建筑工程中3D扫描测量与BIM技术的应用探讨

陈 祥 王 烨 王飞朋

（1. 中铁第六勘察设计院集团有限公司，四川 成都 610000； 2. 运城职业技术学院，山西 运城 044000）

3D扫描测量可谓是现阶段建筑工程领域在GPS、RS等技术之后的一大技术创新，具有自行测量、采集与处理数据，实时生成与传送点云、3D图像，数字化基础数据同享等功能。就BIM技术而言，是推动国内建筑业高速步入信息化时代的关键支撑，以其为基础的建筑工程信息化建设极为重要，可改善项目生产效率，强化工程建造质量，将其与3D扫描测量相结合，可为建筑工程更好地发展提供有力支撑，不仅能对原始现场资料存档，基于现场数据高速逆向建模，还能对施工质量加以比较等，对国内建筑业的可持续性发展大有裨益。

1 3D扫描测量与BIM技术概述

在经济社会、科学技术蓬勃发展的背景下，3D扫描测量技术有了一定的进步，其属于高新技术之一，从以往的单点式收集数据发展演变成了自动连续获知数据，该技术可谓是整个三维数据获知与重构技术体系内的新兴技术，还被叫作“实景复制技术”与“高清晰测量”，在工业制造、医学、军事等领域获取了极为广泛的运用。特别是在建筑业信息化、工业化建设日益深化的背景下，该技术在建筑工程领域的应用愈加频繁。

就BIM技术而言，在国内已具备一定的发展时间，现阶段该技术正处在高速发展与深度运用时期。该技术即建筑信息模型，其中B表示Building，寓意所有土木工程建设项目；I为Information，不单单表示信息传输，也囊括信息在建筑整个生命周期内所有单位以及流程之间的“互用”“集成”；M即Modeling，囊括静态的Model与动态Modeling以及对应的管理Management。其是囊括了构建和管理设施物理以及功能特征的数字化表述过程，在此期间形成的所有建筑信息模型即可以分享的知识资源，为设施由刚开始的概念阶段至设计、施工等整个生命周期内的决策提供支撑。

3D扫描测量和BIM技术的有效结合，可为BIM技术在工程施工中的运用予以支撑。在这一阶段，把BIM模型在现场管理中运用应借助集成有效的技术方式为基础，恰好3D扫描测量技术能对工程施工现场的繁杂情况有效记载，并与BIM模型加以比较，能为建筑工程质量检测、验收予以帮助。

本文提到的3D扫描测量和BIM技术的结合具体表示针对BIM模型以及与之有关的3D扫描模型实施模型比较、转换以及协调，以此为建筑工程的质量检验、迅速建设模型、缩减返工率提供帮助。当前，3D扫描测量和BIM技术的集成在建筑工程管理方面的运用囊括：工程质量的检验、建筑物的改造、变形监测等。在3D扫描测量和BIM技术蓬勃发展的今天，两者位于建筑工程领域的运用势必不断加深，为建筑工程事业的发展提供助力。

2 建筑工程中3D扫描测量与BIM技术的应用

BIM技术不但为模型结果，也可视为是过程与各方的协同。但工程建造时，这一具有项目指导与虚拟施工作用的BIM模型，通常未对现场繁杂的因素予以关注，难以为工程施工进行正确引导，如何让其更好地在现场管理中运用，为工程建设顺利实施予以支撑， 便需借助相应技术方式。 对此，我们尝试将3D扫描测量与BIM技术相结合。

2.1 对原始现场资料进行存档

3D扫描测量技术可谓是对建筑工程实测实量数据有效收集的最佳手段，不但具备较好的扫描精度，还能对既定工程部位以及关键位置的数据进行有效采集，并转换为电子资料进行存档。

2.2 现场数据高速逆向建模

现阶段，建筑工程领域内对BIM技术进行利用的往往都是大规模、工程繁杂抑或施工较为困难的工程项目抑或政府项目。伴同政策推进，BIM技术获取了更进一步的发展，模型库日渐完善，行业标准初步构成，其运用范围得以扩张，该技术开始在更多的工程项目中运用，且被项目参与方接受与认可。然而，实践操作时，因被成本管理、市场运作等因素干扰，使其运用通常是划分阶段运用，在某阶段具备应用需求时，不具备前期的BIM工作为支撑，便应利用3D扫描测量技术对建筑实体扫描，实施逆向建模。

就环境繁杂的深基坑项目而言，不管是基础设计抑或维护结构的设计均需具体且精确的地貌资料，但以往的测绘方式因选择了离散单点收集三维坐标的方式，具有测点有限、精度不高等不足，难以与设计精度、工程进度所提需要相一致的特点。这就可对3D扫描测量技术加以利用，其经由选择适宜的站点、位置以及数量，明确扫描路径，从多个角度入手对实体建筑加以扫描，获知点云数据，并经由软件对获知的数据实施预处理、云数据拼接，在坐标校正后把相关数据传输至地理坐标内，实施三维建模，为之后的工程设计规划、构建BIM模型予以支撑。

