陳 祥 王 燁 王飛朋

（1. 中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，四川 成都 610000； 2. 運(yùn)城職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 運(yùn)城 044000）

3D掃描測(cè)量可謂是現(xiàn)階段建筑工程領(lǐng)域在GPS、RS等技術(shù)之后的一大技術(shù)創(chuàng)新，具有自行測(cè)量、采集與處理數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)生成與傳送點(diǎn)云、3D圖像，數(shù)字化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)同享等功能。就BIM技術(shù)而言，是推動(dòng)國內(nèi)建筑業(yè)高速步入信息化時(shí)代的關(guān)鍵支撐，以其為基礎(chǔ)的建筑工程信息化建設(shè)極為重要，可改善項(xiàng)目生產(chǎn)效率，強(qiáng)化工程建造質(zhì)量，將其與3D掃描測(cè)量相結(jié)合，可為建筑工程更好地發(fā)展提供有力支撐，不僅能對(duì)原始現(xiàn)場(chǎng)資料存檔，基于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)高速逆向建模，還能對(duì)施工質(zhì)量加以比較等，對(duì)國內(nèi)建筑業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展大有裨益。

1 3D掃描測(cè)量與BIM技術(shù)概述

在經(jīng)濟(jì)社會(huì)、科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展的背景下，3D掃描測(cè)量技術(shù)有了一定的進(jìn)步，其屬于高新技術(shù)之一，從以往的單點(diǎn)式收集數(shù)據(jù)發(fā)展演變成了自動(dòng)連續(xù)獲知數(shù)據(jù)，該技術(shù)可謂是整個(gè)三維數(shù)據(jù)獲知與重構(gòu)技術(shù)體系內(nèi)的新興技術(shù)，還被叫作“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”與“高清晰測(cè)量”，在工業(yè)制造、醫(yī)學(xué)、軍事等領(lǐng)域獲取了極為廣泛的運(yùn)用。特別是在建筑業(yè)信息化、工業(yè)化建設(shè)日益深化的背景下，該技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域的應(yīng)用愈加頻繁。

就BIM技術(shù)而言，在國內(nèi)已具備一定的發(fā)展時(shí)間，現(xiàn)階段該技術(shù)正處在高速發(fā)展與深度運(yùn)用時(shí)期。該技術(shù)即建筑信息模型，其中B表示Building，寓意所有土木工程建設(shè)項(xiàng)目；I為Information，不單單表示信息傳輸，也囊括信息在建筑整個(gè)生命周期內(nèi)所有單位以及流程之間的“互用”“集成”；M即Modeling，囊括靜態(tài)的Model與動(dòng)態(tài)Modeling以及對(duì)應(yīng)的管理Management。其是囊括了構(gòu)建和管理設(shè)施物理以及功能特征的數(shù)字化表述過程，在此期間形成的所有建筑信息模型即可以分享的知識(shí)資源，為設(shè)施由剛開始的概念階段至設(shè)計(jì)、施工等整個(gè)生命周期內(nèi)的決策提供支撐。

3D掃描測(cè)量和BIM技術(shù)的有效結(jié)合，可為BIM技術(shù)在工程施工中的運(yùn)用予以支撐。在這一階段，把BIM模型在現(xiàn)場(chǎng)管理中運(yùn)用應(yīng)借助集成有效的技術(shù)方式為基礎(chǔ)，恰好3D掃描測(cè)量技術(shù)能對(duì)工程施工現(xiàn)場(chǎng)的繁雜情況有效記載，并與BIM模型加以比較，能為建筑工程質(zhì)量檢測(cè)、驗(yàn)收予以幫助。

本文提到的3D掃描測(cè)量和BIM技術(shù)的結(jié)合具體表示針對(duì)BIM模型以及與之有關(guān)的3D掃描模型實(shí)施模型比較、轉(zhuǎn)換以及協(xié)調(diào)，以此為建筑工程的質(zhì)量檢驗(yàn)、迅速建設(shè)模型、縮減返工率提供幫助。當(dāng)前，3D掃描測(cè)量和BIM技術(shù)的集成在建筑工程管理方面的運(yùn)用囊括：工程質(zhì)量的檢驗(yàn)、建筑物的改造、變形監(jiān)測(cè)等。在3D掃描測(cè)量和BIM技術(shù)蓬勃發(fā)展的今天，兩者位于建筑工程領(lǐng)域的運(yùn)用勢(shì)必不斷加深，為建筑工程事業(yè)的發(fā)展提供助力。

