精細(xì)BIM構(gòu)建及其在修繕工程中的應(yīng)用

　　【摘要】隨著社會的發(fā)展，BIM技術(shù)在各個方面越來越受到重視，現(xiàn)有建筑的BIM構(gòu)建方法精細(xì)化程度不夠，難以滿足實(shí)際應(yīng)用。本文提出了多源數(shù)據(jù)融合的精細(xì)BIM構(gòu)建方法，實(shí)現(xiàn)了建筑物三維激光點(diǎn)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(gòu)建出精細(xì)BIM，并探討了融合的精細(xì)BIM在修繕工程中的應(yīng)用。

　　【關(guān)鍵詞】建筑信息模型(BIM);三維激光點(diǎn)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(shù)在建設(shè)工程的應(yīng)用優(yōu)勢，中國很早就在大型工程項(xiàng)目中采用了BIM技術(shù)，如北京奧運(yùn)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(xiàng)目，均實(shí)現(xiàn)了一致的設(shè)計(jì)，精細(xì)的分工，有效縮短工期。這些應(yīng)用也為后期運(yùn)營管理提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[1]，但它們都集中在新建筑的設(shè)計(jì)和施工階段，在審計(jì)階段的應(yīng)用還較少，BIM中含有豐富的建筑物三維信息，在審計(jì)工作中利用BIM可以有效提高審計(jì)效率，減少審計(jì)人員的工作量。

　　建筑工程論文范例： 關(guān)于BIM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程的研究與實(shí)現(xiàn)

　　對于現(xiàn)有建筑，利用三維激光技術(shù)與BIM融合的研究與運(yùn)用，同濟(jì)大學(xué)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(diǎn)云數(shù)據(jù)和無人機(jī)影像，實(shí)現(xiàn)BIM重建，并且達(dá)到了很高的精度[2];同濟(jì)大學(xué)繆盾等人，也針對BIM結(jié)合三維激光掃描在建筑中的應(yīng)用進(jìn)行一定闡述與研究[3];華北水利水電大學(xué)推曉偉在工程點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集與逆向建模方面，使用GeomagicStudio、AutodeskRevit等軟件對結(jié)構(gòu)BIM構(gòu)建方法與應(yīng)用進(jìn)行了研究[4];還有在古建筑修復(fù)、橋梁施工、地下工程方面也有很多學(xué)者進(jìn)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(diǎn)云數(shù)據(jù)，總會存在相關(guān)構(gòu)件信息缺失，提取信息過程復(fù)雜，BIM成果應(yīng)用單一，還總會缺少基礎(chǔ)以及樓梯等無法進(jìn)行掃描的構(gòu)建，因此我們在此基礎(chǔ)上提出了結(jié)合建筑規(guī)范，基于室內(nèi)外點(diǎn)云數(shù)據(jù)與多源數(shù)據(jù)融合構(gòu)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(jì)行業(yè)將BIM這種新興的技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際工作中去，2018年，習(xí)近平在中央審計(jì)委員會第一次會議中強(qiáng)調(diào)，要堅(jiān)持科技強(qiáng)審，加強(qiáng)審計(jì)信息化建設(shè)，可見，BIM在審計(jì)鄰域的應(yīng)用是加強(qiáng)審計(jì)信息化、響應(yīng)國家政策的必然要求。BIM技術(shù)還在不斷的發(fā)展完善，對于BIM在審計(jì)鄰域的應(yīng)用也在不斷的研究與實(shí)踐，黃�，摲治隽爽F(xiàn)有的內(nèi)部審計(jì)面臨的風(fēng)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(jì)中的應(yīng)用[9]。有不少學(xué)者研究了在內(nèi)部工程的設(shè)計(jì)，施工、修繕等過程中運(yùn)用BIM的審計(jì)方法，中北大學(xué)韓江帆通過兩個審計(jì)案例研究了BIM在高校內(nèi)部基建和修繕過程中的應(yīng)用[10]，易操研究了BIM在建筑設(shè)計(jì)階段的審計(jì)工作中的應(yīng)用優(yōu)勢[11]。

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

　　1三維激光掃描技術(shù)與建筑信息模型

　　1.1三維激光掃描技術(shù)

　　三維激光掃描掃描儀，是根據(jù)激光測距原理進(jìn)行工作的，通過自身的測距系統(tǒng)測出目標(biāo)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(biāo)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(guān)公式就可以計(jì)算出目標(biāo)物體的空間坐標(biāo)信息，通過自身的水平和垂直馬達(dá)等轉(zhuǎn)動裝置，在設(shè)計(jì)的測站上對目標(biāo)物體的表面進(jìn)行全面且完整地掃描，獲取目標(biāo)物體表面完整且準(zhǔn)確的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)[13]。該技術(shù)具有數(shù)字化程度較高、可擴(kuò)展性強(qiáng)、高分辨率、非接觸式等特點(diǎn)，并具有廣泛的應(yīng)用。

