3D扫描技术在建筑领域的发展与促进

赵小平 郭乘海 曹桂明 蒋银银 贾继刚

【摘要】当下，3D扫描技术极大的促进了建筑领域的技术发展，在减少施工周期、缩减施工成本、减少返工时间上有积极的作用，并且3D扫描技术与其他软件、工艺相结合，可以帮助工程师们进行更好进行建筑建造。

【关键词】3D扫描;BIM应用;模块化安装

3D扫描是一个光学、机械、电气、计算机技术的集合尖端主要用于扫描物体的形状、结构和颜色，并获得物体的空间坐标。在众多数量的发达国家制造业当中，3D扫描仪越来越多地被用作快速、高精度、无接触和易于使用的3D测量设备。使用，使用通过使用扫描仪扫描板、样品和模型，可以获得3D数据。3D的可能是直接连接到CAD/卡姆一种CAD系统，该数据可以被调节、修理并被发送到加工中心或快速成型装置以制造，从而大大降低了产品的制造周期。

3D数字化对于信息技术的发展十分重要信息.从现在来看，显而易见，它可以将固体信息转换成直接由计算机处理的数字信号，从而提供了一种非常方便和快速的方法来数字化，更好的实现数据的收集处理的目的.从这一点来看，3D扫描技术是非常领先的。此外，测量结果可以直接与各种软件接口相关联，并广泛用于众多知名的商业应用软件诸如CAD、CAM、CIMS等技术应用。

随着当今时代的进步和科学技术的发展，3D扫描的原理已为人们所熟知。结构光扫描仪和激光扫描仪是3D扫描技术发展的产物。众所周知，扫描定律以时间为计算依据，故又称他为时间法。它是一种非常精确、快速、操作方便的仪器，可安装在生产线上，形成生产和检验的仪器。激光扫描仪的基本结构包括激光光源和扫描仪、光传感器（探测器）和控制单元。激光光源密闭，受环境影响小，容易形成光束。低功率可见光激光器，如氦氖激光器、半导体激光器等是常用的激光器。扫描仪是一个旋转的多边形棱镜或双面镜。当光束进入扫描仪时，在多种力量的作用下，它可以实现快速的旋转，并且将激光反射到扫描光束当中。在整个扫描过程中，如果有工件遮挡光线，该技术还精确而快速的可以测量出该工件的直径。测量前，必须使用两个已知尺寸的量规进行校准。如果所有测量尺寸均在两个量规之间，则可通过电子信号处理获得待测尺寸。因此，高性能的测量能力和效率使得该技术又称激光刻度尺。

在建筑发展领域，3D扫描技术的应用对其发展具有重要意义。在施工阶段，扫描技术可应用于各种类型的项目，包括新项目，以提供高度准确和定期更新的现场进度记录，包括相关成本、施工质量和交付成本等，都可以进行记录。此外，它还可以大大的降低生产的产业成本，周期性的扫描可以降低建设项目的总成本。

在一个典型的施工项目中，返工可能占到施工成本的15%，大大的浪费施工时间。但是大量的3D扫描可以在变更单发生之前突出任何潜在的问题，从而降低总承包商的风险。通过按设定的时间间隔扫描，参与施工的人们可以记录关键的里程碑式的节点，例如他可以对不同行业之间的过渡具有重大的推进意义，以便将交付的工作与用于质量保证的设计模型和图纸进行比较。与大多数3D激光扫描相比，美国测量公司precision point的优势得到了更好的理解。这家公司创始人兼首席执行官家马克·肯尼·吉姆·约翰·乔纳斯·汉纳就曾在多个场合表示，全面的3D激光勘测实际上是扫描时建筑物的超级帮手，他的重大数据可以作为非常重要的参考，以确保分包商遵守合同规定的交付。”在一定程度上，它可以使承包商保持诚实，并且可以大大的减少通常来自未经激光扫描的未完成项目的变更单。更好使人们通过准确的信息进行实业生产。”众所周知，信息共享的透明化是减少建筑项目冲突的有效途径。

不仅仅是如此，在某些情况下，激光扫描可以获取有关建筑物特定方面的附加信息，以便采取纠正措施。比如说，精确的混凝土板模型可以确定不均匀区域，3D扫描软件可以确定调整层所需的材料量，从某种程度上来说，这是一个减少浪费的过程。可以将管道、暖通空调、结构钢、混凝土等的毫米级精确扫描数据与设计进行比较，以验证所有组件安装在正确的位置。如果发现任何错误，可以修改新部件的设计和制造，而不是在现场进行补救工作。墙后、天花板以上和地板以下的记录可以使客户或者业主受益，他们可以在移交后使用这些记录进行建筑管理和维护，或作为未来装修工作的基础。

著名的建筑学家汉娜评论道：“将快速扫描的物体隐藏在墙壁和天花板后面，为建筑物所有者或建筑管理者创建永久性建筑记录，比照片文件更好，为交流和合作创建地理位置图像，总承包商通常为专业测量公司提供激光扫描服务，如精密点，但许多人选择在家里工作，借用自己的激光扫描仪和软件;或买。那个选择最适合工作场所的设备取决于诸如项目规模、所需数据的定义以及完成查询的速度和频率等因素。

地球3D激光扫描仪通常是最精确的，能够探测非常密集的点云，基于空间大探测点，如X、y、Z坐标以及颜色和反射值的三维数字图像等，并且可以输出到BIM软件无人驾驶飞机或者使用无人机系统，捕捉地形和建筑物的外部，包括难以触及的屋顶，因为高分辨率的图像可以缝合在一起以指向云层创建。移动地图系统，如navvism6手推车可以对快速和频繁地收集高质量数据的项目产生重大影响需要实时信息更新M6的速度是静态扫描仪的10倍，每天可以捕获10万到15万平方米的数据。

此外，新的6D Slam技术已集成到3D扫描的开发中，旨在提供不平坦表面的数据，尤其是在建筑工地等恶劣环境下，通过在BIM上扫描捕捉3D作为点云只需进行很少的工作量。项目组可以在软件中以不同的方式导出图像一些问题。项目评审软件可以导入点云的实际“内置条件”和一个共同的坐标系掩盖设计冲突，解决问题这个通常由架构、架构和MEP组成的通用BIM模型可以定期适应点云。

“如果一个项目最初是在BIM中设计的，那么正在进行的扫描里程碑可以用来适应现有的BIM。”总体而言，3D扫描非常重要，对促进现代建筑的发展具有重要作用，在当今时代发展的潮流中，建筑学施工队伍几乎遍布世界各地，尤其是在众多的发展中国家中，了解激光扫描与传统测量相比的优势，可以大大的促进建筑的发展以及科学技术的产业提升，将并且通过BIM，该行业发展的可能性几乎是无穷无尽的。

参考文献：

[1]郭鸿等.基于图像处理的激光扫描三维尺寸测量技术的研究[J].工具技术，2004，（38）：75-78

[2]陶立，许智钦，孙长库.激光平面扫描，3D测量系统快速标定技术[J].光电子〃激光，2003，11（3）：54-60.

[3]余祖俊，杨娅楠，朱力强.三维激光扫描测量系统标定方法研究[J].电子测量与仪器学报，2007，12（6）：31-35.

[4]黎明.三維激光测量技术及应用研究.浙江大学.硕士学位论文

[5]高秀娟，杨伟华.三维激光扫描测量技术及在测绘领域的应用.科技论坛.黑龙江科技信息

[6]李巧丽.三维激光扫描技术研究综述.（福建省计量科学研究院福建福州350003）

[7]徐源强，高井祥，王坚.三维激光扫描技术.1007-3817（2010）04-0005-02