趙小平 郭乘海 曹桂明 蔣銀銀 賈繼剛

【摘要】當(dāng)下，3D掃描技術(shù)極大的促進(jìn)了建筑領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)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(shù)與其他軟件、工藝相結(jié)合，可以幫助工程師們進(jìn)行更好進(jìn)行建筑建造。

【關(guān)鍵詞】3D掃描;BIM應(yīng)用;模塊化安裝

3D掃描是一個光學(xué)、機(jī)械、電氣、計算機(jī)技術(shù)的集合尖端主要用于掃描物體的形狀、結(jié)構(gòu)和顏色，并獲得物體的空間坐標(biāo)。在眾多數(shù)量的發(fā)達(dá)國家制造業(yè)當(dāng)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(shè)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(shù)據(jù)。3D的可能是直接連接到CAD/卡姆一種CAD系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)可以被調(diào)節(jié)、修理并被發(fā)送到加工中心或快速成型裝置以制造，從而大大降低了產(chǎn)品的制造周期。

3D數(shù)字化對于信息技術(shù)的發(fā)展十分重要信息.從現(xiàn)在來看，顯而易見，它可以將固體信息轉(zhuǎn)換成直接由計算機(jī)處理的數(shù)字信號，從而提供了一種非常方便和快速的方法來數(shù)字化，更好的實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集處理的目的.從這一點來看，3D掃描技術(shù)是非常領(lǐng)先的。此外，測量結(jié)果可以直接與各種軟件接口相關(guān)聯(lián)，并廣泛用于眾多知名的商業(yè)應(yīng)用軟件諸如CAD、CAM、CIMS等技術(shù)應(yīng)用。

隨著當(dāng)今時代的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，3D掃描的原理已為人們所熟知。結(jié)構(gòu)光掃描儀和激光掃描儀是3D掃描技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。眾所周知，掃描定律以時間為計算依據(jù)，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(chǎn)線上，形成生產(chǎn)和檢驗的儀器。激光掃描儀的基本結(jié)構(gòu)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(huán)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(dǎo)體激光器等是常用的激光器。掃描儀是一個旋轉(zhuǎn)的多邊形棱鏡或雙面鏡。當(dāng)光束進(jìn)入掃描儀時，在多種力量的作用下，它可以實現(xiàn)快速的旋轉(zhuǎn)，并且將激光反射到掃描光束當(dāng)中。在整個掃描過程中，如果有工件遮擋光線，該技術(shù)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(guī)進(jìn)行校準(zhǔn)。如果所有測量尺寸均在兩個量規(guī)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(shù)又稱激光刻度尺。

在建筑發(fā)展領(lǐng)域，3D掃描技術(shù)的應(yīng)用對其發(fā)展具有重要意義。在施工階段，掃描技術(shù)可應(yīng)用于各種類型的項目，包括新項目，以提供高度準(zhǔn)確和定期更新的現(xiàn)場進(jìn)度記錄，包括相關(guān)成本、施工質(zhì)量和交付成本等，都可以進(jìn)行記錄。此外，它還可以大大的降低生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)成本，周期性的掃描可以降低建設(shè)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(fā)生之前突出任何潛在的問題，從而降低總承包商的風(fēng)險。通過按設(shè)定的時間間隔掃描，參與施工的人們可以記錄關(guān)鍵的里程碑式的節(jié)點，例如他可以對不同行業(yè)之間的過渡具有重大的推進(jìn)意義，以便將交付的工作與用于質(zhì)量保證的設(shè)計模型和圖紙進(jìn)行比較。與大多數(shù)3D激光掃描相比，美國測量公司precision point的優(yōu)勢得到了更好的理解。這家公司創(chuàng)始人兼首席執(zhí)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(shù)據(jù)可以作為非常重要的參考，以確保分包商遵守合同規(guī)定的交付?！痹谝欢ǔ潭壬?，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(jīng)激光掃描的未完成項目的變更單。更好使人們通過準(zhǔn)確的信息進(jìn)行實業(yè)生產(chǎn)?！北娝苤?，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(guān)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(qū)域，3D掃描軟件可以確定調(diào)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?？梢詫⒐艿?、暖通空調(diào)、結(jié)構(gòu)鋼、混凝土等的毫米級精確掃描數(shù)據(jù)與設(shè)計進(jìn)行比較，以驗證所有組件安裝在正確的位置。如果發(fā)現(xiàn)任何錯誤，可以修改新部件的設(shè)計和制造，而不是在現(xiàn)場進(jìn)行補(bǔ)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(yè)主受益，他們可以在移交后使用這些記錄進(jìn)行建筑管理和維護(hù)，或作為未來裝修工作的基礎(chǔ)。

著名的建筑學(xué)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(chuàng)建永久性建筑記錄，比照片文件更好，為交流和合作創(chuàng)建地理位置圖像，總承包商通常為專業(yè)測量公司提供激光掃描服務(wù)，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(shè)備取決于諸如項目規(guī)模、所需數(shù)據(jù)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(biāo)以及顏色和反射值的三維數(shù)字圖像等，并且可以輸出到BIM軟件無人駕駛飛機(jī)或者使用無人機(jī)系統(tǒng)，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(chuàng)建。移動地圖系統(tǒng)，如navvism6手推車可以對快速和頻繁地收集高質(zhì)量數(shù)據(jù)的項目產(chǎn)生重大影響需要實時信息更新M6的速度是靜態(tài)掃描儀的10倍，每天可以捕獲10萬到15萬平方米的數(shù)據(jù)。

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

“如果一個項目最初是在BIM中設(shè)計的，那么正在進(jìn)行的掃描里程碑可以用來適應(yīng)現(xiàn)有的BIM。”總體而言，3D掃描非常重要，對促進(jìn)現(xiàn)代建筑的發(fā)展具有重要作用，在當(dāng)今時代發(fā)展的潮流中，建筑學(xué)施工隊伍幾乎遍布世界各地，尤其是在眾多的發(fā)展中國家中，了解激光掃描與傳統(tǒng)測量相比的優(yōu)勢，可以大大的促進(jìn)建筑的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)提升，將并且通過BIM，該行業(yè)發(fā)展的可能性幾乎是無窮無盡的。

參考文獻(xiàn)：

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

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

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

[4]黎明.三維激光測量技術(shù)及應(yīng)用研究.浙江大學(xué).碩士學(xué)位論文

[5]高秀娟，楊偉華.三維激光掃描測量技術(shù)及在測繪領(lǐng)域的應(yīng)用.科技論壇.黑龍江科技信息

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

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