2.3 施工质量的比较

BIM技术能为工程项目整个生命周期的决策予以支撑，然而因项目建造较为繁杂，设计变更、施工问题等会使实际施工和BIM模型具有差异，难以有效体现施工效果。而经由3D扫描测量的利用，能获知点云数据，在软件处理以后能转换成BIM模型数据，存在较强的现实意义及指导功能。而后与构建的BIM、CAD模型实施精度比较，明确工程现场数字模型和设计模型具有的差异，保证施工更为高效、可靠，从而获知工程状况，变革了以往施工现场误差复核模式，缩减了因工程施工技术、操作匮乏规范性等所致的工期延缓、成本增加等现象，使设计模型与工程实际状况更贴合。

就结构、造型繁杂的大规模幕墙安装工程来看，以往的安装方式需借助全站仪等针对建筑实施整体测量，明确结构尺寸，且依据单位幕墙绘制垂直与水平控制线，保证标高、轴线统一，并重复检验、审核，不但浪费时间且效率不高。而经由3D扫描测量采集数据、整理与分析，对结构尺寸进行复核，能给幕墙优化设计给予准确数据，并经由3D扫描模型和BIM模型的整合，能再一次对幕墙设计的精确性进行复核，从而更好地指导工程施工。

2.4 工程进度追踪、质量检测

以往的工程进度追踪、质量检测通常选择抽样检测方式进行，对投资规模大、参建方多、管理较为困难的大型工程来看，既浪费时间，也不具备较高的效率。但经由3D扫描测量与BIM技术进行全数检查，能规避抽样检测具有的随机性，确保数据可靠、精确，可改善质量检测效率与效果。对监理工作者而言，缩减了工作难度，如某些高风险、费时性测量工作能经由扫描进行，在工程现场进行扫描仪后，可在后台具体分析、比较，获知工程实际建设情况，且变革了项目参与方的交流模式，经由音视频取缔文字、数据信息。可见，3D扫描测量和BIM技术的应用促进了建筑工程创新发展， 让质量管理开始面向精细、 信息化方向行进。现阶段，两者地结合在对大规模建筑工程中的墙等结构建造精度检测时获取了广泛运用。

2.5 运维管理

建筑工程在历经规划、设计与施工环节，投入一定的资金以及时间以后，工程预期效益便会在运转阶段实现。就运维阶段而言，维护修缮以及改建所需投入的成本在建筑工程整个生命周期成本中的占比通常在80%之上，如果由经济层面来看，对这一阶段的成本进行缩减极为必要。就BIM的运用来看，对结构繁杂且功能多元的建筑，3D扫描测量给BIM技术的运用给予了支撑，能为管理人员更好的管理现场、设备、成本予以帮助，对资源进行优化配置、高效利用，缩减运维资金。

3 典型应用案例

3.1 装配式建筑安装和质量监测

3D扫描测量和BIM技术能在工程质量检测以及装配式建筑预制构件的安装中运用，经由数据比较分析，能获知工程现场施工和设计图纸具有的差异，从而更好地引导结构安装、检测构建，保证装配效果。譬如深圳机场T3航站楼，其可谓是我国第一次利用3D扫描测量进行幕墙安装施工的工程项目，基于起始点构建首级平面控制网，并在其中实施控制点的二、三级加密，高程选择四等水准布控，实测钢结构以及幕墙节点对应的三维坐标传输至设计工作者，对结构特征点对应的单位坐标进行提取，结合各级测量控制点并借助全站仪把相关坐标置于设计位置以便施工运用，保证测量、施工精度与要求相符。

建筑工业化项目施工对3D扫描测量与BIM技术进行利用，先借助BIM软件针对工程项目整体与相关部分实施设计，PC构件厂以BIM模型与相关数据为基础对各层所需墙板、梁等“零件”进行生产，最后验收工作者经由3D扫描测量技术实施构件的质量检验，并直观展现构件缺陷。

3.2 古建筑与文化保护

经由对3D扫描测量技术的利用，可将年代久远、未修葺且匮乏设计资料的古建筑以及文物加以扫描，获知准确参数，迅速且正确产生电子化记录，并进行数字存档，且借助BIM逆向建模对设计图纸永久留存，便于之后修葺改造。如北京故宫等均开始对馆内文物实施3D扫描测量与建档，且构建产生了数字化博物馆。

3.3 工程改造与扩建

现阶段，国内建筑工程改扩建项目骤增，基于原有设计方案构建BIM模型，可为设计方案的比较、合理选择予以帮助。譬如，上海迪士尼的改建，经由3D扫描测量获知以往的建筑参数，逆向构建BIM模型传输至国外设计谈对实施方案设计，施工过程经由视频监控实时监督、引导。

4 结语

概括而言，3D扫描测量和BIM技术在建筑工程领域的应用极为必要，促进了建筑工程信息化建设，不仅能对原始现场资料进行存档、基于现场数据高速逆向建模，还能进行施工质量的比较等。本文先对3D扫描测量与BIM技术进行了阐述，而后对建筑工程中3D扫描测量与BIM技术的应用及典型应用案例进行了分析，望以此为国内建筑工程更好的发展予以参考。