評(píng)估應(yīng)用于工業(yè)遺產(chǎn)的SCAN-UAV-HBIM工作流程

摘要：保護(hù)歷史環(huán)境需要在其自身價(jià)值與歷史建筑面臨的新挑戰(zhàn)之間保持平衡。因此，工業(yè)遺產(chǎn)作為一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的體現(xiàn)，代表著一種文化價(jià)值。盡管工業(yè)遺產(chǎn)是一種相對(duì)較新的遺產(chǎn)，其同樣有適應(yīng)性再利用的需求。為了實(shí)現(xiàn)這一功能，建筑信息模型（BIM）平臺(tái)的出現(xiàn)至關(guān)重要，因?yàn)樗梢栽谶z產(chǎn)項(xiàng)目或歷史建筑信息模型（HBIM）中開發(fā)干預(yù)項(xiàng)目的所有周期。該模型在幾何形狀精度方面的質(zhì)量無(wú)疑是研究人員、學(xué)者和專業(yè)人員面臨的挑戰(zhàn)之一。為了解模型的質(zhì)量和精確度，本文分析了西班牙拉帕爾馬（La Palma del Condado）火車站，一個(gè)具有遺產(chǎn)價(jià)值的工業(yè)建筑案例。所使用的研究方法基于從掃描（Scan）到建筑信息模型（BIM）的第一階段；在BIM-ArchiCAD環(huán)境下獲得建筑物的幾何形狀后，將信息模型與便攜激光掃描儀（PSL）獲得的點(diǎn)云進(jìn)行比較。在實(shí)驗(yàn)工作中，使用了Cyclone Register 360 軟件進(jìn)行處理，獲得的結(jié)果表明這兩種模型在云和幾何圖形之間可能存在顯著差異。

關(guān)鍵詞：歷史建筑信息模型；逆向工程；參數(shù)化對(duì)象；工業(yè)遺產(chǎn)；拉帕爾馬火車站

工業(yè)遺產(chǎn)作為一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的體現(xiàn)，代表著一種文化價(jià)值，它融合了與生產(chǎn)、材料、建筑空間的文化和功能以及工業(yè)時(shí)代的生產(chǎn)系統(tǒng)或工業(yè)化過程等非物質(zhì)方面有關(guān)的歷史見證的所有類型。全球范圍內(nèi)對(duì)工業(yè)史，特別是對(duì)這類遺產(chǎn)的研究興趣日益濃厚，這使得人們逐漸接受將工業(yè)遺產(chǎn)作為歷史遺產(chǎn)的一部分[1]。由于不同學(xué)科專業(yè)人員的需求，各類遺產(chǎn)保護(hù)協(xié)會(huì)、基金會(huì)以及國(guó)際古跡遺址理事會(huì)（ICOMOS）、國(guó)際工業(yè)遺產(chǎn)保護(hù)委員會(huì)（TICCIH）和聯(lián)合國(guó)教科文組織（UNESCO）等機(jī)構(gòu)，都在推動(dòng)工業(yè)時(shí)代遺跡的認(rèn)定、改善和價(jià)值傳播，將其作為當(dāng)?shù)赜洃浀囊徊糠諿2]。

目前，振興老舊工業(yè)空間最有效的做法之一，是通過促進(jìn)建筑物和受生產(chǎn)活動(dòng)廢止影響地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)再循環(huán)，對(duì)其要素進(jìn)行再利用[3]。國(guó)內(nèi)（西班牙）和國(guó)際層面都有許多保護(hù)和再利用工業(yè)地產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，比如將其改造成博物館或展覽空間，用于工業(yè)旅游、教育空間、文化和多功能中心用途，或用于住宅、行政或商業(yè)用途[4]。由于這種類型的建筑具有多功能性，因此在國(guó)際上如倫敦的泰特現(xiàn)代美術(shù)館（Tate Modern）、拉納克郡的新拉納克（New Lanark）工業(yè)村鎮(zhèn)等；在國(guó)內(nèi)（西班牙）層面，如巴塞羅那的22@街區(qū)或韋爾瓦（Huerva）的廷托河基金會(huì)（Rio TintoFoundation）等②，這些工業(yè)遺產(chǎn)再利用的案例成為非常典型的例子[5]。

