精細BIM構建及其在修繕工程中的應用

　　【摘要】隨著社會的發(fā)展，BIM技術在各個方面越來越受到重視，現(xiàn)有建筑的BIM構建方法精細化程度不夠，難以滿足實際應用。本文提出了多源數(shù)據(jù)融合的精細BIM構建方法，實現(xiàn)了建筑物三維激光點云幾何特征信息與測量數(shù)據(jù)、圖紙、材質(zhì)信息的融合，構建出精細BIM，并探討了融合的精細BIM在修繕工程中的應用。

　　【關鍵詞】建筑信息模型(BIM);三維激光點云;多源數(shù)據(jù)融合;修繕工程

　　引言鑒于建筑信息模型(BIM，BuildingInformationModeling)技術在建設工程的應用優(yōu)勢，中國很早就在大型工程項目中采用了BIM技術，如北京奧運會水立方，上海中心大廈，天津港國際郵輪碼頭，上海迪士尼樂園等項目，均實現(xiàn)了一致的設計，精細的分工，有效縮短工期。這些應用也為后期運營管理提供了數(shù)據(jù)基礎[1]，但它們都集中在新建筑的設計和施工階段，在審計階段的應用還較少，BIM中含有豐富的建筑物三維信息，在審計工作中利用BIM可以有效提高審計效率，減少審計人員的工作量。

　　建筑工程論文范例： 關于BIM建筑結構設計過程的研究與實現(xiàn)

　　對于現(xiàn)有建筑，利用三維激光技術與BIM融合的研究與運用，同濟大學鄧林建等人在建筑物BIM重建方面也提出了一套方法，該方法融合了三維激光點云數(shù)據(jù)和無人機影像，實現(xiàn)BIM重建，并且達到了很高的精度[2];同濟大學繆盾等人，也針對BIM結合三維激光掃描在建筑中的應用進行一定闡述與研究[3];華北水利水電大學推曉偉在工程點云數(shù)據(jù)采集與逆向建模方面，使用GeomagicStudio、AutodeskRevit等軟件對結構BIM構建方法與應用進行了研究[4];還有在古建筑修復、橋梁施工、地下工程方面也有很多學者進行了研究[5-7]。

　　通過對這些前人成果的研究，了解到如果直接通過三維激光獲取的點云數(shù)據(jù)，總會存在相關構件信息缺失，提取信息過程復雜，BIM成果應用單一，還總會缺少基礎以及樓梯等無法進行掃描的構建，因此我們在此基礎上提出了結合建筑規(guī)范，基于室內(nèi)外點云數(shù)據(jù)與多源數(shù)據(jù)融合構建BIM的方法,可以有效解決以上問題。

　　近年來，政府出臺了很多政策來鼓勵審計行業(yè)將BIM這種新興的技術運用到實際工作中去，2018年，習近平在中央審計委員會第一次會議中強調(diào)，要堅持科技強審，加強審計信息化建設，可見，BIM在審計鄰域的應用是加強審計信息化、響應國家政策的必然要求。BIM技術還在不斷的發(fā)展完善，對于BIM在審計鄰域的應用也在不斷的研究與實踐，黃�，摲治隽爽F(xiàn)有的內(nèi)部審計面臨的風險和困境，以及引入BIM后的優(yōu)勢[8]。

　　孫少楠等人通過Revit、Navisworks等軟件研究了BIM在全過程審計中的應用[9]。有不少學者研究了在內(nèi)部工程的設計，施工、修繕等過程中運用BIM的審計方法，中北大學韓江帆通過兩個審計案例研究了BIM在高校內(nèi)部基建和修繕過程中的應用[10]，易操研究了BIM在建筑設計階段的審計工作中的應用優(yōu)勢[11]。

　　王夢蔚從設計、招投標、施工、竣工結算、運維五個審計階段進行分析,指在出高校內(nèi)部工程審計中引入BIM的必要性[12]。以上研究通過理論和實踐闡述了將BIM應用于審計的優(yōu)勢，為審計行業(yè)的信息化提供了思路和理論基礎。但由于審計行業(yè)缺少熟悉BIM的人員，而精通BIM的人員對審計工作比較陌生，目前還沒有一個成熟的平臺將這兩者結合起來，大多數(shù)研究都停留在理論階段，所以BIM在審計工作中的應用還有待研究和實踐。本文提出了多源數(shù)據(jù)融合的BIM構建方法，結合實例,探討了精細BIM在修繕工程中的應用。

　　1三維激光掃描技術與建筑信息模型

　　1.1三維激光掃描技術

　　三維激光掃描掃描儀，是根據(jù)激光測距原理進行工作的，通過自身的測距系統(tǒng)測出目標物體與三維激光掃描儀之間的空間距離，利用自身的測角系統(tǒng)測得目標物體與三維激光掃描儀之間的水平角以及天頂距，根據(jù)相關公式就可以計算出目標物體的空間坐標信息，通過自身的水平和垂直馬達等轉動裝置，在設計的測站上對目標物體的表面進行全面且完整地掃描，獲取目標物體表面完整且準確的三維點云數(shù)據(jù)[13]。該技術具有數(shù)字化程度較高、可擴展性強、高分辨率、非接觸式等特點，并具有廣泛的應用。

