建筑工程中3D掃描測量與BIM技術的應用探討

陳 祥 王 燁 王飛朋

（1. 中鐵第六勘察設計院集團有限公司，四川 成都 610000； 2. 運城職業技術學院，山西 運城 044000）

3D掃描測量可謂是現階段建筑工程領域在GPS、RS等技術之后的一大技術創新，具有自行測量、采集與處理數據，實時生成與傳送點云、3D圖像，數字化基礎數據同享等功能。就BIM技術而言，是推動國內建筑業高速步入信息化時代的關鍵支撐，以其為基礎的建筑工程信息化建設極為重要，可改善項目生產效率，強化工程建造質量，將其與3D掃描測量相結合，可為建筑工程更好地發展提供有力支撐，不僅能對原始現場資料存檔，基于現場數據高速逆向建模，還能對施工質量加以比較等，對國內建筑業的可持續性發展大有裨益。

1 3D掃描測量與BIM技術概述

在經濟社會、科學技術蓬勃發展的背景下，3D掃描測量技術有了一定的進步，其屬于高新技術之一，從以往的單點式收集數據發展演變成了自動連續獲知數據，該技術可謂是整個三維數據獲知與重構技術體系內的新興技術，還被叫作“實景復制技術”與“高清晰測量”，在工業制造、醫學、軍事等領域獲取了極為廣泛的運用。特別是在建筑業信息化、工業化建設日益深化的背景下，該技術在建筑工程領域的應用愈加頻繁。

就BIM技術而言，在國內已具備一定的發展時間，現階段該技術正處在高速發展與深度運用時期。該技術即建筑信息模型，其中B表示Building，寓意所有土木工程建設項目；I為Information，不單單表示信息傳輸，也囊括信息在建筑整個生命周期內所有單位以及流程之間的“互用”“集成”；M即Modeling，囊括靜態的Model與動態Modeling以及對應的管理Management。其是囊括了構建和管理設施物理以及功能特征的數字化表述過程，在此期間形成的所有建筑信息模型即可以分享的知識資源，為設施由剛開始的概念階段至設計、施工等整個生命周期內的決策提供支撐。

3D掃描測量和BIM技術的有效結合，可為BIM技術在工程施工中的運用予以支撐。在這一階段，把BIM模型在現場管理中運用應借助集成有效的技術方式為基礎，恰好3D掃描測量技術能對工程施工現場的繁雜情況有效記載，并與BIM模型加以比較，能為建筑工程質量檢測、驗收予以幫助。

本文提到的3D掃描測量和BIM技術的結合具體表示針對BIM模型以及與之有關的3D掃描模型實施模型比較、轉換以及協調，以此為建筑工程的質量檢驗、迅速建設模型、縮減返工率提供幫助。當前，3D掃描測量和BIM技術的集成在建筑工程管理方面的運用囊括：工程質量的檢驗、建筑物的改造、變形監測等。在3D掃描測量和BIM技術蓬勃發展的今天，兩者位于建筑工程領域的運用勢必不斷加深，為建筑工程事業的發展提供助力。

2 建筑工程中3D掃描測量與BIM技術的應用

BIM技術不但為模型結果，也可視為是過程與各方的協同。但工程建造時，這一具有項目指導與虛擬施工作用的BIM模型，通常未對現場繁雜的因素予以關注，難以為工程施工進行正確引導，如何讓其更好地在現場管理中運用，為工程建設順利實施予以支撐， 便需借助相應技術方式。 對此，我們嘗試將3D掃描測量與BIM技術相結合。

2.1 對原始現場資料進行存檔

3D掃描測量技術可謂是對建筑工程實測實量數據有效收集的最佳手段，不但具備較好的掃描精度，還能對既定工程部位以及關鍵位置的數據進行有效采集，并轉換為電子資料進行存檔。

2.2 現場數據高速逆向建模

現階段，建筑工程領域內對BIM技術進行利用的往往都是大規模、工程繁雜抑或施工較為困難的工程項目抑或政府項目。伴同政策推進，BIM技術獲取了更進一步的發展，模型庫日漸完善，行業標準初步構成，其運用范圍得以擴張，該技術開始在更多的工程項目中運用，且被項目參與方接受與認可。然而，實踐操作時，因被成本管理、市場運作等因素干擾，使其運用通常是劃分階段運用，在某階段具備應用需求時，不具備前期的BIM工作為支撐，便應利用3D掃描測量技術對建筑實體掃描，實施逆向建模。

就環境繁雜的深基坑項目而言，不管是基礎設計抑或維護結構的設計均需具體且精確的地貌資料，但以往的測繪方式因選擇了離散單點收集三維坐標的方式，具有測點有限、精度不高等不足，難以與設計精度、工程進度所提需要相一致的特點。這就可對3D掃描測量技術加以利用，其經由選擇適宜的站點、位置以及數量，明確掃描路徑，從多個角度入手對實體建筑加以掃描，獲知點云數據，并經由軟件對獲知的數據實施預處理、云數據拼接，在坐標校正后把相關數據傳輸至地理坐標內，實施三維建模，為之后的工程設計規劃、構建BIM模型予以支撐。

