求，三維激光掃描技術與BIM技術的結合，提供了一種創新的解決方案。通過三維激光掃描技術，可以快速、全面地獲取現狀數據，BIM技術則在設計和施工階段提供了強大的協同管理平臺。

1 基本概述

1.1 三維激光掃描技術的原理和特點

三維激光掃描技術是一種先進的非接觸式測量技術，利用激光束對目標物體表面進行掃描，通過測量激光束的反射或回波時間，計算物體表面各點的空間坐標，從而獲取目標物體的三維形狀數據。其工作原理基于激光束的發射、反射和接收，通過激光掃描儀快速且精確地獲取大量離散點數據，這些數據構成了稱為點云的三維空間數據集[1]。

三維激光掃描技術具有高精度、高效率和非接觸性等特點，它能夠以極高的精度獲取目標物體表面的幾何形狀信息，通常可以達到毫米甚至亞毫米級別的精度。激光掃描能夠在較短時間內，完成對大范圍或復雜形狀物體的數據采集，比傳統的測量方法節省時間和人力資源。激光掃描技術無需直接接觸目標物體，避免對物體表面造成損壞或干擾的風險。

1.2 BIM技術的概念和優勢

建筑信息模型是一種集成信息的數字化表示方式，涵蓋了建筑、結構和設備等方面的幾何形狀、空間關系、屬性信息和工程數據。BIM技術不僅僅是三維建模工具，更是整合和協調建筑設計、施工和運營過程中信息的平臺。核心在于建立一個共享的虛擬建筑模型，通過不同專業的信息集成和交流，實現對建筑生命周期各階段的管理和優化。

BIM技術的優勢體現在多個方面，具體包括：①借助BIM模型，設計團隊可以在虛擬環境中進行協同設計，實時檢查和修正設計沖突，減少在施工階段的改動和成本。②不同專業的設計信息，可以在同一平臺上交互和整合，確保設計的各個方面相互匹配和協調。③施工團隊可以利用BIM模型進行進度管理、資源調度和沖突檢測，預先解決施工中可能遇到的問題，提高施工效率并降低成本。

2 三維激光掃描技術與BIM 技術在騎樓老街改造中的應用

2.1 三維激光掃描技術的具體應用

2.1.1 數據采集與處理

三維激光掃描技術的第一步是數據采集，在這個過程中，激光掃描儀器通過發射激光束，并記錄激光束反射回來的時間和位置信息，這些信息被轉換為大量的離散點數據，即點云數據。數據采集可以非常快速地完成，能夠覆蓋大范圍，并且高精度地獲取目標物體表面的形狀和結構信息。

采集到的點云數據，需要進行后續的處理，包括數據的清洗、配準（將多個掃描位置的數據進行匹配）、去噪（消除不必要的雜點），以及數據的統一坐標系轉換等。數據處理的目標，是保證點云數據的準確性和完整性，為后續點云模型的構建提供可靠基礎。

2.1.2 點云模型的構建

點云模型是基于采集到的大量點云數據構建而成的三維模型。利用點云數據，可以重建目標物體或場景的幾何形狀、表面特征以及細節信息。

點云模型的構建是關鍵環節，直接影響到后續應用的效果和精度。通常包括以下步驟：①點云的擬合和重建。利用數學算法和計算幾何學方法，將離散的點云數據，轉換為連續的曲面或多邊形網格。②數據分析和特征提取。從點云中提取出關鍵特征，比如建筑物的墻面、屋頂、窗戶等，或者地形的地貌特征，以便進一步的分析和應用。③對點云模型進行優化，填補存在的空洞，或者修復因采集誤差導致的缺陷，從而保證模型的完整性和準確性[2]。

2.1.3 現狀分析與評估

通過采集到的高精度點云數據和構建的點云模型，三維激光掃描技術可以進行對目標物體或場景的現狀分析和評估工作，從而在工程項目的規劃與設計階段提供重要依據，并且在日常維護管理中起到監測和預警的作用，提升工程和文物保護的效率和水平。

