BIM结合三维激光扫描技术在矿山建设施工测量中应用

唐 丽

（重庆建筑工程职业学院，重庆 400072）

利用BIM结合三维激光扫描技术可以完成矿山三维信息模型构建。模型的构建即是对矿山及其相关的地质数据等进行统一表现和管理，实现矿山的地址信息储存和使用[1]。常规的测量方法只能获取单点信息，而BIM结合三维激光技术的应用，为矿山建设施工提供了新型的技术指导。

1 BIM结合三维扫描技术的应用设计

三维扫描仪是基于三维扫描技术的测量仪器，其内有发射激光的装置，利用反光镜的迅速并且按照一定的顺序旋转，实现对测量区域的扫描，进而形成相应的地质信息模型。在实际矿山地质建设施工测量中，利用发射的激光从发射到回到仪器的时间来计算实际距离，同时使用编码器检测脉冲的相应角度，从而获取测量实物的三维坐标和形态。三维扫描仪器利用激光运行的时间计算出扫描仪与实际物体的距离为Qp，编码器可以测量脉冲水平方向和数值方向的扫描角度α和β，并使用者三个信息数据计算出测量区域的三维空间坐标。三维激光空间坐标计算公式为：

图1 三维扫描技术设计

三维扫描技术利用扫描仪器内部坐标，X轴在水平方向，Y轴在竖直方向，并且X轴和Y轴保持垂直，Z轴与水平方向的扫描面垂直，如图1所示。

2 BIM结合三维扫描技术在矿山施工中的应用流程

2.1 在矿山测量中的扫描工作

扫描工作共由布设、现场扫描、细节扫描、确定坐标组成。布设要实地考察测量区域周围的环境，按照扫描区域的位置、范围和应该获得的重要性质，从而确定测量站和发射芯片的数量和具体位置，确保能够全方位获得扫描区域信息尽可能缩减测量站点的数量，从而缩小对个测量站点信息交流中的误差[2]。根据矿山建设工程实际情况，共布设5个测量站点，每个测量站点有7个反射片分布。在选定的测量站点放置扫描仪，调节扫描仪到合适的位置，并与计算机连接起来，将扫描的区域实物形成影响并展示在显示屏上。并按照设置好的仪器参数实现现场环境的自动扫描。等到测量站点扫描完成后，细节扫描反射片，并选取反射片的中心位置作为标识，由细节扫描确定中心位置。待到扫描工作完成后，确定测量站点中的反射片坐标，为展示云数据坐标提供一定的基础，并利用GPS确定中心位置坐标。

2.2 建立三维数据模型

对于矿山建设施工测量时，需要数片点云收集现场信息数据，可以提高片点直接的交接速率，缩减噪声点的数量。一般常见的采样方式有分散采样、抽取采样等，由于分散采样和抽取采样不能有效地收集实物形态特征，在实际采集信息数据时容易导致实物的重要特征，所以其逐渐被法矢采集方法替代[3]。法矢采集方法应用流程如图2所示，利用法矢采集信息方法实现交接，此采集方法可以更大程度地保存点云的细小现象，也能够确保采集信息的准确性。

图2 法矢采集方法应用流程

对于采集到的信息数据进行计算方法共三种，即点与点、点与影响、点与扫描面。点与点计算方式较为简单，但容易造成点与点计算中出现部分极值；点与影响方式可以加快计算速率，然而交接准确度却太低；点与扫描面的算法的精确度最高，此类方法可以取代前两种算法，不容易导致部分极值的现象发生，但耗费大量的时间[4]。将点与扫描面以及点与影像融合在一起建立新型算法，不仅可以进行快速扫描实物环境和绘制实物影像，也能够充分发挥点与扫描面计算方法的准确优势，从而达到快捷、效率极高的目标。

在矿山建设施工测量过程中，难免会出现部分点之间的错误对应现象，为了避免此现象的发生，需要设定相关的判别标准。利用曲面限制方法和运动限制方法可以实现错误对应点的判断。曲面限制方法即为选用测量实物通过不同的角度对相同位置的弯曲程度、法矢等进行限制，该限制方法具有高精度的特点。同时采用对应点保持一致的原则，按照对应点之间恒定的距离准则进行限制，可以实现165个错误点对应的校验。

通过以上环节的筛选，即可获取最后的对应点集合，并选取最小二乘法计算点云的坐标系数实施交接。每个测量站点的云数据交接后，并与反射片的中心位置坐标结合，转化为矿山建设测量实物环境的大坐标。通过对矿山实地环境扫描结束后，可以获得现场的云数据，并建立相应的三维信息数据模型，从而构建矿山施工场地的地质模型并绘制矿山施工场地的地形图和地质图，进而实现分析矿山地质的稳定性。

3 结语

针对BIM结合三维激光扫描技术在矿山施工测量中的应用设计以及应用流程进行分析，由此可见此扫描技术具有快捷、准确等使用优势。保证矿区地质测量的信息数据准确性，可以极大地提高扫描技术的测量效率和质量。通过构建矿山地质数据模型，将矿区的开采图像、信息数据和开采形态统一管理，真正意义上实现对矿山施工活动的实时监管。

[1]王代兵,杨红岩,邢亚飞,等.BIM与三维激光扫描技术在天津周大福金融中心幕墙工程逆向施工中的应用[J].施工技术,2017,11(23):10-13.

[2]马兴胜,武杨,赵蕾,等.3D扫描技术与BIM技术在机电改造工程中的应用研究[J].施工技术,2017,08(S1):487-490.

[3]张国峰.BIM在建筑工程岩土勘察三维虚拟现实可视化中的应用[J].建筑技术,2017,48(3):275-277.

[4]赵亮.基于BIM的三维协同设计技术在煤矿设计企业中的应用[J].煤炭工程,2017,49(6):29-31.