多維技術(shù)在古建筑群改造中的應(yīng)用

古建保護(hù)與設(shè)計(jì)改造在業(yè)內(nèi)一直備受關(guān)注，但苦于沒(méi)有找到一個(gè)好的方法和途徑對(duì)古建的現(xiàn)狀進(jìn)行真實(shí)完整的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，而無(wú)法做到真正意義上的保護(hù)與設(shè)計(jì)。思南路舊房改造項(xiàng)目利用三維激光測(cè)繪、點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理、BIM平臺(tái)修復(fù)模型，使古建的原始數(shù)據(jù)得到完整的采集、存儲(chǔ)并重建。

背景

上海現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)集團(tuán)工程建設(shè)咨詢(xún)有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)為“現(xiàn)代建設(shè)咨詢(xún)”）是上海現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)（集團(tuán)）有限公司全資子公司，是集團(tuán)旗下從事建筑設(shè)計(jì)、工程咨詢(xún)、工程總承包的專(zhuān)業(yè)子公司，具有設(shè)計(jì)甲級(jí)、設(shè)計(jì)施工總承包一級(jí)、工程咨詢(xún)甲級(jí)等各類(lèi)資質(zhì)15項(xiàng)，覆蓋項(xiàng)目建設(shè)全過(guò)程。公司將依托集團(tuán)技術(shù)和品牌優(yōu)勢(shì)，堅(jiān)持三位一體，互補(bǔ)互進(jìn)的原則，融合、集成各部門(mén)在設(shè)計(jì)、咨詢(xún)、施工領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗(yàn)及專(zhuān)業(yè)成就，打造基于設(shè)計(jì)、咨詢(xún)、施工三位一體全過(guò)程優(yōu)勢(shì)的專(zhuān)項(xiàng)建筑EPC特色品牌，致力于成為國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)領(lǐng)先的品牌型公司。

一條可以追溯到上世紀(jì)20年代的歷史老街思南路，正是“思南公館”的來(lái)源，也因?yàn)樗恼Q生，復(fù)興了歷史的流金歲月，也啟發(fā)著城市改造的新方式。思南公館北臨環(huán)境優(yōu)雅的復(fù)興中路和復(fù)興公園，中山故居，中國(guó)共產(chǎn)黨上海辦事處“周公館”設(shè)立于此，近代歷史名人柳亞子、梅蘭芳先后在此居住。東靠交通便捷的重慶南路，靜謐的思南路貫穿其中。作為上海成片花園住宅最集中的區(qū)域之一，思南路可謂占盡天機(jī)。

思南路改造由47#和48#地塊兩部分組成，項(xiàng)目由法國(guó)夏邦杰建筑設(shè)計(jì)咨詢(xún)公司完成方案設(shè)計(jì)，現(xiàn)代設(shè)計(jì)集團(tuán)江歡成建筑設(shè)計(jì)有限公司完成深化設(shè)計(jì)。目前47#地塊地上建筑面積10425平方米，地下建筑面積23000平方米，目前已經(jīng)建成投入使用；48#地塊由11棟老建筑組成，對(duì)其改造正在進(jìn)行中。

總體實(shí)施流程

在思南路古建筑群改造項(xiàng)目中，上海現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)集團(tuán)工程建設(shè)咨詢(xún)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為“現(xiàn)代建設(shè)咨詢(xún)”）通過(guò)多次嘗試總結(jié)出一套結(jié)合多維技術(shù)（三維掃描技術(shù)、BIM技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)與GIS結(jié)合）解決舊房改造疑難問(wèn)題的全過(guò)程解決方案，極大地提高了工作效率和質(zhì)量。

在思南路古建筑群改造項(xiàng)目中，現(xiàn)代建設(shè)咨詢(xún)的多維技術(shù)的實(shí)施流程是這樣的：首先通過(guò)三維掃描儀記錄歷史建筑三維信息，并借助逆向工程手段生成模型，這樣的好處是比傳統(tǒng)測(cè)繪手段方便、快捷。然后通過(guò)三維掃描模型與BIM模型比對(duì)，快速發(fā)現(xiàn)改造前后的不同，使管線(xiàn)綜合更加切合實(shí)際，保證對(duì)舊建筑的保護(hù)。最后導(dǎo)出三維掃描和BIM模型數(shù)據(jù)信息到自主開(kāi)發(fā)的VR系統(tǒng)中，并結(jié)合GIS，提供客戶(hù)浸入式的展示體驗(yàn)和信息互動(dòng)。

