现场扫描结合BIM技术在工程实施中的应用

对比项目	三维激光扫描	全景扫描
技术原理	点云实景复制	像素测量、全景拼接
扫描精度	2mm	无法体现精度
软硬件需求	高精度激光扫描仪	单反相机、便携移动终端
输出模式	空间点云数据	全景照片、视频
与BIM模型交互方式	半自动转换BIM模型	无法转换BIM模型
与CAD模型对比	可以与CAD模型进行比对	不能与CAD模型进行比对
扫描仪器投入	激光扫描仪130万元/台	单反数码相机2万元/台
扫描环境要求	环境要求较高，需清场	视野内需无人
数据处理时间（数据量）	较长（数据量大）	实时（数据量小）
数据处理结果浏览方式	可转换dwg格式等，与navisworks兼容	自带软件浏览

(2) 关键信息点选定

在扫描形成的阶段的全景图形上，根据不同的现场工程需求，选定各自不同的关键信息点。这些关键信息点，即为后阶段需要进行信息录入的记录位置。各时间节点的关键信息主要包括：检查验收、工程材料、质量、进度4个方面，具体录入范围要求见表3。

表3 全景扫描模型中关键信息的录入范围

Table 3 Input scope of the key information in panoramic model

信息录入类别	信息录入范围
检查验收信息	①检查验收数据；②检查验收时间
工程材料信息	①材料属性信息；②材料检测信息
质量信息	①表观质量；②实测实量数据
进度信息	①关键工序完成时间；②分项工程完成时间

3.3 三维激光扫描应用范围

(1) 重点部位扫描

利用三维激光扫描高精度的特点，在现场(全景扫描的工况范围内)选定关键的检查验收部位进行扫描实测。在本工程中，选定了外幕墙钢支撑环梁结构进行实测，检查环梁安装精度。

(2) 与BIM模型比对

扫描完成后，经过软件处理生成点云模型，将其与BIM模型、以及现场全站仪实测数据进行对比，得到三者之间的精度差别(图2)。

3.4 信息管理

(1) 工作信息记录

为便于现场工作信息的录入，可以采用移动终端(ipad)的录入方式。在移动设备中预装信息处理软件，现场工作人员只需正常开展检查验收工作，将记录信息录入到终端设备，设备能够自动根据信息和程序，生成检查记录表式，并将信息上传至服务器中。

(2) 工作信息与模型的结合

基于两类扫描数据的基础上，将日常管理工作与模型相结合。现场管理人员可以将各阶段现场信息集中录入，通过数据管理和处理可以反映到全景模型中进行直观地展示(图3)。

(3) 数据库管理

建立专用的数据库，将扫描模型以及过程中产生的工作数据集中进行管理。

4 应用效果分析评价

4.1 三维激光扫描

经过现场扫描对比，在对同一部位的排除扫描环境干扰的情况下，三维激光扫描能达到较高的扫描精准度：对比Leica1201+全站仪的测量值，偏差在4--9mm之间。在精准度符合标准的前提下，三维激光扫描所诞生的点云数据模型，能很好的与平面设计模型(即CAD模型)做对比，(也可与BIM模型在Qualify软件内进行对比)，检查之间的偏差，用以确认工程情况，为验收工作提供良好的客观数据。

4.2 全景扫描

全景相机扫描在扫描过程中，展现出良好的即时性(即时输入、即时输出)，所以在扫描处理方面，能给予现场工程验收人员最快捷的帮助。对于全景相机扫描所输出的全景图像，结合BIM的设计模型，能够很流畅的进行交互式对比，即视角转到哪里，模型也能同步。另外全景相机扫描附带的测量功能，经过反复的比对，其偏差值在5~10mm之内，虽谈不上十分精准，但对于部分无法到达的地方或够不着的地方可以进行简易测量。最后测试的标签功能则能很实用很形象的将现场验收所得的情况、数据等完整记录在案，并且也可方便现场工程人员翻阅、寻找零部件、墙柱的材料等数据。

表4 两种扫描方式的应用效果对比

Table 4 Contrast of application effort between two scanning methods

	三维激光扫描	全景扫描
优点	记录现场数据以及三维结构 高精度和准确的建造进度数据报告 冲撞检测	让业主对施工现场有直观的了解 加强项目管理方进度管理的成效 增添监理数字化监督管理工具
缺点	扫描仪器过于笨重 对现场扫描环境要求高 数据处理较慢(对比全景相机扫描)	远景精准度偏低(对比三维激光扫描) 无法很完整很全面记录所有角落 无法与模型做全面对比

4.3 扫描方式于施工现场的应用优点

扫描技术对于工程现场最大的好处在于优化现场人员的工作方式：

(1) 精简现场人员的现场工作——只需在现场进行扫描工作，对比偏差与测量可在后台完成；

(2) 方便监理员在现场的测量工作——可利用像素测量、点云测量技术，完成一些费力的高危险的地区测量；

(3) 降低监理员的工作量——直接可以在图像上标示，而无需再纸上进行记录；也可直接让扫描结果与设计模型进行对比偏差，而无需先测量、后对照图纸、最后确认偏差；

(4) 完善监理员的沟通方式——可以直接用直观的利用图像、视频甚至转换后的模型与施工方进行沟通。

5 结论与展望

二种扫描方式如果要说全面替代现在的监理工作方式，还为时过早，但二种扫描方式作为BIM对于现场管理工作的切入点来说，是很合时宜的。基于BIM的工作方式，会在未来逐渐取代繁琐的传统图纸、卷尺打天下的境遇。挖掘扫描的深度优势，利用扫描所得的处理结果管理人员可以将零零碎碎的琐事，整合为系统的一站式操作，做到真正的化繁为简。

参考文献：

《那个叫BIM的东西》 何关培 P.200 2011年北京 中国建筑工业出版社

《中国建筑信息模型标准框架研究》 清华大学BIM课题组 2011年 北京 中国建筑工业出版社

《BIM的突破致胜之路》来源：《建筑时报》 发布时间：2012

《3D激光测量技术的发展及其应用》 来源：《3D动力》 发布时间：2012-01-17;