武建國(guó) 唐煒

摘? ? 要：隨著城市的快速發(fā)展，對(duì)老舊城區(qū)進(jìn)行改造已成為美化城市、提升老城區(qū)人民生活質(zhì)量的有效手段。本文將探討3D掃描與BIM逆向建模技術(shù)在老舊城區(qū)改造中的應(yīng)用，采用三維激光掃描儀對(duì)要測(cè)建筑物進(jìn)行整體掃描，內(nèi)業(yè)將所有掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接處理，得到一個(gè)三維點(diǎn)云模型，點(diǎn)云模型通過(guò)與Revit軟件交互、翻建成實(shí)體模型，在滿足精度要求情況下導(dǎo)出CAD圖紙。

關(guān)鍵詞：三維激光掃描;BIM逆向建模;老舊城區(qū)改造;點(diǎn)云模型

1? 引言

老舊城區(qū)改造是社會(huì)進(jìn)步發(fā)展、城市更新中重要的一環(huán)，既是改善城市公共服務(wù)質(zhì)量，改進(jìn)市政基礎(chǔ)設(shè)施條件，發(fā)掘和保護(hù)城市歷史文化和社會(huì)網(wǎng)絡(luò)，使城市體系及其承載空間場(chǎng)所得到全面系統(tǒng)的修復(fù)、彌補(bǔ)和完善;又是小區(qū)整體品質(zhì)提升與城市規(guī)劃的有機(jī)整合;更是解決群眾生活的“難事”。老舊城區(qū)改造涉及小區(qū)建筑外立面美化、樓宇亮化、市政設(shè)施配套優(yōu)化，故其細(xì)節(jié)繁雜、需要精準(zhǔn)的基礎(chǔ)資料。傳統(tǒng)的全站儀測(cè)量方式在全面獲取建筑物的立面信息時(shí)工作效率較低，無(wú)法滿足舊城改造工程的需求。近年來(lái)，三維激光掃描技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用面與應(yīng)用點(diǎn)越來(lái)越多，而且其應(yīng)用也不再是獨(dú)立應(yīng)用，而是可以與其他技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，例如3D 掃描技術(shù)與BIM 技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用等，使其在舊城改造工程中得到了很好的應(yīng)用。

2? 3D掃描技術(shù)與BIM逆向建模技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1? 3D掃描技術(shù)

3D掃描技術(shù)是利用三維激光掃描儀沿建筑物、構(gòu)筑空間進(jìn)行閉合路線掃描測(cè)量，通過(guò)系統(tǒng)軟件對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)云拼接處理，點(diǎn)云拼接誤差在滿足精度條件下導(dǎo)出建筑物、構(gòu)筑空間三維點(diǎn)云模型，通過(guò)對(duì)點(diǎn)云模型應(yīng)用得出實(shí)際尺寸數(shù)據(jù)，三維激光掃描測(cè)量技術(shù)也稱為三維激光成圖技術(shù)。三維激光掃描是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新技術(shù)，被譽(yù)為“繼GPS技術(shù)以來(lái)測(cè)繪領(lǐng)域的又一次技術(shù)革命”。

2.2? BIM逆向建模技術(shù)

BIM 逆向建模技術(shù)，通過(guò)三維激光掃描儀獲得的點(diǎn)云模型數(shù)據(jù)或切片數(shù)據(jù)利用BIM軟件處理、分析，進(jìn)行逆向翻建revir建筑、結(jié)構(gòu)模型，將逆向翻建模型在次與點(diǎn)云模型再次進(jìn)行匹配分析誤差、修正數(shù)據(jù)，在滿足精度要求情況下導(dǎo)出建筑物CAD圖紙。

3? 實(shí)例應(yīng)用

寧海路片區(qū)環(huán)境綜合整治工程工程總承包項(xiàng)目位于南京市鼓樓區(qū)，項(xiàng)目改造在不改變建筑使用功能情況下，外立面做鋁板造型，使得立面整體統(tǒng)一，部分樓宇燈光亮化處理，基于以上情況設(shè)計(jì)與施工需要一手完整的資料。本項(xiàng)目采用法如公司生產(chǎn)的三維激光掃描儀Focus 3DX330進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)掃描，并采用配套數(shù)據(jù)處理軟件Scene 5.5.3進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接。法如設(shè)備信息如表1所示，整體工作流程如圖2所示。

