精細BIM構建及其在修繕工程中的應用

　　【摘要】隨著社會的發展，BIM技術在各個方面越來越受到重視，現有建筑的BIM構建方法精細化程度不夠，難以滿足實際應用。本文提出了多源數據融合的精細BIM構建方法，實現了建筑物三維激光點云幾何特征信息與測量數據、圖紙、材質信息的融合，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;多源數據融合;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據基礎[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

　　對于現有建筑，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據和無人機影像，實現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據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據，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范，基于室內外點云數據與多源數據融合構建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，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，黃海瑩分析了現有的內部審計面臨的風險和困境，以及引入BIM后的優勢[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應用于審計的優勢，為審計行業的信息化提供了思路和理論基礎。但由于審計行業缺少熟悉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。本文提出了多源數據融合的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，是根據激光測距原理進行工作的，通過自身的測距系統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據[13]。該技術具有數字化程度較高、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字模型，通過模擬和還原建筑物的真實情況，實現對建筑的工程建設、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、協調、模擬、優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在質量。

　　2多源數據融合的精細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點云數據的采集與處理

　　對于構建BIM的點云數據采集，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、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。在點云數據處理上，先進行數據刪減、數據去噪、點云壓縮、點云配準、生成矢量數據，以及導出.TXT等格式點云數據等步驟。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，從而創建BIM。流程包括創建項目與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據

　　2.2.1融合現有工程圖紙

　　在三維激光點云的基礎上，融合現有圖紙，則可以大幅度的消除單一數據來源構建BIM存在的各種缺陷，通過加載點云數據與圖紙翻模的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融合一般測量數據與現場調查數據

　　由于建筑物的點云數據，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據進行修改和補充，與已完成的BIM中構件的參數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，并且發現誤差后，可以直接在圖元尺寸上進行更改，更改的數據，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、門窗材質、墻體裝修層材質等等，這些則通過現場拍攝的影像以及尺寸測量數據，在revit中選擇相同的材質，或者自定義材質，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點云數據的采集與處理

　　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據的采集。

　　后通過riscanpro軟件進行建筑外點云的刪除，并進行去噪處理。數據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整，由于點云的站點數較多，為保證質量，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。完成軸網與標高之后，在平面圖上，根據鏈接點云，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，進行參數輸入，同時結合建筑設計規范，輔助判斷是否出現點云選取中的較大錯誤。

　　3.1.3融合多源數據的BIM模型

　　對于室內部分，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進行測量，得到室內特征點的txt格式的數據，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BIM。通過以上基于傳統測量數據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、材質等屬性信息，構建與構建之間層級分明，互相聯系、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，通過屬性數據庫查看它的材質信息等等。

　　結論經過對6棟的BIM構建成果的分析，我們可以得出，對于現有建筑的BIM建模，可根據建筑的實際情況，采取基于三維激光點云與圖紙、測量數據等多源數據融合的BIM構建方法，適用與具備圖紙、易于掃描的大多數建筑，可以有效的彌補單靠一種數據來源構建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、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，本文構建的多源數據融合的精細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，避免很多由于數據限制造成的漏審、多審的情況。

　　參考文獻：

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

　　[2]鄧林建，程效軍，程小龍,等.一種基于點云數據的建筑物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.結構工程點云數據采集與逆向建模的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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