一些研究者認(rèn)為，應(yīng)致力于從文化、創(chuàng)新、平等和可持續(xù)發(fā)展的態(tài)度出發(fā)，對(duì)影響工業(yè)遺產(chǎn)提升的路徑進(jìn)行回顧，同時(shí)考慮上述文化遺產(chǎn)再利用進(jìn)程中涉及造福社會(huì)的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和文化可持續(xù)發(fā)展的實(shí)例[6]。對(duì)工業(yè)遺產(chǎn)的干預(yù)是地方發(fā)展和城市振興戰(zhàn)略中具有可持續(xù)性標(biāo)準(zhǔn)的第一級(jí)地方資源，反過來(lái)也是潛在的復(fù)原力因素[7]。

有研究探討了如何將工業(yè)時(shí)代的遺跡融入城市結(jié)構(gòu)，以此作為改造生產(chǎn)景觀的一種戰(zhàn)略；在這種戰(zhàn)略中，可持續(xù)性和復(fù)原力發(fā)揮著重要作用[8]。這方面的專家通過各種經(jīng)驗(yàn)表明，工業(yè)遺產(chǎn)管理與可持續(xù)和有韌性的地方再生之間存在著密切聯(lián)系，這些經(jīng)驗(yàn)為將一系列從廢棄狀態(tài)中搶救出來(lái)的遺產(chǎn)引入生產(chǎn)和文化領(lǐng)域創(chuàng)造了新的機(jī)會(huì)，使其成為經(jīng)濟(jì)和社會(huì)振興戰(zhàn)略的一部分。

工業(yè)遺產(chǎn)的重要性最近體現(xiàn)在通過建筑信息模型（BIM）協(xié)作工作方法對(duì)這些歷史建筑進(jìn)行三維數(shù)字建模。眾所周知，這種三維建模系統(tǒng)代表了數(shù)字化設(shè)計(jì)和管理的一種新模式，在修復(fù)過程中具有巨大的潛力，因?yàn)樗c自動(dòng)化系統(tǒng)相結(jié)合，提高了診斷、設(shè)計(jì)和施工過程中的質(zhì)量控制，并且對(duì)現(xiàn)有遺產(chǎn)的記錄和保護(hù)也具有特別重要的意義。BIM工具可以通過查詢操作和特定的自動(dòng)化算法對(duì)大量變量進(jìn)行管理和分析，從而確保參與修復(fù)歷史遺產(chǎn)的不同機(jī)構(gòu)之間信息交流的有效性[9]。

一、建筑與藝術(shù)價(jià)值及其與BIM的關(guān)系

工業(yè)遺產(chǎn)是所有已知遺產(chǎn)中最年輕的遺產(chǎn)類型，這是因?yàn)樗慕ㄔ旒性?9世紀(jì)晚期及以后。總體來(lái)說，任何工業(yè)建筑群都包含一系列特色要素，如建筑物、機(jī)器、使用的能源、原材料等[10]。與此同時(shí)，大多數(shù)工業(yè)建筑都具有當(dāng)時(shí)典型的建筑風(fēng)格，這不僅體現(xiàn)在其功能性上，還涉及到設(shè)計(jì)師在建筑風(fēng)格上的獨(dú)特之處。沿著這些思路，我們可以識(shí)別出安達(dá)盧西亞（Andalusia）③的地方特色，尤其是其工業(yè)遺產(chǎn)的特征標(biāo)志，如裸露的磚塊、釉面陶瓷面板裝飾和金字塔形尖塔等，這些元素共同塑造了安達(dá)盧西亞的地域特色。

建筑信息模型（BIM）建模的概念于1974年首次被提出[11]。多年后，又形成了更符合時(shí)代要求的方法[12]。墨菲（Maurice Murphy）等[13]提出了歷史建筑信息模型（HBIM）作為一種新的歷史結(jié)構(gòu)建模系統(tǒng)。近年來(lái)，該方法論又朝著建筑遺產(chǎn)信息建模和管理（BHIMM）[14]，以及通過診斷輔助歷史建筑信息建模和管理的方向發(fā)展[15]。