3.1? 現(xiàn)場(chǎng)勘察及數(shù)據(jù)掃描如圖3-5所示

第一步：收集小區(qū)資料，現(xiàn)場(chǎng)勘察小區(qū)內(nèi)部情況，采集影像資料。

第二步：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選取控制點(diǎn)位置并標(biāo)記，測(cè)站位置選取。

第三步：3D掃描設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)工作。

3.2? 點(diǎn)云拼接

點(diǎn)云拼接是通過(guò)一定的約束條件將多站點(diǎn)掃描數(shù)據(jù)配準(zhǔn)到統(tǒng)一坐標(biāo)系中的過(guò)程，拼接完成之后將得到一個(gè)項(xiàng)目的完整點(diǎn)云。一般有兩種方式： 基于標(biāo)靶的拼接和基于點(diǎn)云的視圖拼接。本項(xiàng)目主要采用基于標(biāo)靶拼接，部分標(biāo)靶損毀站點(diǎn)采用基于點(diǎn)云視圖拼接。

點(diǎn)云去噪是一種點(diǎn)云優(yōu)化過(guò)程。在掃描儀的原始點(diǎn)云中往往包含若干對(duì)于成果處理有不良影響的點(diǎn)，去噪就是通過(guò)一定的處理手段，讓有效點(diǎn)保留，無(wú)效點(diǎn)刪除的過(guò)程。點(diǎn)云去噪可以通過(guò)Scene軟件刪除和Recap 工具處理。如圖6所示點(diǎn)云完整數(shù)據(jù)。

Scene軟件導(dǎo)出 .rcp格式三維點(diǎn)云與Revit軟件進(jìn)行交互、或者導(dǎo)出二維切片[4]與CAD軟件進(jìn)行交互。通過(guò)格式處理后的點(diǎn)云模型在與Auto desk公司旗下軟件進(jìn)行模型翻建、瀏覽使用、選擇處理等方面更加方便快捷。

3.3? 三維建模出圖

第一步： .rcp格式三維點(diǎn)云導(dǎo)入到Revit中調(diào)整平面與立面位置，參數(shù)設(shè)置。如圖8-9所示點(diǎn)云在Revit中繪制平面圖。

第二步：開(kāi)始翻建原始建筑外輪廓結(jié)構(gòu)柱、結(jié)構(gòu)梁、墻體、立面門(mén)窗、屋面。

第三步：導(dǎo)出平面、各個(gè)立面CAD圖紙，局部復(fù)雜位置出節(jié)點(diǎn)大樣和詳圖。

最終掃描成果包括平面圖和四個(gè)立面圖。如圖10-13所示（以A棟部分建筑成果舉例）

4? 結(jié)束語(yǔ)

在老舊城區(qū)改造過(guò)程中，通過(guò)采用3D掃描技術(shù)大大提升了外業(yè)的數(shù)據(jù)采集以及內(nèi)業(yè)繪圖的效率并避免了人工觀測(cè)容易造成的丟漏，通過(guò)采用BIM逆向建模技術(shù)解決了圖紙缺、漏、不準(zhǔn)確等相關(guān)問(wèn)題，避免施工中因未考慮因素對(duì)整體工期、整體效果的影響。3D掃描技術(shù)和BIM 逆向建模技術(shù)的結(jié)合能夠?qū)⒏髯缘膬?yōu)勢(shì)發(fā)揮出來(lái)，并且相互結(jié)合，在三維激光掃描技術(shù)對(duì)真實(shí)數(shù)據(jù)采集的高效率、高精度的基礎(chǔ)，發(fā)揮BIM 技術(shù)多項(xiàng)目開(kāi)發(fā)管理能力，大大提高了建筑工程的效率和準(zhǔn)確性，節(jié)約了開(kāi)發(fā)成本。利用掃描儀不僅可輕易獲取建筑數(shù)據(jù)還大幅度提高安全系數(shù)，擴(kuò)展了其利用價(jià)值，也為建筑行業(yè)反求建筑體量、逆向建模，提供了便捷的方法，具有高效的使用價(jià)值。利用點(diǎn)云模型通過(guò)逆向建模手段生成的模型也可以對(duì)其賦予信息，使之成為一個(gè)可以“生長(zhǎng)”的BIM 模型，進(jìn)而納入BIM 的多維信息管理中，借助建筑模型對(duì)建筑施工進(jìn)行信息化管理。

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