BIM+点云三维激光扫描技术应用分析

本文转自：兰天brian

写在前面

图1：某项目点云倾斜摄影拍摄建筑现状

建筑行业的转型升级已经成为趋势，基于BIM的数字化、智能化、装配化的产业技术已经逐渐推广到行业内的各个角落。从设计施工到竣工运维，可以说BIM技术无处不在发挥其重要作用。借助技术的力量，我们将目光转移到测绘领域，在产业升级的大背景下，测绘领域的工具和技术也跟着水涨船高。点云（Point Cloud）三维激光扫描技术也随之映入眼帘，那么问题来了，什么是点云？它的工作流程是什么样的？如何将技术应用的实际项目中？

图2：莱卡BLK360设备

谈到点云技术，首先联想到的是科幻电影中的场景：机器人扫描搜索太空中生命体。而今科技的进步迅速，技术已经应用到实际的生活中，我们通过实际的项目，讲解点云技术在实际项目中的尝试和应用，本文意在结合实际工程，阐述基于BIM的点云技术在实际项目中的应用，即：总结技术升级；工作流程分析；阐述项目应用点；分析应用过程中的优缺点等。

图3：科幻电影剧照

什么是点云三维激光扫描技术？

什么是点云三维激光扫描？三维激光扫描技术是利用激光测距仪的原理，通过记录被测物表面大量密集的点坐标、反射率、纹理和全景图等信息，通过计算机辅助计算，形成的三维空间点云模型。

我们可以先回顾一下上一代测量技术，例如：水准仪、经纬仪、全站仪等测量设备都是基于二维平面，进行项目的勘察和施工过程中的测绘，从技术上来说也可以达到毫米级的精度，但是缺少三维的参照标高，这就给实际项目增加了痛点。

图4：三维扫描某建筑物

点云技术的出现，打破了技术壁垒。点云-Point Cloud，拥有单个空间三维坐标，这个参数被称为一个点，大量空间三维坐标的集合被称之为点云。三维坐标通过色彩及反射强度等信息对空间信息进行表达，而且点云具有空间不可代替的特性。随着技术的发展，运用点云表现空间信息的方式将成为我们生活中的一部分。

三维激光扫描工作流？

现场数据的采集，是点云前期的重要工作，点云数据的精度取决于仪器精度，大概两分钟一个数据塔位；数据采集很快呈现在手持设备中进行校对，数据转码后可以导入到电脑或者BIM软件中使用。

得到一手的点云数据后，可以导入到BIM软件中的A1点进行校对工作，层高、轴网、梁板柱及建筑基础信息的校对可以开展。点云是设计的一个辅助工具，也可以像剖切模型一样轻松可见平面、剖面、三维等视角。在施工阶段进行激光扫描具有许多优势，尤其是能够通过覆盖区、立面、剖面和3D模型，快速根据初始设计和计划检查项目进度的能力。

图5：点云扫描设备

通过反复的实践与探索，目前，根据不同应用领域的需求，点云已经应用到工程的方方面面，例如：地质勘探、无人机测量、放射性勘察、文物考古、古建筑修复、旧房改造等领域。新技术的运用解决了环境受限问题，例如：环境安全隐患；或者测量对象不易触碰等环境壁垒。对传统测量技术进行了升级的同时，还打破了效率低、信息难全、测量误差等传统行业痛点。

改造项目中点云现状实测

可以说房屋的改造项目中测量一直是个难题。难点在于，现状与原始设计图纸不一致，以至于图纸无法提供现状建筑的设计基础信息；面积与场地受限，大空间建筑是无法完成实际手工测量的；测量仪器精度不准确，以至于测量数据起不到参照作用。

图6：手持设备点云数据照片

点云技术，能够在虚拟环境对建筑物进行可视化处理，使业主或设计团队能够实景测试设计方案，并了解影响决策的因素。通过我们在实际项目中的应用，点云导出rpc格式文件可以直接输入到BIM模型中，点云数据水平与竖向剖切可以直接作为模型的参照点。

图7：现状测量后点云模型

激光扫描可以快速交付已建成模型的数据，而数字化模型对于设施管理，商业的不断改造适应租户需求。模型数据更加接近现状，数据更加的精准，以及数据与模型互通等优势，使得点云技术更加的方便应用。

新建项目中设计模型与竣工模型比对

新建项目与改造项目不同，新建项目在建造过程中有大量的设计变更。激光扫描具有节省时间和成本的巨大潜力，尤其是在应对施工现场的困难或繁琐复杂条件时，其可提供一个与真实现场一致的数字化模型供各方讨论研究。借助点云技术的优势，点云扫描建筑模型可以与竣工模型比对。

优点在于，三维全透析模型与实际设计模型重叠与否碰撞可见；缺点也是显而易见，由于点云数据是借助光谱照射生成的点，也就是说照射不到的位置是无法生成参照数据点的，例如：吊顶内的设备，需要在吊顶完工前进行设备扫描，如果吊顶有遮挡，点云技术也无计可施。

图8：竣工模型与设计模型比对

文物保护项目中点云复原

在古建筑修复项目中，可以通过点云参照点新建模型；在旧房改造项目中也可以比对模型。现场测量一直是房建领域文物修复中的一个重要技术难题，经验在传统古建筑大雄宝殿的旧房修复中得。难点有建筑年代久远，图纸无存档；建筑高大结构复杂；斗拱构件特殊无法测量。

图9：点云古建筑

在点云的技术支撑下，测量与修复不在是个难题。建筑立面与线脚构造很快呈现在建筑模型中，成为建筑修复与翻新的重要设计依据。另外，点云技术也有助于电子存档，相比蓝图更容易查找与存储。

总结

综上所述，点云技术应用涵盖房建领域的设计、施工和改造等过程中，拥有减少人力、节省时间、避免后续现场变更带来的成本浪费、可以同步BIM模型中、完美三维呈现等优势；也拥有光谱照射面的限制的短板问题。新技术的出现伴随着市场接受程度，以及新旧技术交替的过程，在智能建造以及装配式等BIM技术推动的大浪潮下，点云技术已经应用到了旧房改造项目、新建项目竣工模型比对、以及古建筑修复等多个领域。未来可期，跟上时代的步伐也是新一代智能建造工程师的使命。