3D扫描与BIM逆向建模技术在老旧城区改造中应用

武建国 唐炜

摘    要：随着城市的快速发展，对老旧城区进行改造已成为美化城市、提升老城区人民生活质量的有效手段。本文将探讨3D扫描与BIM逆向建模技术在老旧城区改造中的应用，采用三维激光扫描仪对要测建筑物进行整体扫描，内业将所有扫描数据进行拼接处理，得到一个三维点云模型，点云模型通过与Revit软件交互、翻建成实体模型，在满足精度要求情况下导出CAD图纸。

关键词：三维激光扫描;BIM逆向建模;老舊城区改造;点云模型

1  引言

老旧城区改造是社会进步发展、城市更新中重要的一环，既是改善城市公共服务质量，改进市政基础设施条件，发掘和保护城市历史文化和社会网络，使城市体系及其承载空间场所得到全面系统的修复、弥补和完善;又是小区整体品质提升与城市规划的有机整合;更是解决群众生活的“难事”。老旧城区改造涉及小区建筑外立面美化、楼宇亮化、市政设施配套优化，故其细节繁杂、需要精准的基础资料。传统的全站仪测量方式在全面获取建筑物的立面信息时工作效率较低，无法满足旧城改造工程的需求。近年来，三维激光扫描技术在建筑领域的应用面与应用点越来越多，而且其应用也不再是独立应用，而是可以与其他技术结合应用，例如3D 扫描技术与BIM 技术的结合应用等，使其在旧城改造工程中得到了很好的应用。

2  3D扫描技术与BIM逆向建模技术简介

2.1  3D扫描技术

3D扫描技术是利用三维激光扫描仪沿建筑物、构筑空间进行闭合路线扫描测量，通过系统软件对扫描数据进行点云拼接处理，点云拼接误差在满足精度条件下导出建筑物、构筑空间三维点云模型，通过对点云模型应用得出实际尺寸数据，三维激光扫描测量技术也称为三维激光成图技术。三维激光扫描是近年来发展起来的一门新技术，被誉为“继GPS技术以来测绘领域的又一次技术革命”。

2.2  BIM逆向建模技术

BIM 逆向建模技术，通过三维激光扫描仪获得的点云模型数据或切片数据利用BIM软件处理、分析，进行逆向翻建revir建筑、结构模型，将逆向翻建模型在次与点云模型再次进行匹配分析误差、修正数据，在满足精度要求情况下导出建筑物CAD图纸。

3  实例应用

宁海路片区环境综合整治工程工程总承包项目位于南京市鼓楼区，项目改造在不改变建筑使用功能情况下，外立面做铝板造型，使得立面整体统一，部分楼宇灯光亮化处理，基于以上情况设计与施工需要一手完整的资料。本项目采用法如公司生产的三维激光扫描仪Focus 3DX330进行外业数据扫描，并采用配套数据处理软件Scene 5.5.3进行点云数据拼接。法如设备信息如表1所示，整体工作流程如图2所示。

3.1  现场勘察及数据扫描如图3-5所示

第一步：收集小区资料，现场勘察小区内部情况，采集影像资料。

第二步：根据现场情况选取控制点位置并标记，测站位置选取。

第三步：3D扫描设备现场工作。

3.2  点云拼接

点云拼接是通过一定的约束条件将多站点扫描数据配准到统一坐标系中的过程，拼接完成之后将得到一个项目的完整点云。一般有两种方式： 基于标靶的拼接和基于点云的视图拼接。本项目主要采用基于标靶拼接，部分标靶损毁站点采用基于点云视图拼接。

点云去噪是一种点云优化过程。在扫描仪的原始点云中往往包含若干对于成果处理有不良影响的点，去噪就是通过一定的处理手段，让有效点保留，无效点删除的过程。点云去噪可以通过Scene软件删除和Recap 工具处理。如图6所示点云完整数据。

Scene软件导出 .rcp格式三维点云与Revit软件进行交互、或者导出二维切片[4]与CAD软件进行交互。通过格式处理后的点云模型在与Auto desk公司旗下软件进行模型翻建、浏览使用、选择处理等方面更加方便快捷。

3.3  三维建模出图

第一步： .rcp格式三维点云导入到Revit中调整平面与立面位置，参数设置。如图8-9所示点云在Revit中绘制平面图。

第二步：开始翻建原始建筑外轮廓结构柱、结构梁、墙体、立面门窗、屋面。

第三步：导出平面、各个立面CAD图纸，局部复杂位置出节点大样和详图。

最终扫描成果包括平面图和四个立面图。如图10-13所示（以A栋部分建筑成果举例）

4  结束语

在老旧城区改造过程中，通过采用3D扫描技术大大提升了外业的数据采集以及内业绘图的效率并避免了人工观测容易造成的丢漏，通过采用BIM逆向建模技术解决了图纸缺、漏、不准确等相关问题，避免施工中因未考虑因素对整体工期、整体效果的影响。3D扫描技术和BIM 逆向建模技术的结合能够将各自的优势发挥出来，并且相互结合，在三维激光扫描技术对真实数据采集的高效率、高精度的基础，发挥BIM 技术多项目开发管理能力，大大提高了建筑工程的效率和准确性，节约了开发成本。利用扫描仪不仅可轻易获取建筑数据还大幅度提高安全系数，扩展了其利用价值，也为建筑行业反求建筑体量、逆向建模，提供了便捷的方法，具有高效的使用价值。利用点云模型通过逆向建模手段生成的模型也可以对其赋予信息，使之成为一个可以“生长”的BIM 模型，进而纳入BIM 的多维信息管理中，借助建筑模型对建筑施工进行信息化管理。

参考文献：

[1] 魏来，宁新国.三维激光扫描技术在旧城改造中的应用[J].长春市测绘院，2018（8）.

[2] 万仁威，陈林璞，韩阳，徐凯凯，彭礼君.三维扫描技术在已有建筑测量及逆向建模中的应用.中建一局华江建设有限公司，2018（6）.

[3] 姜月菊，吕海军，杨晓毅，徐巍，马兴胜.3D扫描与3D打印技术在破损建筑装饰构件修复中的应用.中国建筑一局（集团）有限公司，北京麦格天宝科技股份有限公司，中国建筑一局（集团）有限公司华北公司，2016（12）.

[4] 刘永锋，李翅，周凯，李浩，刘传逢.三维激光扫描技术在历史建筑物测绘中的应用[J].武汉市测绘研究院，2016（12）.