浅论测量机器人

王扬 邢承喜 陈征宇

【摘  要】目前国内大部分体育场馆的为满足冬奥会要求，需进行升级改造，而且经过多年运营，许多场馆已经进行了多次改造，管线错综复杂，场馆空间经过多次分隔改造，与原施工图纸不符。场馆的运营性质变化大，机房等部位调整多，原始条件排查、改造困难。工期紧，对原有场馆墙体及管线摸排困难，在人工及时间上耗费巨大，且准确性及可信度并不是很高;解决在施工中原建筑体与图纸不符，管线的碰撞，地面平整度等这些问题是本项目的重难点。采用测量机器人--MR技术，能够有效解决以上问题，满足改造需求。本文以某项目为例介绍测量机器人--MR技术在既有大型公用设施改造的应用。

【关键词】3D扫描仪;BIM;逆向建模技术;MR设备

1.工程简介及背景：

本项目为大型公用设施改造工程，场馆的运营性质变化大，机房等部位管线等调整多，原始条件排查、改造困难。

本项目为2022冬奥会改造工程，功能为冰球比赛场地及赛时需求配套的功能房间，功能改变导致许多管线及建筑格局需要更改，工期紧，对原有场馆墙体及管线摸排困难，在人工及时间上耗费巨大，且准确性及可信度并不是很高;解决在施工中原建筑体与图纸不符，管线的碰撞，地面平整度等这些问题是本项目的重难点。

2.MR技术简介

目前在国内外MR技术涉及诸多学科如几何计算、传感器、图形学、计算机学、模式识别、人工智能等，在机器人学、计算机辅助设计及制造、逆向工程、机器视觉、激光遥感测量、立体3D影像、人机交互、虚拟现实等诸多领域有着广泛的应用。

在科技高速发展的现在，人们仍沿用着千百年来的做法，更新的只是工具思路却没变，作为从事建筑行业的人士有义务去发现好的想法来强化本行业。有效的提升生产效率，提高装饰质量，缩短工期，降低成本。

MR技术颠覆传统工作模式，MR室内模型贯穿整个项目流程，使各项目主体利益最大化。施工图联动修改，及时更新，提高工作效率。项目全程3D可视化设计，改变设计思维模式给业主更直观效果。

MR技术实现“所见即所得”，对设计的细节部分可以清晰、真实显现。支持多名设计师协同设计。强大的预算功能，节约项目成本。

3.扫描仪与BIM技术结合对机电管线扫描

在3D扫描技术与BIM技术结合的前提下进行机电管线的深化设计，并不是以设计图纸为基础进行深化工作，而是以现场实际情况为基础进行的深化设计。应用BIM技术进行管线的深化设计和碰撞检查，彻底消除管线的硬碰撞、软碰撞问题，减少在施工阶段可能存在的返工的可能性，保证了室内管线的间距和吊顶标高，还可以利用碰撞优化后的三维管线方案，进行施工交底、施工模拟，保证施工进度。施工完成后扫描的点云数据与BIM模型进行对比，检查现场与BIM模型的偏差，为业主运维及以后的改造提供真实可靠的信息和数据。现场完成机电改造施工后，利用3D扫描技术进行施工验收，完成无接触式的实测实量。对管道安装的水平度、垂直度及坡度都可以在计算机中进行详尽的复查，确保符合设计与规范的要求。

同时，可以将施工完成后扫描的点云数据与BIM模型进行对比，检查现场与BIM模型的偏差。按照点云数据的位置，进一步调整BIM模型，获得与建筑物一致的竣工BIM模型。最后将BIM模型，点云数据，及全景照片一同存档，为业主运营再次改造提供真实可靠的信息与数据。

4.扫描逆向建模技术与MR设备在改造工程的应用

MR混合现实技术，能够将虚拟的BIM模型及软件生成的施工工艺模拟与真实世界的建筑实体模型相叠加。因拆除施工作业的特殊性，结合MR混合现实技术进行操作交底，着重阐述机電管线拆除工艺以及拆除工序的交接、安全施工交底。操作人员直接通过该技术直观明确施工工艺、方法、安全控制点等并将现场施工情况实时回传至BIM管理平台进行信息维护，MR混合现实技术交底简单、明确、直接、有效的指导施工。

5.使用现场扫描数据做二维剖面图与设计图进行对比

使用三位扫描仪，根据现场实际情况布置，获取室内三维空间所有信息，将现场的数据实时搬到电脑中进行处理，将室内人员走动、乱堆杂物等多余噪点全部清除，保证数据的完整真实性，以确保提取最真实完整的成果，根据需要自己设置平面（或者使用建筑施工时的1米线）进行剖面切割，自动绘制二维剖面图，修改绘制后的二维剖面图，可使用此图与设计图纸进行套合对比。

6.总结及分析

BIM技术在建筑行业中的不断深化应用，更高的施工质量、更短的工期需求以及沿着科技化、智能化施工方向深化拓展，成为各建筑企业未来的发展方向。而3D扫描仪和BIM体系结合而成的建筑解决方案无疑给BIM技术注入了新的力量，将虚拟和现实打通，完整的记录下施工现场的复杂情况，成为连接BIM模型和施工现场的有效纽带。该技术在既有建筑改造施工中极具推广价值。解决在施工中原建筑体与图纸不符，管线的碰撞，地面平整度等这些问题是本项目的重难点。

参考文献

[1] 洪军，丁玉成，曹亮，等.逆向工程中的测量数据精简技术研究[JJ.西安交通大学学报，2004，38（7），661-664.

[2] 王仁芳，张三元，叶修梓.基于相似性的点模型简化算法[J].浙江大学学报，2009，43（3）：448-454.

[3] 王晓原，刘海红，王凤群等交通流短时预测理论研究进展[J].交通运输研究2006（12） ：156-162.

作者简介：王扬（1993.9-），男，黑龙江齐齐哈尔市，助理工程师，项目技术负责人，学士，研究方向为建筑施工技术。