關(guān)于BIM的研究表明，越來(lái)越多的人開始關(guān)注在已有建筑中使用該方法。HBIM研究的主要趨勢(shì)集中在建模技術(shù)、協(xié)作設(shè)計(jì)平臺(tái)、分析研究、數(shù)據(jù)管理、修復(fù)操作以及提供每個(gè)參與學(xué)科所特有的文獻(xiàn)資料，這表明歷史建筑的信息建模需要進(jìn)一步研究和發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的功能。盡管BIM在新建筑生命周期的設(shè)計(jì)和管理中得到了廣泛采用，但顯然需要投入更多資源開展研究，探索BIM軟件在遺產(chǎn)建筑和文化景觀管理中的能力，從而提高其囊括建筑遺產(chǎn)固有的有形和無(wú)形信息的能力[16]。目前，越來(lái)越多的技術(shù)被應(yīng)用于歷史和考古遺產(chǎn)的數(shù)字信息處理和可視化，如虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AugmentedReality）系統(tǒng)[17]。有研究表明，使用這些綜合技術(shù)并結(jié)合不同類型的數(shù)據(jù)對(duì)管理建筑遺產(chǎn)信息非常有用。可以使用三維激光掃描儀或地面激光掃描儀（TLS）和攝影測(cè)量技術(shù)（SfM）創(chuàng)建三維重建結(jié)構(gòu)，在數(shù)字重建的遺產(chǎn)環(huán)境中提供身臨其境的體驗(yàn)，從而改進(jìn)代表性數(shù)據(jù)的可視化和模擬中的互動(dòng)。其他能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)信息共享環(huán)境的可行技術(shù)包括結(jié)合了無(wú)線射頻識(shí)別（RFID）的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）。

一座建筑之所以被視為遺產(chǎn)，不僅因?yàn)樗哂薪ㄖr(jià)值，還因?yàn)樗臍v史內(nèi)涵和社會(huì)意義。重視其在社會(huì)中的重要性對(duì)于保護(hù)我們的歷史身份至關(guān)重要。因此，HBIM研究設(shè)定的目標(biāo)是進(jìn)行全面的歷史分析，匯集所有歷史信息，并在缺乏文獻(xiàn)的情況下進(jìn)行精確的平面測(cè)量。地形學(xué)、地理信息學(xué)和協(xié)作建模等新技術(shù)的應(yīng)用將提供高真實(shí)度和精確度。應(yīng)用方法的基礎(chǔ)是系統(tǒng)地整合TLS或無(wú)人機(jī)（UAV）數(shù)據(jù)采集技術(shù)和方法、點(diǎn)云存儲(chǔ)和處理、語(yǔ)義分析和分割、數(shù)據(jù)互操作性以及最后的HBIM管理。因此，HBIM項(xiàng)目可以為遺產(chǎn)建筑未來(lái)的干預(yù)和維護(hù)提供精確支持。

二、案例研究

我們選擇了西班牙安達(dá)盧西亞自治區(qū)韋爾瓦省的拉帕爾馬（La Palma del Condado）火車站，一座具有遺產(chǎn)價(jià)值的工業(yè)建筑作為研究對(duì)象。該建筑建于1880年，工程師為海梅·豐特·埃斯科拉（Jaime Font Escolá），業(yè)主為吉列爾莫·桑德海姆（Guillermo Sundheim）[18]（圖1）。與由馬德里—薩拉戈薩—阿利坎特（Madrid-Zaragoza-Alicante，MZA）鐵路公司管理的塞維利亞—韋爾瓦72號(hào)線上的其他車站一樣，該車站也是新穆德哈爾（Neo-Mudejar）風(fēng)格④。這種較新的建筑風(fēng)格主要是在19世紀(jì)末、20世紀(jì)初的公共建筑中采用的[19]。該建筑的所有外立面都使用了裸露的陶瓷磚，在門窗上重現(xiàn)了新穆德哈爾風(fēng)格的特色，使用了馬蹄形拱門（圖2）。門上的馬蹄形拱門由兩道圓形線條組成，一道直徑較小，一道直徑較大，使用同一圓心，并使用與墻體相同的磚塊[19][20]。在較大的拱上，垛口（salmer）或基底檐口（basal voussoir）處寬度最小，而拱頂石（keystone）處寬度最大，從垛口到拱頂石，寬度的變化是漸進(jìn)的（圖3a、b）。關(guān)于一樓的窗戶，其建筑布局沿用了特有的馬蹄形拱門形狀，窗楣和門楣的排列方式與門相同，但這里是用單磚砌成的（圖3c）。在其上部，包含了新穆德哈爾風(fēng)格的另一個(gè)典型元素——阿爾菲茲（Alfiz）（圖3d），其內(nèi)部的拱頂裝飾有十字形。在其下部，機(jī)制磚塊被用來(lái)創(chuàng)造對(duì)稱的幾何圖形，被稱為馬蜂窩形磚塊。目前由于保護(hù)不足，建筑物已經(jīng)嚴(yán)重老化，這是從未來(lái)介入（保護(hù)）角度看，該建筑物被選為研究對(duì)象的另一個(gè)主要原因。

