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Scan-to-BIM 激光点云的瘦身之旅

日期: 来源:宝略科技收集编辑:宝略CIM事业部

PART 01
三维激光扫描•Scan


三维激光扫描仪可以简单理解为一台超高速全站仪。全站仪在工作时只采集个位数的点,而三维激光扫描仪是将所有点应采尽采,构成不计其数具有点位坐标信息(XYZ)的数据集合,并采集激光反射强度(Intensity)和颜色信息(RGB)的点,这些点构成一个集合就像无数水滴构成云朵一般,扫描成果名称“点云”也因此而得名。
而SLAM扫描技术:SLAM (Simultaneous Localization And Mapping),是通过一台不断记录并更新自己位置的、采集所在范围内所有点的全站仪。实现即时定位与地图构建,或并发建图与定位;通俗的讲就是在移动过程中一边测量一边绘图,与“测绘”二字相呼应。

NavVis-VLX:背包式Slam三维激光扫描仪

NavVis-VLX:背包式Slam实时构筑地图



PART 02
建筑信息模型•BIM


建筑信息模型BIM(Building Information Modeling)是设施的物理和功能特征的数字表达。BIM相对与点云的表达具有巨大的优势:激光点云数据量大,不便于存储及展示,重点偏向于几何特征展示;BIM作为一种轻量级的建筑信息表达形式,不止表达建筑单元的位置关系与形状,也可录入相关构件的建设信息,在整个建筑物的全生命周期中可实现对各个部件的信息把控,为可靠的决策提供依据。
在设计和施工阶段,设计师在设计建筑时就可以先依据创建BIM的模型排查错误,在直观的3D视角下设计中各个部件之间的相互关系中存在的错漏将一览无余,建立三维模型的过程就相当于施工的过程的一次“彩排”,在“彩排”中发现问题,进而在实际施工中避免错漏与返工。


BIM模型中录入了构件的建设信息。设计单位、勘察单位、施工单位或是运营商都可以在BIM模型中新增、删除或者修改信息,实现了在建筑物生命周期内所有参与者之间的协同工作,更对建筑的竣工归档和后期运维奠定基础。
因此,BIM的价值体现在建筑的各个阶段,所有利益相关者都可以通过BIM来统筹工作,不论是从微观上处理建筑物部件之间的错漏,还是宏观上把控项目周期、了解整个建筑的现况等,BIM都可以提供解决方案。

某产业园BIM模型



PART 03
三维激光扫描-to-建筑信息模型Scan-to-BIM


Scan-to-BIM ,即通过三维激光扫描建立BIM模型,是BIM逆向建模的一种方式方法。该方法首先通过三维激光扫描技术采集点云,再根据点云测量关键梁板柱的尺寸,为正在施工或者已竣工的建筑进行BIM建模,将笨重的点云数据实现轻量化的表达。除此之外,三维激光扫描技术与BIM模型结合的主要应用还包括:施工监测及竣工验收,将三维激光点云和BIM模型放在一起对比,及时发现实际施工与设计阶段的差异;辅助装修与二次设计,为装修提供更方便快捷的尺寸量测方式以及更精准的现场效果。


(一)三维扫描协助BIM进行逆向建模


BIM逆向建模一般通过已有图纸进行;而在没有该建筑物图纸资料的情况下,通过三维激光扫描后根据点云提取建筑物的关键梁板柱从而逆向建立BIM模型是目前最高效的手段。
通过三维激光设备,采集建筑物完整的点云数据。以古建为例,外业采集不只是房间与廊道等,对于建筑物的所有内外墙以及房梁等隐蔽区域等要做到应采尽采。

通过三维激光扫描仪对建筑进行扫描

激光点云设备通常需要采集场所内所有物体保证相对静止,否则就会采集到过多噪声,例如当树木、人群等无法避免的噪声形成一定规模时会影响后续工作,这时候需要在点云中剔除噪声,再对建筑关键墙板柱进行剖面,测量出尺寸。

通过三维激光扫描仪得到点云

通过点云测量关键梁板柱尺寸

之后根据采集到关键墙板柱的尺寸与位置形状等信息,采用相关软件辅助建立对应的BIM模型。

逆向搭建的BIM模型 

在有特定需求时可对已有的BIM模型进行渲染,使其更加美观。

古建点云浏览图

渲染模型浏览图

(二)施工监测及竣工验收


BIM模型可以在施工阶段指导施工,相当于该建筑物的最终状态;三维扫描则可以在建筑竣工后描述真实现场,是建筑物实时状态。将两者进行对比,不仅可以在施工中及时发现错误进行更改,还可以在竣工对该建筑物的质量进行整体评估。建筑建成后,即使有原始图纸资料,利用Scan-to-Bim可以让BIM模型更符合实际修建完成的建筑,方便后期的运营管理。

楼板平整度复核

点云模型和BIM模型融合对比

在实际施工时通过对点云模型与设计BIM模型对比,施工偏差及施工质量分析数据一目了然。


(三)辅助装修与二次设计


扫描取得的点云模型以及Scan-to-Bim都可以提供直观及全面的原始室内原始设计数据,并都可以提供量测功能。在真实模型基础上进行量测的装修设计的效果图更加真实,还减少变更及返工。更可以提高施工精度与质量。

装修之前宝略科技

点云模型中进行量测设计与BIM模型中的装修效果图

装修之后宝略科技



PART 04
总  结


Scan-to-Bim将建筑信息模型和三维激光点云两项模型技术进行了衔接与升华,它以其高效、精准、成本低等优势迅速在建筑施工各领域得到广泛应用,但其模型质量受到了点云精度和扫描速率等影响。近年来随着科技不断发展,测量的精度和三维模型信息化达到了新的水平,Scan-to-Bim迅速崛起,必然会在建筑施工各领域以及未来的元宇宙世界中大展身手,让我们拭目以待吧!







Frame支撑起的Figma设计理念
基于空地融合的古建筑精细化建模
浅谈shapefile打开要素类失败那些事

作者 | 冯佳豪
部门 | CIM事业部

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