于 雷，陳 秋

（唐山市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)研究院，河北唐山 063000）

作為建筑工程施工的重要組成部分，測量放線結(jié)果的準(zhǔn)確性關(guān)系后續(xù)施工作業(yè)能夠順利開展。隨著測繪領(lǐng)域的發(fā)展，測繪技術(shù)種類不斷增多，其中三維激光掃描技術(shù)具有很強(qiáng)的測量精度，并且非常適宜復(fù)雜環(huán)境條件下的測量，是現(xiàn)階段工程建設(shè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的先進(jìn)測繪技術(shù)之一。特別是還具有測量便捷與效率高等優(yōu)勢，非常適用于建筑立面等高難度的測量實(shí)踐中。

1 三維激光掃描技術(shù)的含義

作為一種實(shí)景復(fù)制技術(shù)，三維激光掃描技術(shù)本身是借助激光測距手段，通過對(duì)被測量物體表面大量離散點(diǎn)的相應(yīng)坐標(biāo)位置、紋理以及反射率等三位空間信息進(jìn)行高速測量與記錄的方式來講被測物體的空間、面、體等多種類型的三維模型進(jìn)行快速重構(gòu)，或者完成專門制圖數(shù)據(jù)測定的一種高效的測量技術(shù)。與此同時(shí)，基于測量所獲取的測繪數(shù)據(jù)可以用來對(duì)有關(guān)模型或圖紙進(jìn)行快速還原，所以非常適應(yīng)于完成某些修復(fù)類的工作。比如建筑規(guī)劃領(lǐng)域、住宅工程建設(shè)領(lǐng)域、文物遺址保護(hù)及修復(fù)領(lǐng)域、交通事故責(zé)任認(rèn)定領(lǐng)域、自然災(zāi)害評(píng)估領(lǐng)域等等，這些都可以借助三維激光技術(shù)的有效運(yùn)用來確保相應(yīng)的項(xiàng)目操作擁有可靠的測繪數(shù)據(jù)支持。

2 建筑立面施工中三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

立面施工是建筑施工的重要組成部分，也是施工難度比較大的一個(gè)施工環(huán)節(jié)，具體主要表現(xiàn)為立面施工涉及的施工工序?qū)κ┕y量基準(zhǔn)線的準(zhǔn)確性具有較高要求，否則容易對(duì)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的豎向穩(wěn)定性帶來不利影響，所以在建筑立面施工過程中一個(gè)關(guān)鍵的施工作業(yè)環(huán)節(jié)就是要對(duì)建筑立面施工做好測量放樣工作。在以往的建筑立面施工過程中，主要采用的測量方法與手段包括工程測繪方法、手工測繪方法、近景攝影測量方法等，如手工測量方法主要是借助掛齒、腳手架針等來對(duì)屋脊、墻體以及檐口等部位進(jìn)行測量，以獲取建筑物的高度與長度等可靠、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，或者借助免棱鏡全站儀來對(duì)三維建筑物坐標(biāo)進(jìn)行測量，之后配合CAD軟件來對(duì)建筑立面圖進(jìn)行繪制，以此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)立面測量數(shù)據(jù)的有效測定，整體測量結(jié)果可靠性高。

相比于這些傳統(tǒng)的測量方法，三維激光掃描技術(shù)這種先進(jìn)測繪技術(shù)主要具有如下方面的突出優(yōu)勢及作用：①對(duì)所測目標(biāo)具有比較低的要求?；谌緝x，借助反射棱鏡測量坐標(biāo)的方式需要在棱鏡能夠折射到的位置處防治被測物體，這時(shí)候如果測量人員無法所測位置處比較危險(xiǎn)，那么就不適宜使用該種測繪技術(shù)。而三維激光掃描技術(shù)可則可以有效解決以上涉及的測量問題，可以實(shí)現(xiàn)不接觸被測物體的狀態(tài)下開展測量操作。如果測量現(xiàn)場不適宜人員現(xiàn)場測量，或者現(xiàn)場地勢條件比較復(fù)雜，可能會(huì)存在遮擋視線的情況，那么都可以借助該種掃描測量技術(shù)來及時(shí)獲取現(xiàn)場測量的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，相應(yīng)的測繪結(jié)果準(zhǔn)確性也會(huì)大大提升；②對(duì)觀測條件與環(huán)境具有比較低的要求。全站儀應(yīng)用中需要借助棱鏡瞄準(zhǔn)開展作業(yè)，所以對(duì)測量環(huán)境的光亮程度要求相對(duì)比較高，但是這種全新技術(shù)可以用于全天候觀測及測量；③具有比較高的測量精度。三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用下的測量定位結(jié)果精度達(dá)到毫米級(jí)，可以滿足建筑立面測量工作的精度要求；④具有豐富的測量數(shù)據(jù)獲取量。全站儀僅能夠?qū)τ邢迶?shù)目的特征點(diǎn)的位置信息等進(jìn)行測定，但是基于三維激光掃描技術(shù)的靈活應(yīng)用則可以實(shí)現(xiàn)極高的采樣速率，相應(yīng)觀測目標(biāo)具有比較多，所以可以更加細(xì)致的描述所觀測的目標(biāo)。此外，鑒于建筑立面本身的工期比較緊，并且測量工作可能會(huì)對(duì)城市車輛及行人帶來一定影響，這時(shí)候傳統(tǒng)的測繪技術(shù)效率低。但是如果可以靈活應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)，那么可以快速、高效地掃描及測量建筑立面，這是傳統(tǒng)測量技術(shù)所無法比擬的巨大應(yīng)用優(yōu)勢。