2 建筑工程中3D掃描測(cè)量與BIM技術(shù)的應(yīng)用

BIM技術(shù)不但為模型結(jié)果，也可視為是過程與各方的協(xié)同。但工程建造時(shí)，這一具有項(xiàng)目指導(dǎo)與虛擬施工作用的BIM模型，通常未對(duì)現(xiàn)場(chǎng)繁雜的因素予以關(guān)注，難以為工程施工進(jìn)行正確引導(dǎo)，如何讓其更好地在現(xiàn)場(chǎng)管理中運(yùn)用，為工程建設(shè)順利實(shí)施予以支撐， 便需借助相應(yīng)技術(shù)方式。 對(duì)此，我們嘗試將3D掃描測(cè)量與BIM技術(shù)相結(jié)合。

2.1 對(duì)原始現(xiàn)場(chǎng)資料進(jìn)行存檔

3D掃描測(cè)量技術(shù)可謂是對(duì)建筑工程實(shí)測(cè)實(shí)量數(shù)據(jù)有效收集的最佳手段，不但具備較好的掃描精度，還能對(duì)既定工程部位以及關(guān)鍵位置的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效采集，并轉(zhuǎn)換為電子資料進(jìn)行存檔。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)高速逆向建模

現(xiàn)階段，建筑工程領(lǐng)域內(nèi)對(duì)BIM技術(shù)進(jìn)行利用的往往都是大規(guī)模、工程繁雜抑或施工較為困難的工程項(xiàng)目抑或政府項(xiàng)目。伴同政策推進(jìn)，BIM技術(shù)獲取了更進(jìn)一步的發(fā)展，模型庫日漸完善，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)初步構(gòu)成，其運(yùn)用范圍得以擴(kuò)張，該技術(shù)開始在更多的工程項(xiàng)目中運(yùn)用，且被項(xiàng)目參與方接受與認(rèn)可。然而，實(shí)踐操作時(shí)，因被成本管理、市場(chǎng)運(yùn)作等因素干擾，使其運(yùn)用通常是劃分階段運(yùn)用，在某階段具備應(yīng)用需求時(shí)，不具備前期的BIM工作為支撐，便應(yīng)利用3D掃描測(cè)量技術(shù)對(duì)建筑實(shí)體掃描，實(shí)施逆向建模。

就環(huán)境繁雜的深基坑項(xiàng)目而言，不管是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)抑或維護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)均需具體且精確的地貌資料，但以往的測(cè)繪方式因選擇了離散單點(diǎn)收集三維坐標(biāo)的方式，具有測(cè)點(diǎn)有限、精度不高等不足，難以與設(shè)計(jì)精度、工程進(jìn)度所提需要相一致的特點(diǎn)。這就可對(duì)3D掃描測(cè)量技術(shù)加以利用，其經(jīng)由選擇適宜的站點(diǎn)、位置以及數(shù)量，明確掃描路徑，從多個(gè)角度入手對(duì)實(shí)體建筑加以掃描，獲知點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并經(jīng)由軟件對(duì)獲知的數(shù)據(jù)實(shí)施預(yù)處理、云數(shù)據(jù)拼接，在坐標(biāo)校正后把相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至地理坐標(biāo)內(nèi)，實(shí)施三維建模，為之后的工程設(shè)計(jì)規(guī)劃、構(gòu)建BIM模型予以支撐。