三、研究方法

（一）數(shù)據(jù)收集和處理

勘測(cè)開始時(shí)，首先使用Leica BLK360便攜式激光掃描儀（PLS），在1.5米高的三腳架上進(jìn)行了19次TLS勘測(cè)，該設(shè)備已在其他項(xiàng)目中使用過[21]。在第二次勘測(cè)中，使用超過5米高的伸縮式三腳架對(duì)第一層屋頂進(jìn)行了掃描。在對(duì)掃描儀獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理時(shí)，使用了CycloneRegister360，這是Leica Geosystems的一款軟件，其中包含一種云對(duì)云匹配算法，可自動(dòng)配準(zhǔn)重疊的點(diǎn)云[22]。這款新近開發(fā)的軟件是管理不同記錄并生成報(bào)告的直觀工具，可確保所獲數(shù)據(jù)的質(zhì)量（圖4）。

對(duì)于數(shù)據(jù)集，就控制點(diǎn)而言，它們?cè)啻伪挥糜谡降慕ㄖy(cè)量控制[23]， 并可在幾何模型之后建立分析模型。多斯· 桑托斯（DosSantos）等揭示了對(duì)記錄進(jìn)行地理參照時(shí)地面控制點(diǎn)尺寸控制的復(fù)雜性[24]，這一過程必須通過毫米精度的地形測(cè)量設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)證。為此，使用了精度為2mm的Leica Flexline TS02全站儀（TS）[25]。使用Leica Viva GS08 Plus全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器進(jìn)行記錄[26]，可利用實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)測(cè)量技術(shù)（RTK）記錄感興趣點(diǎn)的空間位置，靜態(tài)模式精度為5mm+0.5ppm，垂直模式精度為10mm+0.5ppm。該系統(tǒng)基于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GPS、GLONASS和Galileo，可獲取額外數(shù)據(jù)以提高定位精度。

航空攝影測(cè)量工作使用的是大疆Mavic2Enterprise Dual無(wú)人機(jī)，起飛重量不到910克。這架無(wú)人機(jī)在同一個(gè)云臺(tái)上裝有兩臺(tái)相機(jī)：1）一臺(tái)M2ED紅外相機(jī)，配有一個(gè)非制冷Vox微測(cè)輻射熱計(jì)和一個(gè)HFOV鏡頭，57o，光圈為f/1.1，像素間距為12μm；2）M2ED視覺相機(jī)，配有3英寸CMOS傳感器，有效像素為1200萬(wàn)，F(xiàn)VO鏡頭約為85o，等效焦距35mm，光圈為f/2.8。兩個(gè)傳感器均可輸出Jpeg格式和MP4視頻格式。操作系統(tǒng)通過智能控制器執(zhí)行，該控制器可實(shí)時(shí)查看視覺和熱成像兩種光譜。大疆無(wú)人機(jī)有四種智能飛行計(jì)劃模式，包括“斜飛計(jì)劃”，該計(jì)劃的最低飛行高度為25米，這表示無(wú)人機(jī)獲取圖像的地面采樣距離（GSD）為0.76cm/px。在案例研究中，使用航空攝影測(cè)量法，調(diào)整了50米高的斜向飛行計(jì)劃，無(wú)人飛行器獲取圖像的地面取樣距離（GSD）為1.53cm/px[27]。攝影測(cè)量過程在Agisoft Metashape軟件中進(jìn)行（圖5）。