2.3 施工質量的比較

BIM技術能為工程項目整個生命周期的決策予以支撐，然而因項目建造較為繁雜，設計變更、施工問題等會使實際施工和BIM模型具有差異，難以有效體現施工效果。而經由3D掃描測量的利用，能獲知點云數據，在軟件處理以后能轉換成BIM模型數據，存在較強的現實意義及指導功能。而后與構建的BIM、CAD模型實施精度比較，明確工程現場數字模型和設計模型具有的差異，保證施工更為高效、可靠，從而獲知工程狀況，變革了以往施工現場誤差復核模式，縮減了因工程施工技術、操作匱乏規范性等所致的工期延緩、成本增加等現象，使設計模型與工程實際狀況更貼合。

就結構、造型繁雜的大規模幕墻安裝工程來看，以往的安裝方式需借助全站儀等針對建筑實施整體測量，明確結構尺寸，且依據單位幕墻繪制垂直與水平控制線，保證標高、軸線統一，并重復檢驗、審核，不但浪費時間且效率不高。而經由3D掃描測量采集數據、整理與分析，對結構尺寸進行復核，能給幕墻優化設計給予準確數據，并經由3D掃描模型和BIM模型的整合，能再一次對幕墻設計的精確性進行復核，從而更好地指導工程施工。

2.4 工程進度追蹤、質量檢測

以往的工程進度追蹤、質量檢測通常選擇抽樣檢測方式進行，對投資規模大、參建方多、管理較為困難的大型工程來看，既浪費時間，也不具備較高的效率。但經由3D掃描測量與BIM技術進行全數檢查，能規避抽樣檢測具有的隨機性，確保數據可靠、精確，可改善質量檢測效率與效果。對監理工作者而言，縮減了工作難度，如某些高風險、費時性測量工作能經由掃描進行，在工程現場進行掃描儀后，可在后臺具體分析、比較，獲知工程實際建設情況，且變革了項目參與方的交流模式，經由音視頻取締文字、數據信息?？梢?，3D掃描測量和BIM技術的應用促進了建筑工程創新發展， 讓質量管理開始面向精細、 信息化方向行進?，F階段，兩者地結合在對大規模建筑工程中的墻等結構建造精度檢測時獲取了廣泛運用。

2.5 運維管理

建筑工程在歷經規劃、設計與施工環節，投入一定的資金以及時間以后，工程預期效益便會在運轉階段實現。就運維階段而言，維護修繕以及改建所需投入的成本在建筑工程整個生命周期成本中的占比通常在80%之上，如果由經濟層面來看，對這一階段的成本進行縮減極為必要。就BIM的運用來看，對結構繁雜且功能多元的建筑，3D掃描測量給BIM技術的運用給予了支撐，能為管理人員更好的管理現場、設備、成本予以幫助，對資源進行優化配置、高效利用，縮減運維資金。

3 典型應用案例

3.1 裝配式建筑安裝和質量監測

3D掃描測量和BIM技術能在工程質量檢測以及裝配式建筑預制構件的安裝中運用，經由數據比較分析，能獲知工程現場施工和設計圖紙具有的差異，從而更好地引導結構安裝、檢測構建，保證裝配效果。譬如深圳機場T3航站樓，其可謂是我國第一次利用3D掃描測量進行幕墻安裝施工的工程項目，基于起始點構建首級平面控制網，并在其中實施控制點的二、三級加密，高程選擇四等水準布控，實測鋼結構以及幕墻節點對應的三維坐標傳輸至設計工作者，對結構特征點對應的單位坐標進行提取，結合各級測量控制點并借助全站儀把相關坐標置于設計位置以便施工運用，保證測量、施工精度與要求相符。

建筑工業化項目施工對3D掃描測量與BIM技術進行利用，先借助BIM軟件針對工程項目整體與相關部分實施設計，PC構件廠以BIM模型與相關數據為基礎對各層所需墻板、梁等“零件”進行生產，最后驗收工作者經由3D掃描測量技術實施構件的質量檢驗，并直觀展現構件缺陷。

3.2 古建筑與文化保護

經由對3D掃描測量技術的利用，可將年代久遠、未修葺且匱乏設計資料的古建筑以及文物加以掃描，獲知準確參數，迅速且正確產生電子化記錄，并進行數字存檔，且借助BIM逆向建模對設計圖紙永久留存，便于之后修葺改造。如北京故宮等均開始對館內文物實施3D掃描測量與建檔，且構建產生了數字化博物館。

3.3 工程改造與擴建

現階段，國內建筑工程改擴建項目驟增，基于原有設計方案構建BIM模型，可為設計方案的比較、合理選擇予以幫助。譬如，上海迪士尼的改建，經由3D掃描測量獲知以往的建筑參數，逆向構建BIM模型傳輸至國外設計談對實施方案設計，施工過程經由視頻監控實時監督、引導。

4 結語

概括而言，3D掃描測量和BIM技術在建筑工程領域的應用極為必要，促進了建筑工程信息化建設，不僅能對原始現場資料進行存檔、基于現場數據高速逆向建模，還能進行施工質量的比較等。本文先對3D掃描測量與BIM技術進行了闡述，而后對建筑工程中3D掃描測量與BIM技術的應用及典型應用案例進行了分析，望以此為國內建筑工程更好的發展予以參考。