3 三維激光掃描技術(shù)在建筑立面施工中的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)

在應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)測量建筑立面過程中，需要嚴(yán)格按照“先外業(yè)，后內(nèi)業(yè)”的流程開展施工測量作業(yè)。鑒于不同掃描儀具有不同的作業(yè)方式，但是它們大都需要按照整平、定向與掃描這一流程開展測量作業(yè)。在同一坐標(biāo)系中拼接點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)批量導(dǎo)入數(shù)據(jù)，這樣可以降低因?yàn)闇y量人員主觀意識(shí)問題或者野外作業(yè)工作量過多等造成的作業(yè)偏差問題。而借助三維激光掃描技術(shù)測量立面中，首先需要采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)，相應(yīng)的要點(diǎn)如下：要做好建筑立面施工現(xiàn)場的實(shí)地勘查工作，結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際情況來科學(xué)地對(duì)掃描的各個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)布設(shè)。鑒于立面測量中不需要進(jìn)行連續(xù)測量，所以這樣可以降低立面測量的難度，提高其整體測量的質(zhì)量與效率。而在野外立面測量實(shí)踐中，可以結(jié)合三維激光掃描的角度及距離來對(duì)各個(gè)掃描的站點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)布設(shè)，并且一般在中心位置處進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集點(diǎn)布設(shè)，力求可以更好地提高整體采集數(shù)據(jù)的可靠性與準(zhǔn)確性。但是如果所測建筑高度有所不同，那么在引入三維激光掃描技術(shù)過程中可以借助不同梯度來對(duì)掃描的高度進(jìn)行確定，并且本著循序漸進(jìn)的原則來獲取相應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

基于數(shù)碼設(shè)備具有比較高的分辨率，在保證測量要求滿足規(guī)定要求的基礎(chǔ)上，要注意盡可能多選一些角度來獲取建筑立面數(shù)據(jù)以及紋理數(shù)據(jù)等。其中繪制建筑正立面中非常關(guān)鍵的數(shù)據(jù)之一是紋理數(shù)據(jù)，但是在開展野外測量過程中需要注意盡可能地展現(xiàn)出建筑立面特征，力求可以直觀地展現(xiàn)出建筑物的外表特征。此外，在獲取建筑立面的數(shù)據(jù)期間，還要注意構(gòu)建相對(duì)比較完善的掃描測量控制網(wǎng)，保證其預(yù)設(shè)精度的準(zhǔn)確性，這樣才能更好地控制最終立面繪圖結(jié)果的準(zhǔn)確性，如可以設(shè)置兩級(jí)布網(wǎng)方式作為控制網(wǎng)。與此同時(shí)，還需要依據(jù)拐點(diǎn)與樓層來對(duì)一些低層單棟建筑進(jìn)行劃分。而在測量那些具有高測量精度的復(fù)雜樓層信息數(shù)據(jù)過程中，可以靈活地應(yīng)用精細(xì)掃描法、多次掃描法、間隔采樣法等多樣化的掃描手段與方法，保證可以極大地提高數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)確率和效率。但是要結(jié)合實(shí)際的建筑立面施工需求，并要保證數(shù)據(jù)獲取的精度滿足實(shí)際的使用要求和規(guī)定。而一旦獲取的建筑立面施工數(shù)據(jù)存在誤差，那么會(huì)對(duì)后續(xù)的數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用帶來不利影響。