　　1.2建筑信息模型

　　BIM是利用建設工程項目中的相關建筑信息，去建立建筑的三維數(shù)字模型，通過模擬和還原建筑物的真實情況，實現(xiàn)對建筑的工程建設、設備管理、模擬施工等功能與應用。BIM具有信息的完整性、相關性、一致性、可視化、協(xié)調(diào)、模擬、優(yōu)化和可出圖八個特征。在設計和施工過程中，使用Revit、Archicad等軟件去創(chuàng)建BIM，而不是采用AutoCAD工作，不僅可以得到工作成果，同時也能很大程度的提升工程的內(nèi)在質(zhì)量。

　　2多源數(shù)據(jù)融合的精細BIM構建方法及審計應用

　　2.1基于三維激光點云構建BIM

　　2.1.1點云數(shù)據(jù)的采集與處理

　　對于構建BIM的點云數(shù)據(jù)采集，首先明確構建BIM的模型精度要求以及應用需要，對于不同精度下，采集站點的布設，必須考慮直接或間接影響軸網(wǎng)、標高等基準圖元確定的構件尺寸完整，例如墻板、梁、柱等構件，針對一些結構復雜，尺寸多變的構件以及室內(nèi)點云采集，也要考慮該構件的點云完整性和后期拼接配準問題，以便后期拼接配準。在點云數(shù)據(jù)處理上，先進行數(shù)據(jù)刪減、數(shù)據(jù)去噪、點云壓縮、點云配準、生成矢量數(shù)據(jù)，以及導出.TXT等格式點云數(shù)據(jù)等步驟。然后，在recap軟件中，可以把TXT點云文件導入，基于AutodeskReCap對于點云瀏覽的簡易性，可以在這里對建筑構件進行識別、測量等，導出.rcp或.rcs格式的文件。

　　2.1.2基于點云的Revit建模

　　通過三維激光點云進行對現(xiàn)有建筑物的BIM構建，主要采取的方法是，利用revit可以對點云進行任何標高平面和任何立面的剖切，并且對每一個視圖的點云提供了基于法線的渲染方式，基于此，我們可以比較準確的直接在樓層標高平面，選取圖元對應的點云，從而創(chuàng)建BIM。流程包括創(chuàng)建項目與Revit點云加載、基準圖元的判斷與確定、柱子、梁、墻、門、窗以及樓梯和其他復雜構件的確定。

　　2.2三維激光點云融合多源數(shù)據(jù)

　　2.2.1融合現(xiàn)有工程圖紙

　　在三維激光點云的基礎上，融合現(xiàn)有圖紙，則可以大幅度的消除單一數(shù)據(jù)來源構建BIM存在的各種缺陷，通過加載點云數(shù)據(jù)與圖紙翻模的BIM模型在同一三維平臺上，通過不同視角的切換，實時對比出兩者的差異，并在點云的基礎上，同步對圖紙翻模的BIM模型進行修改、補充和完善。

　　2.2.2融合一般測量數(shù)據(jù)與現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)

　　由于建筑物的點云數(shù)據(jù)，會存在一定的拼接誤差與漏掃的情況，這時，我們可以引入免棱鏡全站儀等采集方式的測量數(shù)據(jù)進行修改和補充，與已完成的BIM中構件的參數(shù)尺寸進行進一步的比對，找到存在誤差位置，其中尤其重要的是基礎圖元和影響基礎圖元尺寸的構件，例如標高、明顯的梁墻等，都可以通過這種方法進行誤差檢查，并且發(fā)現(xiàn)誤差后，可以直接在圖元尺寸上進行更改，更改的數(shù)據(jù)，會在各個視圖中實時計算更新。

　　BIM是一個建筑的三維模型，除了基本的幾何信息(如長、寬、高等)，也可以載入大量的非幾何信息，例如墻體材質(zhì)、門窗材質(zhì)、墻體裝修層材質(zhì)等等，這些則通過現(xiàn)場拍攝的影像以及尺寸測量數(shù)據(jù)，在revit中選擇相同的材質(zhì)，或者自定義材質(zhì)，添加到對應的構件中。

　　3應用實例

　　3.1江西理工大學校本部6棟學生宿舍BIM實例

　　3.1.1點云數(shù)據(jù)的采集與處理

　　江西理工大學校本部6棟學生宿舍是目前學校為數(shù)不多的老式宿舍之一，為6層磚混結構，由兩邊對稱的主體和連接體組成，采取室外剪刀樓梯，東西兩側各有兩塊庭院空地，結構規(guī)則分明，但缺乏圖紙資料。本實例采用了rigelV1000三維激光掃描儀對六棟進行點云數(shù)據(jù)的采集。

