建筑物BIM 逆向建模数据处理研究

马建勇，罗晓峰，周立强，吴立斌

（1.华汇工程设计集团有限公司；2.浙江工业职业技术学院）

1 引言

BIM（Building Information Modeling），意为建筑信息模型，是通过三维建模并建立建筑构件数据库来描述建筑物全部内容。BIM 是建筑业信息化，并走向智慧建造的最重要一环[1]。BIM 工作从设计到施工再到运行维护是正向操作，而从既有建筑物到数字模型的转化成为逆向建模。利用激光扫描和倾斜摄影的各自优点[2-3]，可获得对大型建筑物和构筑物内外各面所有的坐标信息，这为BIM逆向建模提供了可能性。以吕府为例，重点研究在三维扫描和无人机倾斜摄影的工作完成后，如何对扫描数据和摄影照片进行有效处理，包括软件的选择、技术要点和处理方法的注意事项等[4-5]。

2 原始数据处理流程

在外业工作的基础上，利用Scene软件对高密度点云模型进行站点拼接与噪点处理，在控制点坐标一致的基础上，利用Context Capture 软件对点云模型与无人机测绘得到照片进行高度拟合并合成重建。原始数据处理的基本流程见图1。

图1 数据处理工作流程

3 案例简介—以吕府为例

吕府是全国重点文物保护单位，建成于万历十一年（1583 年），位于浙江省绍兴市，其建筑占地规模东起万安桥，西至谢公桥，南临新河弄，北接大有仓，东西长167m，南北宽117m，占地面积约20000 ㎡，坐北朝南，总体布局以三条纵轴线、五条横轴线交织组成十三个封闭院落，当地俗称“吕府十三厅”。吕府作为明代极具代表性的古建筑，对其进行三维扫描和无人机倾斜摄影，以期建立精细且完整的数字化模型，为文物古迹的数字化存档提供技术支持。

4 数据处理关键技术研究—以吕府为例

以吕府为例，原始数据处理的关键步骤有以下几点：①激光扫描仪数据初步处理；②无人机倾斜摄影数据处理；③合成数据的处理。

详细处理过程如下：

①准备工作:找控制点、利用全站仪等传统测量工具测得各控制点的相对坐标；

②利用三维激光扫描仪进行扫描工作；

③导入Scene 软件，并进行目标拼接（目标注册）；

图2 去燥处理

④以创建虚拟点云的方式对结构进行去噪；

⑤坐标拟合，对模型进行校核；

⑥导出点云模型的e57 格式；

⑦在CC 软件中，导入点云、照片等数据；

⑧察看输入数据的完整性和3d 视角的合理性；

⑨航拍照片先进行空三测量，并在照片中寻找三个控制点，输入坐标，保证每个控制点有5 个以上刺点；

⑩提交重建，网格划分，建模区域划分，完成整个过程。

5 小结及几点注意事项

以吕府扫描为例，探索出了一套基于无人机倾斜摄影和三维激光扫描技术的建筑物BIM 逆向建模原始数据处理流程，在实际处理过程中，需要注意以下几点：

1）无关点云的删除

由于扫描仪扫到大量与目标建筑无关的外围点云，后期合成计算时，软件会无法辨别主次，导致模型错乱，建议采取站内裁切无关点云后再拼接的办法以提高建模的准确度。

2）多视角对齐

由于被扫描建筑物由多角度、多站点数据拼接而成，需要在不同位置设站进行多视角扫描，这些不同测站之间的点云数据需要对齐拼接，配套软件无法实现精确拼接时，需手动对齐，在拼接过程中要抓住建筑的关键标志线，如建筑的凹凸面、门窗洞口、室外台阶坡道等。

3）数据精简

由于扫描到的点云数据量非常庞大，后期拼接需要强大的硬件支持，在不影响平面及曲面重构且保证精度的情况下需要对数据进行精简，为达到这一目的，软件可以对点云进行抽稀处理，可以根据目标站点的具体情况进行不同量的处理，大平面可适当扩大抽稀程度，曲面抽稀时需注意，若抽稀过量会导致模型表面失真。