综合三维激光与建筑信息模型的精密测量应用

韩炜辰

（中国建筑材料工业地质勘查中心江西总队，江西 上饶 334000）

0 引言

三维激光扫描技术是目前我国在施工过程中数据测量的一项突破性技术， 可以有效地实现场景重现， 建筑信息模型近年来在我国也得到了迅速发展，在建筑行业内广受欢迎，在测量工作上也被广泛应用[1]。 三维激光扫描技术和建筑信息模型在建筑工程中都发挥着重要的作用， 将二者综合应用在工程的数据测量中， 将为建筑工程更高质高效提供条件。

1 三维激光扫描技术

三维激光扫描技术是通过利用激光可以测距的原理来记录物体表面的三维坐标以及其反射率的信息， 可以实现重建目标的三维数据和整体模型，这项技术是测量数据的突破性技术，一般三维激光扫描技术需要很多设备， 包含三维激光扫描仪、数据处理平台以及数码相机等，通过三维激光扫描技术，最大程度地将实体情况展现出来，可以应用在工程中的测量、检测、分析等环节。在三维激光扫描技术使用的过程中不需要对所扫描的物体做任何的处理，不需要接触到实际物体就可以测量出准确的数据，并且三维激光扫描技术的数据采样率非常高，最高可达到数百万点每秒，并且三维激光扫描仪在使用的过程中不会受到过多外界因素的限制，时间、空间等都不对其造成影响。通过三维激光技术采集到的信息都是数字信号，为数据的处理、转化和输出等都提供了更大的便利，三维激光扫描技术之所以被认可，还有重要的原因之一就是其扫描的数据不仅准确度高，速度和分辨率都非常的高， 在工程测量中提供了高效的数据测量条件。三维激光扫描技术是通过其特定的扫描和测量方式，还原并描述物体的形态和结构，进而实现精确的三维重建，包括对线、面、体等数据的测量。 扫描的过程中扫描仪会发出激光信号到物体上，通过物体进行反射再将信号传回到扫描仪，将其中获取的各种测量信息一并传回到接收器， 所测内容包括距离、 角度等以及激光脉冲横向和纵向的扫描角度的观测值，分别为α 和θ，进而得到物体的特征的精确测量情况。 将激光发射出设为坐标原点，三维激光扫描仪开始转动轴为X 轴， 横向扫描面内为Y 轴，垂直于扫描面的为Z 轴，以此得到目标物体的扫描坐标。 如下图所示，三维激光扫描仪坐标系统如图1 所示。

图1 三维激光扫描坐标系统

2 建筑信息模型

我国目前的建筑信息模型技术已经是处于快速发展时期，BIM 技术已经通过了起先理论、 概念的研究并进行实验和初步的探索， 目前已经在深度应用的阶段。建筑信息模型又称为BIM 技术，其工作原理主要是借助三维数字技术， 将建筑工程在建筑的过程中， 建筑内的整体可以通过模型展示，将全部信息进行收集处理，以形成一个建筑的信息库。 建筑信息模型可以将建筑过程中的各个阶段信息关联起来，形成直观的、真实的并且十分准确的模型数据，以供建筑工程参考使用，使建筑工程整体的信息和数据是同步变更的。 在建筑工程中， 建筑信息模型可以为各方面的施工工作人员提高数据，将信息整合共享[2]。

3 三维激光与建筑信息模型综合应用的原理及重要性

三维激光与建筑信息模型相结合的核心就是三维重建， 也就是将各种测量出来的零散数据转化为三维的模型， 结合两项技术可以对目标物体机械施工检测和空间对比， 将测量工作转化为点位高精度检测和面状整体检测相结合， 将建筑工程内的物体可以从点到面、 面到体的综合测量和分析。 在使用三维激光技术将建筑工程中的目标物体进行扫描和数据记录后，使用建筑信息模型将这些数据直观地呈现出来并与设计模型进行对比，可以有效地进行工程的质量检验和检测工作，并且提高工程测量的精密程度和效率，在工程中的应用具有很重要的作用。

4 综合三维激光与建筑信息模型的精密测量应用

4.1 工程放样测量

在使用三维激光技术和建筑信息模型的过程中，最开始的步骤就是进行工程方样测量，使用综合技术可以提高方样测量的效率和精确度，在传统的工程放样测量工作中，工作人员大多数是采用以图纸为基础参考方式进行测量和计算数据，在放样测量中容易产生误差，并且测量的数据和测量的过程不能直观地展现出来。 使用三维激光技术和建筑信息相结合的方式就可以将工程方样测量的过程进行简化，还可以将整个测量的过程展现出来，方便测量人员可以直观的对于放样测量工程进行检测，根据三维模型确定放样点，从而提高工程放样测量的精确性和效率，进而提高整体工程的效率与准确度。

