任立夫

中煤（西安）地下空間科技發(fā)展有限公司，中國·陜西 西安 710000

1 引言

隨著城市數(shù)字化的迅猛發(fā)展，各個行業(yè)對空間信息數(shù)據(jù)的需求已經(jīng)不再局限于普通的二維數(shù)據(jù)，三維數(shù)據(jù)成了大眾所采納的數(shù)據(jù)類型。如今BIM技術(shù)作為一項新興的三維數(shù)字信息化技術(shù)，在國家、地方及行業(yè)內(nèi)自上而下的政策推動下，各大中型企業(yè)積極主動的自主研發(fā)，在建筑行業(yè)內(nèi)積極推廣應用，BIM的發(fā)展勢頭迅猛。同時在測繪行業(yè)內(nèi)LiDAR三維激光掃描技術(shù)具有傳統(tǒng)測繪技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢，可實現(xiàn)快速獲取高分辨率、高精度三維空間信息的功能，能夠滿足數(shù)字化采集建筑物信息的要求。因此，BIM技術(shù)結(jié)合LiDAR三維激光掃描技術(shù)對建筑物進行信息數(shù)據(jù)的采集與管理是一種全新有效的方式?；贚iDAR三維激光掃描技術(shù)高效率及高精度的特點，以及BIM技術(shù)的信息化建模的特點，綜合展開對建筑物點云數(shù)據(jù)的獲取、處理以及數(shù)字化逆向建模研究工作。通過建立建筑三維信息模型，不僅可實現(xiàn)視覺上的瀏覽，同時能夠?qū)ㄖ锏膶傩孕畔⑦M行錄入，實現(xiàn)對建筑物三維場景和信息價值上的統(tǒng)一管理。

2 項目概況

“某機場航站樓信息管理工程”項目，該項目計劃采用LiDAR三維激光掃描技術(shù)采集既有建筑物的點云數(shù)據(jù)，項目的掃描范圍包括T1與T2兩個航站樓分區(qū)，平面范圍約為兩萬平方米，計劃在七個工作日內(nèi)采集完成所有項目范圍的點云數(shù)據(jù)[1]。在完成所有的掃描任務之后，內(nèi)業(yè)采用BIM技術(shù)開展點云逆向建模的工作，依據(jù)點云數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場采集的視頻、照片數(shù)據(jù)作為建模參照依據(jù)，逆向構(gòu)建完整的航站樓內(nèi)部建筑信息模型。最后通過將BIM建筑信息模型作為平臺架構(gòu)的三維可視化數(shù)據(jù)基礎，展開對既有建筑物的信息管理。

3 BIM技術(shù)與LiDAR技術(shù)的綜合應用

在BIM技術(shù)與LiDAR三維激光掃描技術(shù)進行結(jié)合的基礎上，結(jié)合本次項目在既有建筑物的信息管理方面進行應用與探索。主要研究工作內(nèi)容如下：

第一，通過使用LiDAR三維激光掃描技術(shù)展開對航站樓的點云采集工作，研究掃描現(xiàn)場選取的站點及標靶位置布置的合理性以及優(yōu)化性，對后期開展類似工作做好資料積累和技術(shù)沉淀。

第二，在逆向構(gòu)建建筑信息模型的過程中研究BIM模型精細化程度的劃分標準；對逆向建模工程中的構(gòu)建方法進行分析和總結(jié)，通過結(jié)合BIM技術(shù)的特點，形成一套可直接利用點云數(shù)據(jù)在BIM軟件中逆向建模的方法；通過分析BIM技術(shù)在工程項目應用中的優(yōu)點，對該技術(shù)在既有建筑物的信息管理方面的優(yōu)勢進行探索。

4 逆向建模流程

本項目研究了依據(jù)點云數(shù)據(jù)逆向構(gòu)建BIM模型的方法，驗證了該方法是可行的。采用的方法是通過軟件處理zfs、asc、las、pts等格式的初始點云數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)化為rcs格式的文件，將該格式文件在Revit軟件中通過鏈接點云的功能模塊鏈接載入，以此作為逆向建模的參照。導入到Revit軟件的建筑物點云數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)換為rcs格式的點云數(shù)據(jù)

在Revit軟件中導入轉(zhuǎn)換格式后的點云數(shù)據(jù)，由于軸網(wǎng)和標高作為約束條件的重要組成部分，為構(gòu)建模型主體的位置與方向提供參照，故先根據(jù)點云數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場記錄來創(chuàng)建軸網(wǎng)和標高。軸網(wǎng)和標高作為建模過程中制定約束條件的第一步，起到了劃分樓層層高，確定樓層頂板、底板的高程以及梁、柱、墻體的位置等作用[2]。創(chuàng)建完成的軸網(wǎng)如圖2所示。

圖2 BIM逆向建模的軸網(wǎng)構(gòu)建

在為建模前期準備的標高、軸網(wǎng)兩項約束條件繪制完成，就可以正式開展逆向建立BIM建筑信息模型主體的工作。根據(jù)點云繪制模型的主體，構(gòu)建墻體以及幕墻、梁板柱等建筑結(jié)構(gòu)組件，亦可通過視頻照片數(shù)據(jù)輔助構(gòu)建室內(nèi)其他的設備組件。借此方法得到的模型輪廓如圖3所示。

圖3 BIM逆向建模效果

本次項目基于點云數(shù)據(jù)的逆向建模工作，包含外業(yè)LiDAR激光掃描和內(nèi)業(yè)BIM數(shù)據(jù)處理生產(chǎn)兩部分工作內(nèi)容，應充分制定整體實施計劃。外業(yè)任務首先是對人員調(diào)配進行準備，選擇適宜的掃描設備，對掃描現(xiàn)場評估，確定測站點以及標靶的位置；采集完點云數(shù)據(jù)及相關(guān)的信息之后，就可以開展內(nèi)業(yè)工作，包括點云數(shù)據(jù)處理和逆向建模兩部分[3]。具體工作流程如圖4所示。

圖4 基于點云的BIM逆向建模流程

5 結(jié)語

論文闡述了采用LiDAR三維激光掃描技術(shù)獲取所需的點云數(shù)據(jù)，再通過BIM技術(shù)逆向創(chuàng)建建筑信息模型的整體流程。詳細介紹和研究了建筑物點云數(shù)據(jù)采集的流程，對航站樓進行激光掃描，獲得完整的三維點云數(shù)據(jù)。以采集的點云數(shù)據(jù)為參考基礎，依靠處理后的點云數(shù)據(jù)逆向創(chuàng)建模型，形成完整的航站樓三維建筑信息模型。研究中存在著一定的局限和改進的地方，主要包括下面幾點：

第一，三維激光掃描點云技術(shù)受其使用條件因素的影響，因此該技術(shù)的發(fā)展需要不斷精益求精，針對該技術(shù)還需要努力學習相關(guān)理論知識，增強實踐能力。

第二，點云數(shù)據(jù)模型重構(gòu)技術(shù)，雖然可以成功逆向構(gòu)建精確真實的建筑內(nèi)部三維信息模型，但是自動化程度低，耗費時間長，且對建模人員的建模經(jīng)驗要求較高，這使得實際建模工作的效率并不是很高，因此可在后期對點云數(shù)據(jù)逆向建模的自動化方向進行深入研究，以提高實際測繪生產(chǎn)的效率。