　　1.2建筑信息模型

　　BIM是利用建設(shè)工程項(xiàng)目中的相關(guān)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(shí)情況，實(shí)現(xiàn)對建筑的工程建設(shè)、設(shè)備管理、模擬施工等功能與應(yīng)用。BIM具有信息的完整性、相關(guān)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(shè)計(jì)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(xì)BIM構(gòu)建方法及審計(jì)應(yīng)用

　　2.1基于三維激光點(diǎn)云構(gòu)建BIM

　　2.1.1點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集與處理

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

　　2.1.2基于點(diǎn)云的Revit建模

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

　　2.2三維激光點(diǎn)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(diǎn)云的基礎(chǔ)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(gòu)建BIM存在的各種缺陷，通過加載點(diǎn)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(shí)時對比出兩者的差異，并在點(diǎn)云的基礎(chǔ)上，同步對圖紙翻模的BIM模型進(jìn)行修改、補(bǔ)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(diǎn)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(jìn)行修改和補(bǔ)充，與已完成的BIM中構(gòu)件的參數(shù)尺寸進(jìn)行進(jìn)一步的比對，找到存在誤差位置，其中尤其重要的是基礎(chǔ)圖元和影響基礎(chǔ)圖元尺寸的構(gòu)件，例如標(biāo)高、明顯的梁墻等，都可以通過這種方法進(jìn)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(jìn)行更改，更改的數(shù)據(jù)，會在各個視圖中實(shí)時計(jì)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(yīng)的構(gòu)件中。

　　3應(yīng)用實(shí)例

　　3.1江西理工大學(xué)校本部6棟學(xué)生宿舍BIM實(shí)例

　　3.1.1點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集與處理

　　江西理工大學(xué)校本部6棟學(xué)生宿舍是目前學(xué)校為數(shù)不多的老式宿舍之一，為6層磚混結(jié)構(gòu)，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(cè)各有兩塊庭院空地，結(jié)構(gòu)規(guī)則分明，但缺乏圖紙資料。本實(shí)例采用了rigelV1000三維激光掃描儀對六棟進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集。

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

　　3.1.2基于點(diǎn)云的Revit建模

　　將處理后保存的點(diǎn)云文件，導(dǎo)入Recap進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換為.rcp文件，在Revit中以法線模式鏈接.rcp點(diǎn)云，并分別基于點(diǎn)云，在立面圖上建立6棟各樓層標(biāo)高，在樓層平面圖上確立相應(yīng)的軸網(wǎng)。完成軸網(wǎng)與標(biāo)高之后，在平面圖上，根據(jù)鏈接點(diǎn)云，依次建立柱子、梁、墻、樓板、樓梯等構(gòu)建，其尺寸可以通過切換不同視圖窗口的點(diǎn)云確定，或者通過Recap中的尺寸量取，進(jìn)行參數(shù)輸入，同時結(jié)合建筑設(shè)計(jì)規(guī)范，輔助判斷是否出現(xiàn)點(diǎn)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?yàn)槿�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(jìn)行測量，得到室內(nèi)特征點(diǎn)的txt格式的數(shù)據(jù)，并通過Recap軟件進(jìn)行的轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換的.rcp文件，導(dǎo)入CAD，進(jìn)行室內(nèi)三維線框圖的勾繪，完成后可導(dǎo)入Revit中進(jìn)行對缺少部分的補(bǔ)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(diǎn)云融合的BIM構(gòu)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(gòu)建與構(gòu)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(jìn)行構(gòu)建信息的查詢與統(tǒng)計(jì)以及出圖在修繕工程中就可以以構(gòu)建好的精細(xì)BIM為基礎(chǔ)開展審計(jì)工作，通過融合的精細(xì)BIM可以直觀的看到建筑的三維實(shí)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(jié)論經(jīng)過對6棟的BIM構(gòu)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(shí)際情況，采取基于三維激光點(diǎn)云與圖紙、測量數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)融合的BIM構(gòu)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(bǔ)單靠一種數(shù)據(jù)來源構(gòu)建BIM存在的缺陷，成果精細(xì)且準(zhǔn)確。本論文提到的對于現(xiàn)有建筑的BIM構(gòu)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(shí)用，但是也存在一定的局限性，例如，隨著建筑的復(fù)雜性越高，建模過程就越復(fù)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(shè)備及線路等其他層面BIM構(gòu)建，則需要其他的方式方法，進(jìn)行更專業(yè)、更細(xì)化的研究。

　　目前BIM在審計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用還處于初步探索階段，但相關(guān)的研究和實(shí)踐以取得初步成效，本文構(gòu)建的多源數(shù)據(jù)融合的精細(xì)BIM具有精度高、信息豐富兩大特征，將這樣的精細(xì)BIM應(yīng)用到修繕工程的審計(jì)工作中，能夠提高審計(jì)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。

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　　作者：王寶娟

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