三维激光扫描仪在临街老旧建筑改造中的应用

三维激光扫描仪在临街老旧建筑改造中的应用

王兴

(徕卡测量系统贸易(北京)有限公司南京办事处，江苏 南京 211106)

一、引言

随着城市的不断发展，街道两侧既有建筑已不能满足现代街道商业化的要求，而两侧建筑立面上大小不一、颜色各异的广告位，以及因老旧或维护不当导致杂乱无章的居民楼和商铺，逐渐成为破坏街道整体形象的元素(如图1所示)。为了给城市人民提供一个整洁有序的城市环境，需要对城市进行整体规划，将临街外立面整体化、统一化、控制引导化。通过统一的色调、尺寸、规划设计，对街区内无序的临街商业广告、墙面、门面等进行整合或处理。

在改造前期，对这些建筑进行复杂的测绘和统计工作是主要任务。传统三维数据主要获取方式如GPS高精度定位、全站仪等，虽然其测量精度可以完成测绘的要求，但是，传统方式采集点位信息的工作量较大，人工参与度较高，具有一定的危险系数，对于大面积临街改造前期的测绘工作而言，传统方式的实施难度日益凸显，而三维激光扫描测量技术在该方面则具有明显优势。

图1　杂乱的临街老居民楼

三维激光扫描技术目前已被广泛应用于各个行业，如测绘、计量、应力分析、建筑、仿真分析、科考等，技术也趋于成熟，在各行业的工程案例中均有成功的应用。但是其在国内的应用目前还处于初级阶段。这主要是因为作为一种新的测量技术，其与传统测绘的结合，以及在测绘领域中的应用，还需要逐步摸索和优化，需要总结工程解决方案并形成一定的标准和规范；另外，作为新技术，虽然它具有替代部分传统测绘作业的可能，但在传统测绘领域的普及应用还需要一段时间。不过，随着三维激光扫描技术的不断发展和商业化的成熟，这种新技术的应用领域和范围也必定会不断扩大。

三维激光扫描技术采用非接触式的激光测量方式，无须反射棱镜，采集可见目标表面点云的三维坐标信息。在目标体积过大、扫描环境恶劣、人员无法到达区域的情况下，传统测量技术难以完成。高精度、高分辨率的三维激光扫描仪能对目标点描述细致，突破单点测量形式，人们可以通过丰富的点云来快速掌握建筑物体具体轮廓和外观。本文将展示利用徕卡P40三维激光扫描仪完成老旧临街建筑外立面扫描的工作。

二、徕卡P40三维激光扫描仪在临街建筑改造中的应用

1. 徕卡P40三维激光扫描仪

徕卡P40三维激光扫描系统是徕卡公司2015年全球同步推出的一款三维激光扫描系统，集C10的大扫描半径和外置相机功能、P20的超高扫描速度和8″水平垂直角精度、iPhone的HDR高质量照片成相技术于一身，是徕卡测量20多年研发三维激光扫描技术的智慧结晶。P40特点如下：

1) 扫描效率高。P40具有100万点每秒的扫描速率，能在很短的时间内获取复杂建筑外立面轮廓点云数据。

2) 续航时间久。全新GEB242电池保证P40超长续航能力，厂家标称的7 h续航趋于保守，按照实测，两块电池完全能支持10 h不间断外业扫描作业，为连续性扫描工作提供持超长续航时间保证。

3) 扫描半径大。在34%的低反射率的情况下扫描半径达到270 m有效值，对于远距离的建筑群，能轻松扫描，无须担心数据不足问题。

4) 内置256 GB的大容量固态硬盘；IP54防尘防水技术保证了仪器外业的可靠性。

2. 工程案例

本次项目现场位于广东省珠海市，珠海属亚热带海洋性气候，常受南亚热带季候风侵袭，多雷雨。4—9月盛行东南季风，为雨季，降水量占全年的85%。这种环境对于外业人员是一种考验，因此外业工作须快速高效完成。

由于需要改造的临街建筑群大多是在20世纪80年代末到90年代初期建成，在这种亚热带海洋性气候的作用下，建筑外立面被雨水浸泡严重，外加人们维护不当，导致珠海市大量此时期的住宅类建筑或商铺过于老旧，严重影响珠海城市面貌。

在改造前期，需要对建筑进行前期工程测绘，然后通过得到的测绘图纸进行工程预算和改造设计。一般临街改造一栋居民楼需测得建筑轮廓、窗户、空调外机、广告牌、防盗窗等信息，工作量较大，耗时长久。需要改造的建筑群零星分散，且外形差异较大，需要提供全部楼宇平面图及属性图。本次项目获得的点云数据如图2所示。

P40配套全新的Cyclone9.03软件，能切实解决点云拼接问题。9.03版本有全新的拼接功能，以往20站需要1.5 h才能拼合起来的数据，现在可能只要0.5 h。这个功能对于拼接精度要求不是特别高，而工期又很紧张的项目尤为适合。外业无须摆放或扫描标靶，只要在内业进行高速拼合即可，大大节约了外业时间，减轻了外业人员劳动强度。

图2　点云拼接成果

对于外立面改造，需要提供建筑外立面图。徕卡配备的Cloud worx for CAD 插件能很好地解决这一问题。在Cyclone软件的插件“Cloud worx for CAD ”中，可对建筑外立面进行高效绘制。为提高二维图纸绘制的准确性需要事先规范化操作，且需要双方遵循图纸绘制规范，这便于成果提交及后期查看和管理。

Cloud worx for CAD 插件是徕卡厂家自身研发的一款基于CAD软件的插件。使用这款插件无须导出任何中间格式的点云数据便可轻松在CAD软件中读取点云，且不会影响CAD运行速度。有了点云数据，测量人员就能在CAD中轻松地完成老旧建筑外立面绘制工作，无论是门窗还是空调外机和广告牌，都能轻松绘制出来，大大降低内业的工作强度，且绘制的精度和细腻度也能很好地加以体现。结果如图3所示。

CAD图纸生成后，改造设计单位即可了解建筑外立面具体状况，而利用测量人员提供的测绘图纸也能预估出工程量，也可为后期工程预算提供资料。

图3　临街建筑立面图

三、结束语

徕卡测量系统对于三维激光扫描仪新应用的探索一直在进行，可以预见的是，在不久将大量出现三维激光扫描仪的身影，在各行各业展现其无穷魅力。

(本专栏由徕卡测量系统和本刊编辑部共同主办)

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