现场扫描结合BIM技术在工程实施中的应用

时间：2018-03-13 23:11:28 来源：

李亚东，吴天华, 郎灏川

(上海建科工程咨询有限公司，上海，200032)

摘要：本文首先将目前常见的2种现场扫描技术，即三维激光扫描、全景扫描2种方式进行对比分析，从而提出适合于BIM工程实施的现场扫描方式。本文分别对两种扫描方式在工程中的应用提出了实施方案，结合案例对扫描的应用效果进行分析总结。

关键词：三维激光扫描、全景扫描、BIM实施

近年来工程信息化不断发展，3D建筑建模的技术越来越成熟。尤其是随着建筑信息模型(BIM)技术的提出，3D建筑模型中又能够被赋予诸如进度、投资等信息，形成4D乃至5D的BIM模型。换言之，BIM技术的推广，使得建筑图纸更加直观，具有了生命。但是在工程实施阶段，如何能够将BIM模型利用于现场管理和推进，就需要有效的手段作为辅助。

基于这样的背景，扫描技术能够成为有效连接BIM模型和工程现场的纽带。它能够有效地、完整地记录下工程现场复杂的情况。本文将通过2种扫描技术的对比，提出该技术应用于BIM工程实施的一些探索思考。

1 现场扫描技术概况介绍

随着信息技术和测量技术的不断发展，目前开始逐步应用于工程领域的主要有2种扫描方式，即三维激光扫描和全景扫描。

1.1 三维激光扫描定义

三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此可以用于获取高精度高分辨率的数字模型。它通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据。

1.2 全景扫描定义

全景扫描是通过用成像设备(目前通常采用高像素数码相机)采集一系列图像序列，再经过软件对图像进行匹配拼接，最后融合成一张显示全部图像内容的“超级图像”，可以视这个“超级图像”为全景。“超级图像”含测量数据及坐标数据，可直接与BIM模型、其他同视角“超级图像”进行对比。

1.3 扫描技术简略对比

表1 三维激光扫描与全景扫描方式简要对比

Table 1 Contrast between 3D laser scanning and panoramic canning

对比项目	三维激光扫描	全景扫描
技术原理	点云实景复制	像素测量、全景拼接
扫描精度	2mm	无法体现精度
软硬件需求	高精度激光扫描仪	单反相机、便携移动终端
输出模式	空间点云数据	全景照片、视频
与BIM模型交互方式	半自动转换BIM模型	无法转换BIM模型
与CAD模型对比	可以与CAD模型进行比对	不能与CAD模型进行比对
扫描仪器投入	激光扫描仪130万元/台	单反数码相机2万元/台
扫描环境要求	环境要求较高，需清场	视野内需无人
数据处理时间（数据量）	较长（数据量大）	实时（数据量小）
数据处理结果浏览方式	可转换dwg格式等，与navisworks兼容	自带软件浏览

由表1可以看出，两种扫描技术各自具有鲜明的特点，主要综述如下：

(1) 三维激光扫描的优势主要在其扫描精度以及与BIM模型的便捷比对。在理想的扫描条件下，其扫描精度可达到2mm，基本能够与全站仪等工程测量仪器精度相比。同时，三维激光扫描仪生成的点云数据可以直接转换成为BIM模型；

(2) 全景扫描的优势主要在于其全面、直观、便捷的输出方式，以及相对于三维激光扫描的低成本投入。

2 现场扫描结合BIM技术的实施要点

2.1 传统模式下工程现场的关注重点

在传统的工程实施中，现场工程师通常采用测量、记录、统计、对照对比等技术手段，对工程现场信息进行采集、记录和统计分析。工程现场的日常工作关注重点主要包括：

(1) 实测实量：工程实体施工的过程检查、验收等过程，包含大量地实测实量要求，通常采用全站仪、水准仪、经纬仪、尺等专业仪器进行测量。生成的记录则作为判定工程质量、或是进入到下一道工序的依据。

(2) 材料设备管理：记录工程材料(原材料、半成品、成品)和设备的现场外观检测及取样复试等情况、性能指标数据、品牌型号等关键信息。此外，鉴于材料设备质量对工程整体质量的影响，检测送检的合格情况也是需要控制的关键内容；

(3) 现场管理：对于现场的各种情况，必须有完整的记录管理，如材料进场和使用、各专业队伍之间的工作面移交、现场形象进度等内容；

(4) 其他信息管理：诸如设计变更文件、施工方案等技术文件审核、分包单位资质审核及管理、作业人员、动火审批等管理文件内容。

2.2 扫描技术对于工程实施的应用要点

当扫描技术与BIM技术进入我们视野的时候，它们给现场带来最大的便利即是工程信息数据的整合管理，主要可以包含于以下4方面功能。

(1) 两种扫描方式的数据采集

三维激光扫描技术无疑是实测实量数据采集的有效方式。在保证扫描精度的前提下，通过扫描的方式，可以对选定的工程部位进行完整、客观地采集。

全景扫描技术的数据采集主要体现在现场工作的记录方面。虽然无法体现精度的要求，但可以反映一切与检查验收相关的相关信息，例如：检查验收的时间、部位、表观质量、形象进度等。

(2) 三维激光扫描的数据应用

三维激光扫描生成的点云数据，经过专业软件处理，即可转换为BIM模型数据，进而可立即与设计的CAD模型、BAM模型进行精度对比，寻找施工现场与设计模型的不同点。

(3) 全景扫描的数据应用

在全景扫描所生成的现场全景图中，能够通过外部信息导入(例如：手动输入、外部设备输入、数据库转录等)方式，汇总现场工作需要的各项关键信息。

(4) 统一的数据管理方式

经过数据的采集与转换后，现场情况可以很完整的以BIM模型、点云模型或全景的形式在统一集成的信息平台中整合，并根据现场工程师需要开展相关管理工作。

表2 两种扫描方式的应用要点

Table 2 Application points of the two scanning methods

应用功能	三维激光扫描	全景扫描
扫描数据采集	采集精度要求高的测量信息	采集现场全景信息
扫描数据应用	进行实测实量数据比对	直观掌握现场信息
统一数据管理	导入数据库进行管理	导入数据库进行管理

3 扫描技术在工程中的应用策划

在某超高层建筑的建造过程中，已经在设计及施工阶段引入BIM建模技术。在此基础上，可将扫描技术应用于该工程中，主要策划和开展的工作如下。

3.1 总体策划思路

跟随施工进度，分别采用2种不同的扫描方式，将现场施工部位的实体信息、以及现场工程师的工作信息记录到统一的管理信息系统中，并据此展开相关的进一步工作。

3.2 全景扫描应用范围

(1) 工作面扫描

利用全景扫描技术，在每一个标准层施工的3个不同时间节点：钢结构吊装完成、混凝土浇筑完成、机电管线安装完成，分别对整个工作面进行扫描，生成阶段的全景图形，并可与BIM模型进行对比(图1)。

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