三维激光扫描和BIM技术在工程测量中的应用分析

苏磊

【摘要】在建筑行业，三维激光扫描技术和BIM作为现代信息化发展的重要支撑手段，已在很多工程上相继使用，受到政府和行业的关注与大力支持。目前三维激光扫描与BIM技术主要在新建工程中有所应用，而在大型交通枢纽改扩建工程中的应用研究不多。

【关键词】三维激光扫描;BIM 技术;工程测量

近年来，工程测量领域不断传来“好消息”，很多技术难题被攻克，提出了很多新兴测量技术，促使工程测量水平得到了提高。 其中，三维激光扫描和 BIM 技术凭借自身的优势，包括高精确度和高效率等，被广泛应用，发挥着积极的作用。

1、三维激光扫描和BIM技术可行性分析

1.1 三维激光扫描技术的可行性分析

三维激光扫描技术又称“实景复制技术”，它采用非接触式高速激光扫描测量的方法，以阵列式点云的形式获取地形或复杂物体表面的三维空间数据。三维激光扫描技术凭借点云扫描，在方法上不仅很灵活，而且还兼具科学性，这也是三维激光扫描技术的优势所在。扫描所形成的点云模型主要是根据扫描所形成的三維坐标，转化成相应的图像数据，来直观展示扫描的模型结果，不仅具有便携性、可操作性，同时还具有科学性、准确性。根据所采集的高精度三维点云数据，能够精确地进行距离量测、逆向建模、结构提取、二次设计等多方面应用。大型交通枢纽改扩建项目由于现场环境复杂，如果采用传统的手段，由人工使用检测仪器来绘制二维图纸进行方案的确定，则难以将复杂三维空间的方案设计通过二维图纸全面反映出来，大大增加了施工方案的确定难度和后期出现方案修改时的成本。而三维激光扫描技术具有非接触性、可全天候作业、扫描速度快、实时性强、精度高、数据兼容性强、全数字化等特点，可完美复制大型改扩建工程项目的现场实景，便于后期通过BIM技术进行方案的确定与优化。

1.2 BIM技术的可行性分析

所谓的BIM，是建筑信息模型的简称，具有可视化、模拟性、协调性等特点，可为工程项目设计、施工等提供技术保障，最大限度地降低项目施工风险，实现项目成本最小化、效益最大化的长远发展目标。同时，在BIM技术的支持下，可实现对现代建筑工程项目建设过程的动态模拟分析，可为其作业计划的高效实施打下基础，避免对项目施工质量、效益等造成不利影响。BIM技术中有一个重要的优点是协调性，当下，现代化建筑工程的工作流程比较复杂和繁琐，工程中不同单位承担着不同的工作任务，但是每个部门之间却是有机联系的，因为工程项目一直都是完整的综合体，所以每个部门要协调配合好，其中BIM技术就可以帮助工程不同部门更好地协同合作，也可以促进工作人员的交流和沟通，也就能有效地解决工程项目管理中的问题。

2、三维激光扫描与BIM技术的应用思路

该工程建筑高度为99.8m，地下2层，地上30层，总建筑面积为44558.2m2。工程造型简洁、立面规整，矗立在湘江之畔。

2.1 现场试验准备

该工程平面中心位置设置了核心筒钢框架，钢框架尺寸大，吊装难度高，就位后因自身荷载和其他施工荷载的作用，会发生整体变形。严格控制钢框架水平方向的变形，是该工程建筑施工质量控制的核心内容之一。为精准、高效地监控施工过程中钢框架变形，施工项目部采用了基于BIM模型的三维激光扫描变形监测方案，并与传统的全站仪监测方法进行比对分析。在施工现场钢框架上，每隔1.5m距离粘贴了P40专用黑白靶标，共计16个。

2.2 外业数据采集与内业预处理

本次外业数据采集使用某款三维激光扫描仪，扫描精度高，一般能达到2 mm。外业采集点云数据安排两人操作仪器，两人布设靶标。此次共布设约100站覆盖全部区域，每站扫描时间约为3 min，相邻站之间用球状靶标进行拼接，为了保证后期拼接处理效果，每相邻两站至少能看到4个公共靶标，扫描等级使用2档，点云密度及精确度都较高，若出现遮挡的情况，增加站数。需要注意的是，应针对需要提取坐标的区域精细扫描。此外由于仪器安置在通道上，因此，扫描仪扫描时禁止人员走动，防止震动带来偶然误差。由于扫描对象在围栏外侧，应选择合适角度且架高仪器采集数据，尽量减少遮挡对测量成果的影响。为方便精度检验和坐标转换，需要将相对坐标转换到绝对坐标。因此，在地面布设一定数量的平面靶标，靶标位置不宜过远，要求扫描仪在地上平台能够采集到，且要求靶标位置固定、周围无明显遮挡，方便全站仪采集。

2.3 基于 BIM 模型的三维激光扫描变形监测方案

施工项目部经过研究，现场同时对钢框架采用TSP监控法进行变形监测，设置激光扫描仪，辅以电子全站仪，同时一并设置定位靶标球。在施工完该层钢框架后，进行第1次扫描，测量TSP定位系统棱镜，测量靶标球的三维坐标，将点云数据输入SCENE软件，与调入的虚拟BIM模型对应的点云数据进行比较，即可得到钢框架的变形值;在施工完上一层后，再对本层钢框架进行扫描，并与虚拟BIM模型进行比较，即可得到本层钢框架实时监控水平位移变形值，基于BIM模型的三维激光扫描变形监测时，监测点适时水平位置变形值方差较小，测量精度更高。

2.4 集中优化处理数据

现阶段，建筑施工领域为了追求建筑施工项目的质量，确保所竣工建筑在各方面综合性质上都能够达到国家建筑行业所规定的标准，进而在建筑质量验收环节企业加大了对竣工建筑物的立面剖图的审核力度。为简化竣工测量作业的复杂程序，技术人员提出要集中优化处理数据的工作理念，在实际测量工作中相关人员可以利用三维激光扫描测量技术对竣工作业进行具体测量，进而构建出三维立体模型，使得所测绘出的数据更符合竣工建筑的实际情况。

结语：

基于BIM模型的三维激光扫描变形监测，采用三维激光扫描自动获取建筑物实测数据，利用软件对实测数据形成的BIM模型和原始BIM模型进行比对，获得变形值，比较传统变形监测方法，人工操作少、偶然误差偏小，软件比对分析、评价结果精度高。

参考文献：

[1]陈晓辉，郭晨中，尚传鹤.三维激光扫描和BIM技术在工程测量中的应用[J].四川建材，2019，45（10）：74-76.

[2]万邦旭.竣工测量中三维激光扫描技术的有效运用研究[J].工程技术研究，2019，4（03）：69-70.

[3]郑金锋，惠延波，冯兰芳，等.三维激光扫描技术在建筑基坑施工检测中的应用[J].制造业自动化，2017，39（2）：48-51.