　　后通過riscanpro軟件進行建筑外點云的刪除，并進行去噪處理。數(shù)據(jù)配準則采取先通過手動選擇4個以上的特征點方式，進行粗拼接并通過多站點調(diào)整，由于點云的站點數(shù)較多，為保證質(zhì)量，進行了配準效果檢查，除了控制拼接精度，還須通過不同站點的點云采取不同的顏色進行顯示，并選擇各個方向上的共面位置，進行剖切檢查點云閉合程度，使得整體拼接精度均達到毫米級。最后導出.txt等格式點云文件保存。

　　3.1.2基于點云的Revit建模

　　將處理后保存的點云文件，導入Recap進行格式轉換為.rcp文件，在Revit中以法線模式鏈接.rcp點云，并分別基于點云，在立面圖上建立6棟各樓層標高，在樓層平面圖上確立相應的軸網(wǎng)。完成軸網(wǎng)與標高之后，在平面圖上，根據(jù)鏈接點云，依次建立柱子、梁、墻、樓板、樓梯等構建，其尺寸可以通過切換不同視圖窗口的點云確定，或者通過Recap中的尺寸量取，進行參數(shù)輸入，同時結合建筑設計規(guī)范，輔助判斷是否出現(xiàn)點云選取中的較大錯誤。

　　3.1.3融合多源數(shù)據(jù)的BIM模型

　　對于室內(nèi)部分，因為三維激光掃描儀的掃描限制和掃描時的疏忽，有部分沒有掃描完全，或者完全沒有掃描，這時通過利用全站儀對室內(nèi)進行測量，得到室內(nèi)特征點的txt格式的數(shù)據(jù)，并通過Recap軟件進行的轉換，將轉換的.rcp文件，導入CAD，進行室內(nèi)三維線框圖的勾繪，完成后可導入Revit中進行對缺少部分的補充，可獲得室內(nèi)BIM。通過以上基于傳統(tǒng)測量數(shù)據(jù)與三維激光點云融合的BIM構建方法，獲得了6棟BIM模型。

　　該模型具有基本建筑的空間位置、尺寸、材質(zhì)等屬性信息，構建與構建之間層級分明，互相聯(lián)系、互相約束，基于6棟BIM模型，就可以進行構建信息的查詢與統(tǒng)計以及出圖在修繕工程中就可以以構建好的精細BIM為基礎開展審計工作，通過融合的精細BIM可以直觀的看到建筑的三維實體模型，對每部分的位置、屬性都一目了然，比如通過剖切可以直接查看某一部件的位置，通過屬性數(shù)據(jù)庫查看它的材質(zhì)信息等等。

　　結論經(jīng)過對6棟的BIM構建成果的分析，我們可以得出，對于現(xiàn)有建筑的BIM建模，可根據(jù)建筑的實際情況，采取基于三維激光點云與圖紙、測量數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)融合的BIM構建方法，適用與具備圖紙、易于掃描的大多數(shù)建筑，可以有效的彌補單靠一種數(shù)據(jù)來源構建BIM存在的缺陷，成果精細且準確。本論文提到的對于現(xiàn)有建筑的BIM構建方式，很好的利用Revit平臺提供的功能，對于一般建筑，方便且實用，但是也存在一定的局限性，例如，隨著建筑的復雜性越高，建模過程就越復雜，加上基本采取的是人工建模，自動化程度低，且僅適用于建筑內(nèi)外輪廓框架層面的BIM建模,對于管道、設備及線路等其他層面BIM構建，則需要其他的方式方法，進行更專業(yè)、更細化的研究。

　　目前BIM在審計領域的應用還處于初步探索階段，但相關的研究和實踐以取得初步成效，本文構建的多源數(shù)據(jù)融合的精細BIM具有精度高、信息豐富兩大特征，將這樣的精細BIM應用到修繕工程的審計工作中，能夠提高審計工作的效率與精度，避免很多由于數(shù)據(jù)限制造成的漏審、多審的情況。

　　參考文獻：

　　[1]何清華,錢麗麗，段運峰，等.BIM在國內(nèi)外應用的現(xiàn)狀及障礙研究[J].工程管理學報，2012.26(1)：12-14.

　　[2]鄧林建，程效軍，程小龍,等.一種基于點云數(shù)據(jù)的建筑物BIM模型重建方法[J].地礦測繪，2016，32(4)：14—16.

　　[3]繆盾，吳競，張廣興.BIM結合三維激光掃描在建筑中的應用[J].低建筑技術.2017,39(5):133-143.

　　[4]推曉偉.結構工程點云數(shù)據(jù)采集與逆向建模的BIM方法與應用[D].華北水利水電大學,2015.

　　作者：王寶娟

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