思南路夜景

三維掃描技術(shù)在舊房改造中的應(yīng)用

三維激光掃描技術(shù)是國(guó)際上近期發(fā)展的一項(xiàng)高新技術(shù)。目前三維激光掃描儀在工程領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，該技術(shù)通過(guò)高速激光測(cè)距原理，瞬時(shí)測(cè)得空間三維坐標(biāo)值，獲取空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)。和傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)相比，三維掃描技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是更快速、更精確、更真實(shí)地還原被測(cè)對(duì)象的原形原貌。對(duì)進(jìn)行后續(xù)環(huán)節(jié)的工作開(kāi)展提供了準(zhǔn)確詳實(shí)的數(shù)據(jù)支撐，能顯著提高后續(xù)工作的效率和質(zhì)量。

多維技術(shù)實(shí)施流程圖

三維激光掃描流程圖

激光掃描儀

現(xiàn)代建設(shè)咨詢(xún)一直對(duì)三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用前景非常看好。其之前在南京路上海第一食品改造項(xiàng)目與嘉興太湖明珠酒店項(xiàng)目都已經(jīng)有過(guò)成功的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。針對(duì)該項(xiàng)目大型歷史保護(hù)建筑群改造的性質(zhì)，現(xiàn)代建設(shè)咨詢(xún)立刻想到了三維激光掃描，并根據(jù)實(shí)際情況制定了激光掃描的流程。第一步，配合三維掃描服務(wù)公司，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的激光掃描工作；第二步，對(duì)掃描得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使之能夠?qū)隑IM軟件；第三步，根據(jù)現(xiàn)有圖紙建立BIM模型；第四步，整合BIM模型和激光掃描，優(yōu)化BIM模型。

相對(duì)于傳統(tǒng)的測(cè)繪，三維激光掃描不僅大量節(jié)約時(shí)間與人力，而且采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以直接生成三維點(diǎn)云模型，作為電子數(shù)據(jù)永久存檔。

掃描出來(lái)的數(shù)據(jù)模型不僅外形與實(shí)物一樣，其包含所有的幾何信息也與實(shí)物完全一致。通過(guò)測(cè)量點(diǎn)云數(shù)據(jù)中點(diǎn)之間的距離，獲取該門(mén)的實(shí)際高度和寬度。

三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以導(dǎo)入到CAD、 Revit等軟件中，進(jìn)行后續(xù)的處理與加工，并且可以在Revit中通過(guò)捕捉點(diǎn)直接繪制生成幾何體。

現(xiàn)場(chǎng)采集

掃描數(shù)據(jù)模型

點(diǎn)云模型中測(cè)量數(shù)據(jù)

BIM技術(shù)在舊房改造中的應(yīng)用

上文已經(jīng)提到了一些點(diǎn)云數(shù)據(jù)在 Revit中的處理，應(yīng)該說(shuō)在 Revit 2012及以后的版本中，與激光掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的兼容與結(jié)合做的是相當(dāng)不錯(cuò)的。BIM技術(shù)與點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)合應(yīng)用的流程并不復(fù)雜。第一步，根據(jù)施工圖構(gòu)建建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備專(zhuān)業(yè)的 BIM模型；第二步，進(jìn)行BIM模型各個(gè)專(zhuān)業(yè)之間的碰撞檢測(cè)及管線(xiàn)綜合；第三步，把BIM模型和三維掃描得到的點(diǎn)云模型結(jié)合；第四步，根據(jù)三維點(diǎn)云模型檢測(cè)BIM模型對(duì)老建筑改造的影響及可實(shí)施性，并修正BIM模型。

項(xiàng)目BIM模型的創(chuàng)建與應(yīng)用。BIM模型可以說(shuō)是整個(gè)項(xiàng)目中多維技術(shù)運(yùn)用的核心，起到承前啟后的作用，并保持?jǐn)?shù)據(jù)鏈的完整。

地塊上改造好的建筑模型及單獨(dú)的建筑模型

建筑模型細(xì)部

碰撞檢測(cè)報(bào)告

由于Revit模型還要承擔(dān)后期虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)源的任務(wù)，因此模型的詳細(xì)程度要求非常高，以保證在后期能達(dá)到虛擬展示的效果。

優(yōu)化設(shè)計(jì)是BIM技術(shù)中一項(xiàng)最基本的應(yīng)用，而在思南路古建筑群改造項(xiàng)目中還不僅僅停留在對(duì)傳統(tǒng)二維施工圖的錯(cuò)漏碰缺進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于歷史保護(hù)建筑的改造，法律與規(guī)范方面有非常嚴(yán)格要求，特別是外立面與屋頂，要求盡量要與古建筑的風(fēng)貌保持一致，做到修舊如舊，因此結(jié)合三維掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)檢查模型與實(shí)際建筑的吻合程度也是一項(xiàng)重要的工作內(nèi)容。

