浅谈三维激光扫描技术与BIM技术在工程测量中的应用

祁春辉

【摘 要】三维激光扫描技术是目前获取三维空间数据最先进的技术之一，该技术可实现非接触、高速、高精度地获取实体和实景的三维数据，使得外业测绘的工作效率大大提高，将传统的点测量转变为面测量，在工程测量中具有较好的应用前景。BIM技术更加突出信息的综合运用和过程控制，二者的结合为工程测量的三维实景重建提供了更好的技术支持。

【Abstract】3D laser scanning technology is one of the most advanced technologies to obtain 3D spatial data. This technology can realize the 3D data of the entity and the real scene without contact， high speed and high precision， so that the efficiency of field surveying and mapping work is greatly improved. It transforms the traditional point measurement into surface measurement， and has a good application prospect in engineering survey. BIM technology highlights the comprehensive application of information and process control， and the combination of the two provides better technical support for 3D reconstruction of engineering survey.

【关键词】三维激光扫描；BIM；工程测量

【Keywords】3D laser scanning； BIM； engineering survey

【中图分类号】TU17 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）12-0176-02

1 引言

BIM（建筑信息模型）技术在国内的发展异常迅速，在测量领域也出现了应用的热潮，在基于虚拟与现实的结合基础上，BIM技術的成效已经凸显。三维激光扫描技术是实现三维场景重现的技术，该技术被誉为是继GPS技术以来测绘领域的又一次技术革命。三维激光扫描测量技术与BIM技术在工程测量中发挥着越来越重要的作用，为工程测量带来了新的改变。

2 三维激光扫描技术与BIM技术

2.1 三维激光扫描技术概述

三维激光扫描技术利用激光测距的原理，记录物体表面点的三维坐标及反射率等信息，从而在复杂实体或实景中重建目标的全景三维数据及模型，它区别于传统的单点定位测量技术，是测量数据采集的革命性技术突破[1]。三维激光扫描系统包括三维激光扫描仪、数码相机、数据处理平台、电源及其它附件设备等，是一种新型的空间信息获取方法，利用三维激光扫描技术，最大限度地反映目标实体的真实情况，在任何复杂的环境或地理空间均可以进行实时扫描，直接实现各类实体或实景三维数据的完整采集，快速且完整地重新构建出目标实体的三维模型。而且可对采集的三维激光点数据进行各种处理分析，包括测量、分析、模拟、监测、虚拟现实等操作。三维激光扫描系统的工作过程，实际上就是一个不断重复的数据采集和处理过程。它通过具有一定分辨率的空间点所组成的点云图来表达系统对目标物体表面的采样结果。

2.2 三维激光扫描技术原理

三维激光扫描技术是对确定目标的整体或局部进行完整的三维坐标数据测量，即高精度扫描测量，进而得到完全的、连续的、关联的全景点坐标数据，这些连续的点数据叫作“点云”，能够真实描述目标的整体结构及形态，从而将获取目标的线、面、体、空间等三维实测数据进行高精度的三维重建[2]。三维激光扫描仪的主要构造包括高精度的激光测距仪和伺服马达转动仪器，其能够以均匀角速度转动。扫描的过程是扫描仪发射器发出一个激光脉冲信号，经过目标物体表面漫反射再回到三维激光扫描仪的接收器，扫描的结果是获得所测目标物体的距离、角度、精密时钟控制编码器同步测量激光脉冲横向及纵向扫描角度观测值α和θ，即得到目标物的线面等外表特征量的精确测量。三维激光扫描仪的坐标系统如图1所示。坐标系统为：激光发射处作为坐标原点，X轴为三维激光扫描仪初始转动轴，X轴、Y轴、Z轴互相垂直，坐标系构成右手坐标系，Y轴在横向扫描面内，Z轴垂直于横向扫描面。由此得到目标点参照于扫描仪的相对坐标。

