BIM結合三維激光掃描技術在礦山建設施工測量中應用

唐 麗

（重慶建筑工程職業學院，重慶 400072）

利用BIM結合三維激光掃描技術可以完成礦山三維信息模型構建。模型的構建即是對礦山及其相關的地質數據等進行統一表現和管理，實現礦山的地址信息儲存和使用[1]。常規的測量方法只能獲取單點信息，而BIM結合三維激光技術的應用，為礦山建設施工提供了新型的技術指導。

1 BIM結合三維掃描技術的應用設計

三維掃描儀是基于三維掃描技術的測量儀器，其內有發射激光的裝置，利用反光鏡的迅速并且按照一定的順序旋轉，實現對測量區域的掃描，進而形成相應的地質信息模型。在實際礦山地質建設施工測量中，利用發射的激光從發射到回到儀器的時間來計算實際距離，同時使用編碼器檢測脈沖的相應角度，從而獲取測量實物的三維坐標和形態。三維掃描儀器利用激光運行的時間計算出掃描儀與實際物體的距離為Qp，編碼器可以測量脈沖水平方向和數值方向的掃描角度α和β，并使用者三個信息數據計算出測量區域的三維空間坐標。三維激光空間坐標計算公式為：

圖1 三維掃描技術設計

三維掃描技術利用掃描儀器內部坐標，X軸在水平方向，Y軸在豎直方向，并且X軸和Y軸保持垂直，Z軸與水平方向的掃描面垂直，如圖1所示。

2 BIM結合三維掃描技術在礦山施工中的應用流程

2.1 在礦山測量中的掃描工作

掃描工作共由布設、現場掃描、細節掃描、確定坐標組成。布設要實地考察測量區域周圍的環境，按照掃描區域的位置、范圍和應該獲得的重要性質，從而確定測量站和發射芯片的數量和具體位置，確保能夠全方位獲得掃描區域信息盡可能縮減測量站點的數量，從而縮小對個測量站點信息交流中的誤差[2]。根據礦山建設工程實際情況，共布設5個測量站點，每個測量站點有7個反射片分布。在選定的測量站點放置掃描儀，調節掃描儀到合適的位置，并與計算機連接起來，將掃描的區域實物形成影響并展示在顯示屏上。并按照設置好的儀器參數實現現場環境的自動掃描。等到測量站點掃描完成后，細節掃描反射片，并選取反射片的中心位置作為標識，由細節掃描確定中心位置。待到掃描工作完成后，確定測量站點中的反射片坐標，為展示云數據坐標提供一定的基礎，并利用GPS確定中心位置坐標。

2.2 建立三維數據模型

對于礦山建設施工測量時，需要數片點云收集現場信息數據，可以提高片點直接的交接速率，縮減噪聲點的數量。一般常見的采樣方式有分散采樣、抽取采樣等，由于分散采樣和抽取采樣不能有效地收集實物形態特征，在實際采集信息數據時容易導致實物的重要特征，所以其逐漸被法矢采集方法替代[3]。法矢采集方法應用流程如圖2所示，利用法矢采集信息方法實現交接，此采集方法可以更大程度地保存點云的細小現象，也能夠確保采集信息的準確性。

圖2 法矢采集方法應用流程

對于采集到的信息數據進行計算方法共三種，即點與點、點與影響、點與掃描面。點與點計算方式較為簡單，但容易造成點與點計算中出現部分極值；點與影響方式可以加快計算速率，然而交接準確度卻太低；點與掃描面的算法的精確度最高，此類方法可以取代前兩種算法，不容易導致部分極值的現象發生，但耗費大量的時間[4]。將點與掃描面以及點與影像融合在一起建立新型算法，不僅可以進行快速掃描實物環境和繪制實物影像，也能夠充分發揮點與掃描面計算方法的準確優勢，從而達到快捷、效率極高的目標。

在礦山建設施工測量過程中，難免會出現部分點之間的錯誤對應現象，為了避免此現象的發生，需要設定相關的判別標準。利用曲面限制方法和運動限制方法可以實現錯誤對應點的判斷。曲面限制方法即為選用測量實物通過不同的角度對相同位置的彎曲程度、法矢等進行限制，該限制方法具有高精度的特點。同時采用對應點保持一致的原則，按照對應點之間恒定的距離準則進行限制，可以實現165個錯誤點對應的校驗。

通過以上環節的篩選，即可獲取最后的對應點集合，并選取最小二乘法計算點云的坐標系數實施交接。每個測量站點的云數據交接后，并與反射片的中心位置坐標結合，轉化為礦山建設測量實物環境的大坐標。通過對礦山實地環境掃描結束后，可以獲得現場的云數據，并建立相應的三維信息數據模型，從而構建礦山施工場地的地質模型并繪制礦山施工場地的地形圖和地質圖，進而實現分析礦山地質的穩定性。

3 結語

針對BIM結合三維激光掃描技術在礦山施工測量中的應用設計以及應用流程進行分析，由此可見此掃描技術具有快捷、準確等使用優勢。保證礦區地質測量的信息數據準確性，可以極大地提高掃描技術的測量效率和質量。通過構建礦山地質數據模型，將礦區的開采圖像、信息數據和開采形態統一管理，真正意義上實現對礦山施工活動的實時監管。

[1]王代兵,楊紅巖,邢亞飛,等.BIM與三維激光掃描技術在天津周大福金融中心幕墻工程逆向施工中的應用[J].施工技術,2017,11(23):10-13.

[2]馬興勝,武楊,趙蕾,等.3D掃描技術與BIM技術在機電改造工程中的應用研究[J].施工技術,2017,08(S1):487-490.

[3]張國峰.BIM在建筑工程巖土勘察三維虛擬現實可視化中的應用[J].建筑技術,2017,48(3):275-277.

[4]趙亮.基于BIM的三維協同設計技術在煤礦設計企業中的應用[J].煤炭工程,2017,49(6):29-31.