具體包括：①結構安全評估。對建筑物或其他工程結構進行結構安全性評估，通過比對點云模型與設計文件的差異或者變形情況，識別潛在的結構問題和風險。②文物保護和修復評估。通過點云數據的詳細分析，能夠準確捕捉文物表面的損傷和變化，從而制定有效的修復方案。③環境影響評估。用于分析自然環境對建筑物或地形的影響，比如海岸線侵蝕、山體滑坡等，幫助進行環境保護和風險管理。

2.2 BIM技術的具體應用

2.2.1 模型建立與參數化設計

BIM 技術的核心是建立精確的三維模型，并支持參數化設計，使得設計過程更加靈活和高效。設計團隊可以通過共享和協同編輯BIM模型，實現多專業間的緊密集成，從而避免信息孤島和重復工作，確保整體設計的完整性和協調性。

BIM技術通過整合各種工程專業（比如建筑、結構、機電等）的設計信息，創建包含幾何形狀、空間關系和屬性信息的數字模型。這些模型不僅僅是靜態的幾何表示，還包含了豐富的元數據，比如材料屬性、施工方法、設備規格等，從而為整個項目的詳細設計和管理提供基礎。BIM還允許設計團隊通過設定參數和規則，自動生成和調整模型的特定部分，比如建筑尺寸、結構布置、管道系統等，這種靈活的參數化設計，能夠確?？焖夙憫O計變更和優化需求，實現設計的一致性和準確性。

2.2.2 協同設計與管理

BIM 技術的一個重要應用領域，是在協同設計和項目管理中的應用，通過共享和集成各種信息資源，實現設計團隊、建設者和運營者之間的緊密合作及信息共享，這不僅提高了項目執行的效率和質量，還減少了因信息不對稱或溝通不暢造成的誤解和錯誤，從而為復雜工程項目的成功交付奠定堅實基礎。

在多專業團隊合作的情況下，BIM技術提供了一個統一的平臺，使不同專業的設計師可以在同一個模型中同時工作。例如，建筑師、結構工程師、機械電氣工程師等，可以通過BIM模型進行協作設計，共享和更新設計變更，實時協調設計方案和解決潛在沖突。

BIM技術還在項目的執行和管理階段發揮重要作用，通過整合模型中的施工序列、資源分配、進度計劃等信息，項目管理團隊就可以進行施工進度的模擬和優化，預測潛在問題并及時調整方案，確保項目按時按質完成[3]。

2.2.3 施工模擬與優化

BIM技術在施工階段的應用，主要體現在施工模擬和優化方面，通過模擬施工過程和資源的有效利用，提前發現和解決潛在問題，從而為項目管理人員和業主提供可靠的決策支持，實現施工效率的最大化和成本的最優化。

基于BIM模型，施工團隊可以進行虛擬的施工模擬，模擬施工過程中的不同工序、物流運輸路徑和施工設備的使用情況，這能夠幫助施工團隊規劃和優化施工流程，預測可能的沖突和問題，并且提前制定應對措施，從而減少施工中的中斷和延誤。

施工團隊還可以通過BIM技術優化資源的利用，包括物料的采購和供應鏈管理、人力資源的配置等。結合施工模擬結果，就可以調整施工計劃和進度，提高施工效率和質量，降低成本和風險。

3 兩種技術的協同應用

3.1 數據交互與整合

3.1.1 數據交互

三維激光掃描技術生成的點云數據，是建立BIM模型的重要基礎。通過先進的數據處理軟件，可以將大量的點云數據轉換為可以直接用于建模的形狀信息。這些信息包括建筑物的幾何形狀、結構特征和細節信息，為BIM模型的建立提供了高精度和真實的物理屬性。

在建筑項目中，不同專業團隊（如建筑、結構、機電等）的信息交叉與整合是保證設計一致性和工程協調性的關鍵。BIM技術通過提供一個共享的平臺，使得各專業能夠在同一個模型中進行協同設計和信息交流。例如，建筑師可以將建筑設計的模型和參數傳輸給結構工程師，以便后者進行結構分析和設計優化。