（二）TLS與UAV工作流程耦合

最后，對(duì)TLS和UAV點(diǎn)云進(jìn)行耦合分析和比較（見表1）。最佳擬合記錄由Leica Cyclone3DR軟件處理（圖6、7）。

（三）掃描至BIM流程

BIM項(xiàng)目中的參數(shù)化建模根據(jù)TLS和UAV勘測(cè)提供的信息啟動(dòng)，因此在HBIM項(xiàng)目中有效組織大數(shù)據(jù)至關(guān)重要。所有的這些數(shù)據(jù)都以點(diǎn)云為單位，按其位置或主題加以區(qū)分。之后可根據(jù)建造系統(tǒng)推進(jìn)語(yǔ)義分割過程，對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)分類[28]。該過程產(chǎn)生了5個(gè)點(diǎn)云組，并用Leica Cyclone 3DR（e57格式）進(jìn)行了分割。插入HBIM項(xiàng)目后，這些云組將轉(zhuǎn)換為參數(shù)庫(kù)（lcf格式），并引用到項(xiàng)目的同一來(lái)源。為了實(shí)現(xiàn)靈活的可視化和可操作性，數(shù)據(jù)集根據(jù)其位置（室內(nèi)、室外點(diǎn)云）或子部分（如屋頂層）分層管理（圖8）。

在分析的案例中，通過攝影測(cè)量后處理獲得的UAV勘測(cè)數(shù)據(jù)被添加到一個(gè)特定層中，用于屋頂監(jiān)測(cè)任務(wù)（TLS設(shè)備未捕獲屋頂數(shù)據(jù)）。

（四）HBIM項(xiàng)目中的參數(shù)化建模

參數(shù)庫(kù)（lcf格式文件）被鏈接到項(xiàng)目中，并放置在為點(diǎn)云定義的文件夾中，這種方法可以減小項(xiàng)目的文件大小（減輕存儲(chǔ)壓力）。這樣，建模必須按圖層分組進(jìn)行規(guī)劃，以流暢的方式工作，只保留適當(dāng)?shù)目梢妶D層：例如建筑物外部、內(nèi)部、第一層屋頂、第二層屋頂。在建模過程中，使用了基本的族（family）：墻、柱、板、梁、模板、屋頂、門和窗（圖9）。對(duì)于穆德哈爾建筑的特色要素，我們根據(jù)幾何描述語(yǔ)言（GDL）創(chuàng)建了參數(shù)對(duì)象，突出了門窗阿爾菲茲的構(gòu)造（圖10）。

對(duì)于包含植物裝飾的復(fù)雜元素，如支撐雨棚的澆鑄柱頭和柱子，則采用基于SfM攝影測(cè)量的網(wǎng)格到BIM流程，以提高細(xì)節(jié)層次（LoD）。工作流程在Agisoft Metashape軟件環(huán)境中執(zhí)行，獲得紋理化、縮放和優(yōu)化的網(wǎng)格（圖11a）。通過3DS/3DM到GSM的轉(zhuǎn)換過程，可將三維對(duì)象插入到HBIM項(xiàng)目中。在項(xiàng)目的當(dāng)前開發(fā)階段，已確定發(fā)展精度等級(jí)（LoD）為200，因此柱子最初是用Morph工具建模的（圖11b）。