2.3 施工質(zhì)量的比較

BIM技術(shù)能為工程項(xiàng)目整個(gè)生命周期的決策予以支撐，然而因項(xiàng)目建造較為繁雜，設(shè)計(jì)變更、施工問題等會(huì)使實(shí)際施工和BIM模型具有差異，難以有效體現(xiàn)施工效果。而經(jīng)由3D掃描測(cè)量的利用，能獲知點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在軟件處理以后能轉(zhuǎn)換成BIM模型數(shù)據(jù)，存在較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義及指導(dǎo)功能。而后與構(gòu)建的BIM、CAD模型實(shí)施精度比較，明確工程現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字模型和設(shè)計(jì)模型具有的差異，保證施工更為高效、可靠，從而獲知工程狀況，變革了以往施工現(xiàn)場(chǎng)誤差復(fù)核模式，縮減了因工程施工技術(shù)、操作匱乏規(guī)范性等所致的工期延緩、成本增加等現(xiàn)象，使設(shè)計(jì)模型與工程實(shí)際狀況更貼合。

就結(jié)構(gòu)、造型繁雜的大規(guī)模幕墻安裝工程來看，以往的安裝方式需借助全站儀等針對(duì)建筑實(shí)施整體測(cè)量，明確結(jié)構(gòu)尺寸，且依據(jù)單位幕墻繪制垂直與水平控制線，保證標(biāo)高、軸線統(tǒng)一，并重復(fù)檢驗(yàn)、審核，不但浪費(fèi)時(shí)間且效率不高。而經(jīng)由3D掃描測(cè)量采集數(shù)據(jù)、整理與分析，對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行復(fù)核，能給幕墻優(yōu)化設(shè)計(jì)給予準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，并經(jīng)由3D掃描模型和BIM模型的整合，能再一次對(duì)幕墻設(shè)計(jì)的精確性進(jìn)行復(fù)核，從而更好地指導(dǎo)工程施工。

2.4 工程進(jìn)度追蹤、質(zhì)量檢測(cè)

以往的工程進(jìn)度追蹤、質(zhì)量檢測(cè)通常選擇抽樣檢測(cè)方式進(jìn)行，對(duì)投資規(guī)模大、參建方多、管理較為困難的大型工程來看，既浪費(fèi)時(shí)間，也不具備較高的效率。但經(jīng)由3D掃描測(cè)量與BIM技術(shù)進(jìn)行全數(shù)檢查，能規(guī)避抽樣檢測(cè)具有的隨機(jī)性，確保數(shù)據(jù)可靠、精確，可改善質(zhì)量檢測(cè)效率與效果。對(duì)監(jiān)理工作者而言，縮減了工作難度，如某些高風(fēng)險(xiǎn)、費(fèi)時(shí)性測(cè)量工作能經(jīng)由掃描進(jìn)行，在工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行掃描儀后，可在后臺(tái)具體分析、比較，獲知工程實(shí)際建設(shè)情況，且變革了項(xiàng)目參與方的交流模式，經(jīng)由音視頻取締文字、數(shù)據(jù)信息?？梢姡?D掃描測(cè)量和BIM技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了建筑工程創(chuàng)新發(fā)展， 讓質(zhì)量管理開始面向精細(xì)、 信息化方向行進(jìn)。現(xiàn)階段，兩者地結(jié)合在對(duì)大規(guī)模建筑工程中的墻等結(jié)構(gòu)建造精度檢測(cè)時(shí)獲取了廣泛運(yùn)用。

2.5 運(yùn)維管理

建筑工程在歷經(jīng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)與施工環(huán)節(jié)，投入一定的資金以及時(shí)間以后，工程預(yù)期效益便會(huì)在運(yùn)轉(zhuǎn)階段實(shí)現(xiàn)。就運(yùn)維階段而言，維護(hù)修繕以及改建所需投入的成本在建筑工程整個(gè)生命周期成本中的占比通常在80%之上，如果由經(jīng)濟(jì)層面來看，對(duì)這一階段的成本進(jìn)行縮減極為必要。就BIM的運(yùn)用來看，對(duì)結(jié)構(gòu)繁雜且功能多元的建筑，3D掃描測(cè)量給BIM技術(shù)的運(yùn)用給予了支撐，能為管理人員更好的管理現(xiàn)場(chǎng)、設(shè)備、成本予以幫助，對(duì)資源進(jìn)行優(yōu)化配置、高效利用，縮減運(yùn)維資金。

3 典型應(yīng)用案例

3.1 裝配式建筑安裝和質(zhì)量監(jiān)測(cè)