4.2 工程测绘

综合三维激光技术和建筑信息模型还可以应用在工程测绘当中，通过二者技术的综合使用，对建筑工程物体的整体或者局部进行测量工作，并且从中获得连续的点云数据信息，通过将三维激光技术获取的数据信息输入到建筑信息模型当中，使数据进行加固处理，形成三维模型，进而实现在建筑工程中从信息采集到信息处理再到通过建筑三维模型对整体工程的测绘工作，并且利用三维模型还可以实现对于建筑工程中的构件受力计算和测量的工作，三维激光技术还可以在此过程中对模型的数据进行优化及补充，提高工程数据测量的精密程度。

4.3 绘制电子地图

使用三维激光技术和建筑信息模型综合应用可以使针对建筑工程绘制的电子地图更加准确，使用三维激光技术可以在极短的时间内完成数百个点的数据信息收集以及空间情况收集，并且精确度极高，甚至达到毫米级的精确程度，再加上建筑信息模型的融合，可以使电子地图内的信息更加完整且精确，并且能够提供地图储存信息的能力，提高地图的可视度，使其更加直观，并且地图的识图功能会更加的敏锐便捷，为工程中的地理信息查询工作提供了更便捷更精确的信息条件。

4.4 动态测量变形情况

综合应用三维激光技术和建筑信息模型还可以为建筑工程的变形情况进行检测，通过技术提高准确的测量数据作为检测的参考[3]。 在传统的技术中对工程的变形情况进行检测时，主要是通过设置变形监测点来进行变形检测，这一方式对变形情况较大的时候存在一定的局限性，但是使用三维激光技术就可以对建筑工程的整体进行全方位的数据信息测量，可以有效地保证测量的准确度，如在建筑钢结构工程中，使用三维激光技术和建筑信息模型对整个结构进行全方位的测量，将整体范围全面覆盖，以提高变形检测工作的精密性，如果由于变形导致在安装时出现意外，也可以通过三维激光扫描技术进行点云数据的收集，确定是哪一环节出现问题，并且有针对性地为安装设计提供参考依据。

4.5 提供装配式安装数据

建筑工程施工现场的过程中是否存在构件安装和构建设计的位置出现偏差的情况，综合使用三维激光扫描技术和建筑信息模型也是可以将准确的数据测量出来的， 并通过对测量数据的分析，为有偏差的构架安装提供明确的指导，确保装配式安装的质量问题。在湖北的某个建筑工程中就利用了三维激光扫描技术和建筑信息模型相结合的方式进行辅助装配式安装，使用建筑信息模型对于建筑内外的整体情况和局部问题进行工程测量，并且通过建筑信息模型测量得到的数据情况，为预配置的配件加工单位提供一系列安装构建的数据信息，包括梁柱、墙板等十分全面，以此作为装配式建筑安装的参考，并且在装配式安装结束后，还可以在此利用三维激光扫描技术对于施工的数据进行收集和分析，进而检测安装质量。

4.6 验收测量数据

在建筑工程的验收环节，综合应用三维激光扫描技术和建筑信息模型也可以发挥巨大的作用，为验收环节提高准确的数据信息。在传统的施工技术中，验收环节需要用各种测量工具，如卷尺、直尺、量角器等对建筑工程的主要数据进行人工测量，以确保其数据和设计图纸一致，并将测量数据记录下来与设计图纸相对比， 可以说工作量是非常的大。但现在在验收期间，可以首先使用三维激光扫描技术在施工的现场进行点云数据的获取工作，将从中获取的数据进行加工处理并将其输入到建筑信息模型当中，通过建筑信息模型将现场施工完成情况以三维模型呈现出来，直观地展现出实际完工建筑与建筑设计环节是否存在差异。 通过对比分析，能够准确并及时地发现其中存在的问题，并将数据分析作为参考依据，使建筑工人可以有针对性地进行工程完善。 如果发现严重的质量问题，可以及时采取补救措施，比如某房地产开发项目的验收环节对工程测量中，使用三维激光扫描技术以及建筑信息模型相结合的方式对建筑的空间数据进行测量和分析，及时发现了外墙存在的问题，并利用所得数据，及时进行修补和更正，保证了施工的质量，进而保证工程的精密度。

5 结语

综上所述，三维激光扫描技术和建筑信息模型都是在建筑工程施工过程中有重要作用的技术，能为建筑工程提供更加精确的数据和更高效率的工作，将二者结合应用更是能在工程中的多个环节体现。 相关建筑单位应该加大对二者的重视，不断优化技术， 并将其更广泛地使用在各个建筑工程当中，促进整个建筑行业的发展。