在本項(xiàng)目中，業(yè)主方也非常希望將那些有著豐富歷史文化韻味的部件與構(gòu)件盡量傳承下來(lái)，或者重新還原。基于這樣的出發(fā)點(diǎn)，需要對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行逆向工程的處理，完成掃描數(shù)據(jù)復(fù)雜曲面形體的繪制工作。通過(guò)點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成的實(shí)體模型，可以為以后文物的恢復(fù)工作提供完整的數(shù)據(jù)信息，并且還可運(yùn)用到虛擬現(xiàn)實(shí)中，完美體現(xiàn)出改造完成后修舊如舊的效果。

公司這兩年在BIM方面投入很大，發(fā)展的決心也很強(qiáng)，這兩年也有越來(lái)越多的項(xiàng)目開(kāi)始上BIM平臺(tái)，既有公司方面的主觀意愿，也有業(yè)主方面給予的壓力。

——上海現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)集團(tuán)工程建設(shè)咨詢(xún)有限公司董事長(zhǎng) 夏冰

思南路項(xiàng)目的實(shí)踐與成功，幫助我們完善了應(yīng)對(duì)這類(lèi)型項(xiàng)目所需要的先進(jìn)技術(shù)，積累了項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，使我們把控這種類(lèi)型項(xiàng)目的能力變的更強(qiáng)。

——上海現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)集團(tuán)工程建設(shè)咨詢(xún)有限公司總工程師 朱盛波

歷史保護(hù)建筑的難點(diǎn)在于數(shù)據(jù)采集，三維激光掃描技術(shù)保證了原始設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確，又根據(jù)掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)創(chuàng)建了Revit模型，保留了原始數(shù)據(jù)的完整，思南路舊房改造項(xiàng)目可以算是歷史保護(hù)建筑修繕項(xiàng)目的里程碑案例。

——上海現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)集團(tuán)工程建設(shè)咨詢(xún)有限公司副總工程師 呂芳

思南路這種古建筑改造項(xiàng)目，對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)一直以來(lái)就是難題，而最難的部分就是原始數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，激光掃描與BIM技術(shù)的結(jié)合有效的解決了這個(gè)問(wèn)題。

——上海現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)集團(tuán)工程建設(shè)咨詢(xún)有限公司副主任工程師 李衛(wèi)東

我們一直在拓展應(yīng)用BIM技術(shù)，也在其他項(xiàng)目中應(yīng)用過(guò)激光掃描技術(shù)，還有些項(xiàng)目需要用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，但是思南路歷史保護(hù)建筑改造的特殊需求，使我們將這些技術(shù)與手段在實(shí)際項(xiàng)目中綜合的運(yùn)用了一次，應(yīng)該說(shuō)效果還不錯(cuò)。

——上海現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)集團(tuán)工程建設(shè)咨詢(xún)有限公司研發(fā)部工程師 楊家躍

VR與GIS在項(xiàng)目展示中的應(yīng)用

思南路為上海市中心最繁華又有底蘊(yùn)的地段，業(yè)主在營(yíng)銷(xiāo)方面也別出心裁，希望客戶(hù)不用來(lái)到現(xiàn)場(chǎng)，即能完整感受到這些古建筑的人文氣息與奢華裝修。要完成這個(gè)目標(biāo)需要科技與藝術(shù)的完美結(jié)合。在這個(gè)項(xiàng)目中，將BIM模型數(shù)據(jù)導(dǎo)出到虛擬漫游程序中，從而提供用戶(hù)真實(shí)的浸入式體驗(yàn)。客戶(hù)可以遠(yuǎn)在萬(wàn)里，通過(guò)電腦與鼠標(biāo)進(jìn)行交互式的體驗(yàn)。

古建保護(hù)與設(shè)計(jì)改造在業(yè)內(nèi)一直備受關(guān)注，但苦于沒(méi)有找到一個(gè)好的方法和途徑對(duì)古建的現(xiàn)狀進(jìn)行真實(shí)完整的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，而無(wú)法做到真正意義上的保護(hù)與設(shè)計(jì)。然而，思南路舊房改造項(xiàng)目卻做到了這一點(diǎn)，三維激光測(cè)繪、點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理、BIM平臺(tái)修復(fù)模型，使古建的原始數(shù)據(jù)得到完整的采集、存儲(chǔ)并重建。重建后的BIM現(xiàn)狀模型為改造設(shè)計(jì)提供了扎實(shí)的數(shù)據(jù)參照，真正的做到了保護(hù)性設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)階段的模型又成為后期的虛擬漫游的原始素材，保持了數(shù)據(jù)鏈的完整性。

VR虛擬漫游

通過(guò)結(jié)合多維技術(shù)的應(yīng)用，為古建筑改造提出了嶄新的思路和解決方案，實(shí)現(xiàn)了從前期測(cè)繪到后期展示的全數(shù)字化應(yīng)用，取得了積極的成果。