3.2 處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)

在獲取充足及準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，需要及時(shí)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行合理處理，主要要點(diǎn)如下：

（1）配準(zhǔn)點(diǎn)云作業(yè)。需要借助專用軟件來處理獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。如果僅僅借助該種測量技術(shù)是無法對(duì)建筑立面外貌進(jìn)行直觀了解的，加上不同掃描站點(diǎn)所獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)位于不同坐標(biāo)系當(dāng)中，所以為了提高所獲取測量數(shù)據(jù)的可靠性與精準(zhǔn)性，要注意及進(jìn)行配準(zhǔn)點(diǎn)云這一基本操作。此時(shí)一般可以借助RieglVZ-400和Riscanpro軟件來對(duì)所獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)開展拼接處理，可以分成粗略配準(zhǔn)和精準(zhǔn)配準(zhǔn)兩種情況。其中前者無法準(zhǔn)確地確保所獲得測量數(shù)據(jù)結(jié)果的準(zhǔn)確性，厚澤則可以配合Pro軟件來對(duì)點(diǎn)云位置進(jìn)行精準(zhǔn)確定，這樣可以為后續(xù)的模型生成提供可靠、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

（2）生成云模型。在點(diǎn)云配準(zhǔn)之后，所測數(shù)據(jù)可以集中于同一個(gè)坐標(biāo)系當(dāng)中，借助去噪平滑處理來對(duì)所獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理，并科學(xué)構(gòu)建點(diǎn)云模型。鑒于野外測量多在夜晚開展，掃描儀所獲取的物體信息中包含有許多不需要用于點(diǎn)云模型構(gòu)建的數(shù)據(jù)，如綠地、光照及行車等噪點(diǎn)。這些噪點(diǎn)的存在不僅會(huì)增加數(shù)據(jù)處理的難度，也會(huì)對(duì)地物特征判斷準(zhǔn)確性帶來不利影響，所以要注意做好去噪處理工作來減少車流量或人等因素對(duì)測量帶來干擾或其他不利影響，大大提高了野外數(shù)據(jù)采集結(jié)果的準(zhǔn)確性。在去噪中，可以采取人工方式來進(jìn)行去噪處理，并將不必要數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)剔除，這樣就可以在Geomagic當(dāng)中輸入處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

3.3 繪制建筑立面圖

該測量技術(shù)有比較高的數(shù)據(jù)采集精度，所以需要在保證所獲取運(yùn)輸局精準(zhǔn)性的基礎(chǔ)上開展建筑立面圖繪制作業(yè)。通過有機(jī)結(jié)合點(diǎn)云立面圖和數(shù)字影像，可以準(zhǔn)確地將建筑的外立面繪制出，尤其是可以將建筑的特征進(jìn)行生動(dòng)刻畫與直觀呈現(xiàn)，從而可以更加有效地展現(xiàn)出建筑物的整體立面情況。與此同時(shí)，由于三維激光掃描技術(shù)涉及比較大的數(shù)據(jù)量，但是CAD加載中涉及比較少的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，這就需要在實(shí)際的作業(yè)實(shí)踐中采取切割機(jī)簡化的方式處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并將它們錄入到Geomagic軟件中，在經(jīng)過切割處理和簡化處理之后以DXF格式輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)。然后可以借助CAD軟件來繪制建筑的立面圖，期間需要結(jié)合具體的建筑工程建設(shè)及施工現(xiàn)況，采取動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)思路來對(duì)相應(yīng)坐標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)化調(diào)整與合理變更，力求可以使各個(gè)斷面的內(nèi)容進(jìn)行完整、直觀地展現(xiàn)，這樣可以大大提高了建筑立面圖的繪制效果。

總之，三維激光掃描技術(shù)可以高效支撐建筑立面施工過程中相關(guān)立面數(shù)據(jù)測量，有利于極大地提高相關(guān)立面數(shù)據(jù)測量結(jié)果的準(zhǔn)確度與效率，并且極大地降低了相應(yīng)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，相應(yīng)的測量消耗總成本較低。但是實(shí)際的建筑立面測量實(shí)踐中要注意嚴(yán)格按照規(guī)定的測量流程及要求等，切實(shí)做好對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集與處理，科學(xué)地進(jìn)行建筑立面圖繪制幾個(gè)關(guān)鍵的測量工作，保證最大程度提高立面測量結(jié)果的準(zhǔn)確度。