3D掃描測(cè)量和BIM技術(shù)能在工程質(zhì)量檢測(cè)以及裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件的安裝中運(yùn)用，經(jīng)由數(shù)據(jù)比較分析，能獲知工程現(xiàn)場(chǎng)施工和設(shè)計(jì)圖紙具有的差異，從而更好地引導(dǎo)結(jié)構(gòu)安裝、檢測(cè)構(gòu)建，保證裝配效果。譬如深圳機(jī)場(chǎng)T3航站樓，其可謂是我國第一次利用3D掃描測(cè)量進(jìn)行幕墻安裝施工的工程項(xiàng)目，基于起始點(diǎn)構(gòu)建首級(jí)平面控制網(wǎng)，并在其中實(shí)施控制點(diǎn)的二、三級(jí)加密，高程選擇四等水準(zhǔn)布控，實(shí)測(cè)鋼結(jié)構(gòu)以及幕墻節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的三維坐標(biāo)傳輸至設(shè)計(jì)工作者，對(duì)結(jié)構(gòu)特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的單位坐標(biāo)進(jìn)行提取，結(jié)合各級(jí)測(cè)量控制點(diǎn)并借助全站儀把相關(guān)坐標(biāo)置于設(shè)計(jì)位置以便施工運(yùn)用，保證測(cè)量、施工精度與要求相符。

建筑工業(yè)化項(xiàng)目施工對(duì)3D掃描測(cè)量與BIM技術(shù)進(jìn)行利用，先借助BIM軟件針對(duì)工程項(xiàng)目整體與相關(guān)部分實(shí)施設(shè)計(jì)，PC構(gòu)件廠以BIM模型與相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)對(duì)各層所需墻板、梁等“零件”進(jìn)行生產(chǎn)，最后驗(yàn)收工作者經(jīng)由3D掃描測(cè)量技術(shù)實(shí)施構(gòu)件的質(zhì)量檢驗(yàn)，并直觀展現(xiàn)構(gòu)件缺陷。

3.2 古建筑與文化保護(hù)

經(jīng)由對(duì)3D掃描測(cè)量技術(shù)的利用，可將年代久遠(yuǎn)、未修葺且匱乏設(shè)計(jì)資料的古建筑以及文物加以掃描，獲知準(zhǔn)確參數(shù)，迅速且正確產(chǎn)生電子化記錄，并進(jìn)行數(shù)字存檔，且借助BIM逆向建模對(duì)設(shè)計(jì)圖紙永久留存，便于之后修葺改造。如北京故宮等均開始對(duì)館內(nèi)文物實(shí)施3D掃描測(cè)量與建檔，且構(gòu)建產(chǎn)生了數(shù)字化博物館。

3.3 工程改造與擴(kuò)建

現(xiàn)階段，國內(nèi)建筑工程改擴(kuò)建項(xiàng)目驟增，基于原有設(shè)計(jì)方案構(gòu)建BIM模型，可為設(shè)計(jì)方案的比較、合理選擇予以幫助。譬如，上海迪士尼的改建，經(jīng)由3D掃描測(cè)量獲知以往的建筑參數(shù)，逆向構(gòu)建BIM模型傳輸至國外設(shè)計(jì)談對(duì)實(shí)施方案設(shè)計(jì)，施工過程經(jīng)由視頻監(jiān)控實(shí)時(shí)監(jiān)督、引導(dǎo)。

4 結(jié)語

概括而言，3D掃描測(cè)量和BIM技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域的應(yīng)用極為必要，促進(jìn)了建筑工程信息化建設(shè)，不僅能對(duì)原始現(xiàn)場(chǎng)資料進(jìn)行存檔、基于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)高速逆向建模，還能進(jìn)行施工質(zhì)量的比較等。本文先對(duì)3D掃描測(cè)量與BIM技術(shù)進(jìn)行了闡述，而后對(duì)建筑工程中3D掃描測(cè)量與BIM技術(shù)的應(yīng)用及典型應(yīng)用案例進(jìn)行了分析，望以此為國內(nèi)建筑工程更好的發(fā)展予以參考。