2.3 三维激光扫描技术特性

三维激光扫描技术利用激光的特点和优点进行实物或实景扫描，其具有以下一些特性：①三维激光扫描技术对扫描目标实物不需要进行任何处理，采用非接触扫描方式直接获取目标的三维数据信息，且采集的数据真实可靠。②采用三维激光扫描仪的采样点速率最高可达到数百万点/秒，数据采样率高。③三维激光扫描仪扫描过程中不受扫描环境的时间和空间的限制，实现全时全域测量。④三维激光扫描技术采集的数据是数字信号，具有全数字特性，方便数据处理、转换、输出和共享，数据的数字化和兼容性强。⑤三维激光扫描技术具有扫描数据高速、高精度、高分辨率的特点，可获取海量的点云数据，目标扫描实现高密度采集。⑥可与GPS系统配合使用，大大提高了三维激光扫描技术的应用范围，切实提高了测量数据的准确性。

2.4 BIM技术概述

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型），是以三维数字技术为依托，通过将建筑工程项目建设过程中建筑全生命周期的各类信息进行处理，形成的共享的信息数据库。它能够将各个阶段串联起来，通过直观的、可视的、真实的查询、提取、更新相关信息，从而为协同工作提供技术支撑。实现工程项目的设计、实时观察和数据信息变更的同步，是建筑空间数字化的直接运用[3]。endprint

3 三维激光扫描技术与BIM技术的结合应用

三维重建是指将“点云”数据转化为三维模型，这是三维激光扫描技术与BIM技术结合的核心，也是最终应用成果的集成。随着对“点云”数据研究加深，自动识别“点云”数据并转成三维模型已经得到了广泛的应用。

3.1 地图的应用

因为计算机的出现，实现了纸质地图向电子地图转化，这是上一次地形图的革命性的变革，极大地提高了地图的生产、使用、共享和更新等各领域的工作效率。随着BIM技术的不断成熟和普及，三维激光扫描测量的应用，地图的又一次变革正在发生。在地图生产阶段，三维激光扫描仪可以每秒采集上百个点，且具有mm级的精度。引入BIM技术的地图具有可视性、信息量大等特点[4]。BIM是一个信息数据库，存储各种专业信息，地图的识读非常方便，给数据的查询、提取、编辑相关信息带来了很大的便利。

3.2 工程测量中的应用

在传统的测量放样工作中，测量人员使用的是二维图纸，放样前要先计算、检核放样数据，通过测量坐标、角度、距离等数据进行放样，放样过程中无法直观、同步表达不同放样点间的相对位置和几何关系，更无法及时找出过程中可能出现的差错和问题。因为BIM技术的应用，放样过程得到了简化，BIM图纸与测量仪器可以在三维模型中直观地显示出来，工作人员可以直接找到个人的放样点，更方便、直观得放样出位置。极大地提高了放样的工作效率，增加了放样测量结果精确度。有效控制了工程施工质量，对于提升放样结果准确度和工程测量整体质量起到极大的促进作用。

3.3 古建筑测绘的应用

利用三维激光扫描技术与BIM技术进行有效对接，实现古建筑从数据采集、处理、三维实体模型重建的一整套工作流程。通过扫描测量对古建筑的整体或局部进行高精度测量，从而获得连续的、关联的点数据，即“点云”数据，再对“点云”数据进行处理，配准、并将数据直接导入BIM软件，建立三维模型。BIM技术能够对模型进行分析，对古建筑进行测量、计算构件受力等，并不断扩充和优化模型信息，有效管理关联的数字模型。

4 结语

三维激光扫描技术和BIM技术结合所形成的工程测量新方法不断深化的应用，将测量向科技化、智能化方向不斷拓展，完整地记录整个测量过程，连通了虚拟与现实，是工程测量信息化的发展方向。

【参考文献】

【1】毛方儒，王磊.三维激光扫描测量技术[J].宇航计测技术，2005，25（2）：1-6.

【2】王潇潇.地面三维激光扫描建模及其在建筑物测绘中的应用[D].长沙：中南大学，2010.

【3】李亭亭，吴献，尹莉，等.BIM技术在工程建设项目中的应用研究[J].土木建工程信息技术，2014（01）：92-96.

【4】许为夷.浅谈BIM技术在工程项目管理中的应用[J].统计与管理，2016（06）：148-149.endprint