（五）語(yǔ)義分類

BIM方法的一個(gè)主要組成部分是數(shù)據(jù)、圖形和元數(shù)據(jù)的互操作性，以便 HBIM項(xiàng)目中的所有參與者和合作者都能使用共同語(yǔ)言共享這些數(shù)據(jù)、圖形和元數(shù)據(jù)。盡管現(xiàn)如今遺產(chǎn)領(lǐng)域的語(yǔ)義和術(shù)語(yǔ)基礎(chǔ)仍不完善，但是一個(gè)合格的BIM項(xiàng)目必須包含按照其管理機(jī)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)格分類的建筑、藝術(shù)和歷史要素的語(yǔ)義組件，從而確保文化遺產(chǎn)保護(hù)與干預(yù)過程中的所有參與者的跨學(xué)科操作[29]。這樣，該模型就可以在文化遺產(chǎn)干預(yù)和保護(hù)的所有參與者之間實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科互操作。在加固西班牙赫雷斯（Jerez）大教堂大型壁柱的干預(yù)案例中，筆者所在團(tuán)隊(duì)建立了一個(gè)結(jié)構(gòu)元素系統(tǒng)，對(duì)所有部件進(jìn)行分段、加固（reinforcement）和加固系統(tǒng)（consolidation system）分類[30]。語(yǔ)義分類允許使用標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)構(gòu)建模型，以定義每個(gè)元素的屬性，這對(duì)于使用可在不同CAD/BIM建模應(yīng)用程序之間互操作的語(yǔ)義方法進(jìn)行有效的遺產(chǎn)保護(hù)至關(guān)重要。HBIM環(huán)境中的建模工作不斷取得進(jìn)展，但我們已經(jīng)意識(shí)到，由于歷史遺產(chǎn)的復(fù)雜性，其在忠實(shí)再現(xiàn)方面存在著局限性；另外還需要充分傳輸多學(xué)科數(shù)據(jù)，既要考慮到其社會(huì)文化價(jià)值，又要考慮到歷史建筑的保護(hù)活動(dòng)。本體論的存在對(duì)于促進(jìn)互操作性至關(guān)重要，它允許通過定義描述領(lǐng)域的類、屬性和關(guān)系，將現(xiàn)實(shí)的代表性模型概念化。筆者團(tuán)隊(duì)的研究提出了一種定義本體的方法和工具，該工具能夠管理和共享在保護(hù)過程中按照預(yù)防性和有規(guī)劃的保護(hù)方法獲得的信息和數(shù)據(jù)[31]。

在這一階段的工作中，對(duì)火車站的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、墻體元素、樓板、壁柱、屋頂、裝飾元素（如特色門窗）進(jìn)行了識(shí)別和適當(dāng)分類。每個(gè)元素的編碼都是基于標(biāo)準(zhǔn)的BIM分類SCFclassV2–Spain。隨后，在ArchiCAD軟件中進(jìn)行過濾和管理，包括以下幾個(gè)階段：1）按特定層和類型納入典型元素；2）確定修復(fù)階段，是現(xiàn)有的、待干預(yù)的還是新的；3）指定其作為建筑系統(tǒng)的功能，是結(jié)構(gòu)系統(tǒng)還是覆層系統(tǒng)；4）其在建筑群中的位置，是內(nèi)部元素還是外部元素。模型中的所有組成部分都被賦予“現(xiàn)有”的臨時(shí)狀態(tài)。在未來(lái)的修復(fù)中，將在模型的屬性分布中確定變化狀態(tài)（拆除、干預(yù)或替換）[32]。

（六）開放式BIM的互操作性

選擇開放式BIM方法意味著項(xiàng)目將以IFC格式進(jìn)行共享，其中包含適當(dāng)?shù)摹⒁堰_(dá)成共識(shí)的語(yǔ)義分類。這樣一來(lái)，無(wú)論是項(xiàng)目參與者還是外部人員，都能自主地探索模型、識(shí)別元素和獲取數(shù)量。

根據(jù)國(guó)家或地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)完成車站建模和分類后，模型將從ArchiCAD導(dǎo)出。然后，可以從任何OpenBIM平臺(tái)打開和瀏覽該模型（圖9）。圖12顯示了BIMVision界面中的模型。

必須對(duì)建模過程進(jìn)行評(píng)估，以便根據(jù)所達(dá)到的開發(fā)水平以及TLS和UAV設(shè)備獲得的真實(shí)準(zhǔn)確信息進(jìn)行驗(yàn)證[33]。為此，采用了BIM模型（IFC格式）和插入HBIM項(xiàng)目點(diǎn)云的比較程序（圖13）。在此之前，必須對(duì)模型進(jìn)行過濾，以便只獲得建筑外部的信息；這是因?yàn)樵撃Ｐ褪峭ㄟ^TLS掃描和攝影測(cè)量取得的⑤。此外還應(yīng)隱藏那些不太相關(guān)的裝飾元素（瓷磚）和與原狀家具不同的（從標(biāo)準(zhǔn)化BIM對(duì)象庫(kù)中插入的）類型化家具⑥。