3.1.2 數據整合

隨著項目的推進，需要將現有的BIM模型與新的數據進行整合和更新。三維激光掃描技術可以周期性地進行現場掃描，獲取最新的實際建筑狀態數據，并通過與現有模型的對比，更新模型的精度和完整性，保證了設計和施工過程中的信息同步，減少因信息陳舊或錯誤導致的風險[4]。

除了激光掃描數據和BIM模型之外，還需要整合來自其他系統和軟件的多源數據，例如項目管理軟件中的進度計劃、成本預算系統中的經濟數據、安全監控系統中的實時監測數據等。BIM技術通過支持不同數據格式的互操作性，使得各類數據能夠在同一平臺上進行整合和分析，為項目管理和決策提供全面支持。

3.2 設計階段的協同工作

3.2.1 數據整合與模型準備

在設計階段，三維激光掃描技術通過采集實際場地的點云數據，為BIM模型的建立和更新提供了現實世界的精確基礎。點云數據經過處理后，可以轉化為高精度的三維模型，反映出建筑物的實際狀態和細節特征?；谶@些數據，BIM模型不僅包括了建筑的幾何形狀，還包含結構、機電設備布置等各個專業的詳細信息。

3.2.2 跨專業協同設計與沖突檢測

利用BIM平臺，設計團隊的各個專業可以在同一個集成的模型中進行協同設計。例如，建筑師可以即時更新建筑設計，結構工程師和機電工程師可以在此基礎上調整優化各自的設計方案。BIM技術支持實時的數據交換和協作，設計團隊可以共享設計變更和決策，確保各專業的設計相互兼容和一致。在協同設計過程中，BIM還能夠通過自動化的沖突檢測功能，識別不同專業之間可能存在的沖突，能夠有效減少設計錯誤和后期修改帶來的成本與延誤，提高整體設計的質量和效率。

3.2.3 設計變更和實時更新

設計階段經常需要面對客戶或其他利益相關者的反饋和調整要求，通過BIM技術，設計團隊可以快速響應變更請求，實時更新模型，并與相關方分享最新的設計狀態，這保證了所有設計決策和變更都基于最新的信息和實際條件，避免了信息不一致和溝通失誤帶來的風險[5]。

3.3 施工階段的協同工作

3.3.1 數據管理與模型更新

三維激光掃描技術通過周期性的現場掃描，實時捕捉和更新施工現場的實際數據。點云數據經過處理后，可以與現有的BIM模型進行對比和更新，確保模型精度與實際施工情況的一致性。施工團隊可以利用這些數據優化施工計劃和資源管理，提高施工效率和質量。

3.3.2 進度管理與施工優化

施工團隊可以基于BIM模型進行施工流程的優化，制定詳細的施工計劃和階段性目標。通過模擬施工過程，識別潛在的問題瓶頸和優化機會，從而有針對性地調整資源配置和工作方法，提高工程項目的整體效率和成本控制能力。

3.3.3 安全管理和監控

BIM技術通過模擬施工場景和實時數據的監控，識別安全風險和危險點，促使制定安全措施和應急預案，這有助于降低施工事故的發生率，保障施工人員的安全和工作環境的安全性。

4 結束語

三維激光掃描技術與BIM技術的協同應用，為騎樓老街改造帶來了顯著的技術優勢和管理效益，不僅提升了數據采集和處理的精度，還優化了設計與施工的流程，確保項目的高質量完成，推動行業向數字化、智能化的方向不斷發展。

參考文獻

[1] 龍潤澤，魯明軍.三維激光掃描技術用于老舊小區改造中二維信息提取與平面制圖[J].測繪通報，2020（9）：127-131.

[2] 劉學思，張杰，石明旺.三維激光掃描技術在老舊小區管線改造中的應用[J].測繪通報，2021（S2）：162-165.

[3] 孫孝宇，劉星，易咸輝，等.BIM技術在城市綜合體改造項目中的創新應用[J].安裝，2022（8）：39-41.

[4] 湯堃，伍永濤.三維激光掃描技術在老舊小區改造不動產測繪中的應用分析[J].江西測繪，2021（3）：57-60.

[5] 張彥彪.BIM技術在建筑設計、項目施工及管理中的應用分析[J].中國建筑金屬結構，2021（4）：80-81.