使用Cyclone3DR軟件可以進(jìn)行BIM對(duì)齊，從而可以配準(zhǔn)參考點(diǎn)云和以IFC格式導(dǎo)入的3D模型。執(zhí)行命令時(shí)，界面被一分為二：左邊是點(diǎn)云，右邊是3D模型外部表面對(duì)象。所選的IFC對(duì)象將是附加到固定對(duì)象（點(diǎn)云）上的對(duì)象。通過對(duì)象的預(yù)對(duì)齊，兩個(gè)坐標(biāo)系將重合，因此有必要在點(diǎn)云參考框架中定義坐標(biāo)系的正確方向。進(jìn)行預(yù)對(duì)齊后，必須確定用于計(jì)算最佳擬合的最大吸引距離。一般建議保留Z軸方向（圖14），計(jì)算的數(shù)值如表2。

四、結(jié)果討論

本文詳細(xì)介紹了SCAN-UAV-HBIM工作流程應(yīng)用于工業(yè)遺產(chǎn)案例，從高精度設(shè)備提供的數(shù)據(jù)收集到三維模型的評(píng)估。三維建模的驗(yàn)證被確定為研究的主要目標(biāo)，將BIM模型與應(yīng)用于火車站的TLS和UAV勘測(cè)所提供的點(diǎn)云進(jìn)行比較。在比對(duì)過程中，IFC模型的1491個(gè)參數(shù)化元素被分成9個(gè)組或類型。表3顯示了結(jié)果摘要，指明了無(wú)數(shù)據(jù)分析的元素、未安裝的元素、不完整的元素和已正確安裝的元素。

通過檢查流程提供的數(shù)據(jù)（見表4），為每個(gè)覆蓋帶確定了覆蓋閾值和容差。最后一欄顯示了在上述范圍內(nèi)分類的元素，結(jié)論是正確安裝的元素?cái)?shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他元素，在總共1491個(gè)元素中，有1390個(gè)（93.226%）正確安裝。因此，我們可以認(rèn)為該歷史建筑信息模型的準(zhǔn)確性是可以接受的。

最后，該模型對(duì)于向社會(huì)傳播遺產(chǎn)也非常有效，突出了該鎮(zhèn)的逆工業(yè)化進(jìn)程；這些遺產(chǎn)與該地區(qū)的葡萄酒生產(chǎn)和人口運(yùn)輸有關(guān)，是拉帕爾馬發(fā)展和進(jìn)步的基礎(chǔ)支柱。最終，如圖15所示，依據(jù)該模型建立起火車站及其周邊環(huán)境的虛擬游覽系統(tǒng)。

五、結(jié)語(yǔ)

構(gòu)建一個(gè)具有歷史價(jià)值的BIM需要從分析已有文獻(xiàn)來(lái)識(shí)別歷史背景開始，著重凸顯建筑的社會(huì)、文化價(jià)值。在過程中需要使用精確的技術(shù)（TLSamp;UAV）來(lái)捕捉真實(shí)的幾何形狀，可以進(jìn)行充分的診斷、測(cè)量和虛擬監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)建筑中存在的翹曲、坍塌、縫隙等缺陷問題。HBIM項(xiàng)目提供了最新的平面測(cè)量（方法），提供了迄今為止尚不存在的文件，這將為建筑維護(hù)和未來(lái)的干預(yù)措施提供支持。一個(gè)真實(shí)、可用的紋理三維模型可以支持語(yǔ)義元數(shù)據(jù)，構(gòu)成一個(gè)跨學(xué)科數(shù)據(jù)庫(kù)。本文中應(yīng)用于建筑遺產(chǎn)的BIM方法促進(jìn)了相關(guān)人員之間的合作，并提供了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴８鶕?jù)建模的發(fā)展精度等級(jí)/發(fā)展等級(jí)（LoD200），該方法的工作流程產(chǎn)生了精確的參數(shù)化模型，并得到了大量適當(dāng)安裝的語(yǔ)義片段或元素的支撐（超過90%）。

[本研究由西班牙塞維利亞大學(xué)“VII自主研究計(jì)劃”資助]

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（責(zé)任編輯：孫秀麗）