三维激光扫描技术在石宝寨测绘中的应用

哈志强，袁兵，林文修，刘保全，李康

（重庆市建筑科学研究院，重庆 400016）

0 引言

三维激光扫描技术是近些年来发展兴起的新测绘技术，它通过测距激光扫描被测物体，获取目标的空间三维数据。作为BIM技术在建筑全生命周期的模型信息化管理过程当中的一环，三维扫描技术对应用于既有建筑的逆向设计过程提供了可视化的建筑信息模型，并根据扫描点云数据转化为多项成果应用。该测绘技术对BIM可视化管理平台可提供完整和精细的建筑物信息化数字模型，本文针对历史建筑石宝寨的测绘来说明三维扫描技术在古建筑测绘当中的实际应用。

1 工程概况

石宝寨位于重庆市忠县境内，倚建在玉印山东南崖壁的西南端，建筑只有西、东、南三个立面。寨楼共分十二层楼阁，高达45m，总建筑面积429.5m2。该寨楼为自下而上楼层面积逐渐减小的塔式建筑（图1），同时每个楼层间木柱数量多，间隙小，对三维扫描操作带来较大的难度。

石宝寨寨楼的主要特点以及三维扫描操作的难点如下：

（1）寨楼自下而上楼层面积减小，底层平面面积相对较大，顶层楼层空间十分狭小，扫描作业时层数越高架站可用空间越小；

（2）寨楼低层的木柱间距紧密，视线遮挡较多，对扫描作业和布站干扰较大；

（3）寨楼楼层越向上楼梯出入口空间越小，对跨层扫描作业和后期点云模型拼接造成困难越大。

2 布站选点方案

石宝寨寨楼共12层，室内可扫描的层数为11层，室外扫描范围主要包括一层大门附近，6层外侧走廊，以及10层外侧面，同时包括步行至寨楼的江边走廊。

石宝寨寨楼室内外布站位置如下。

（1）江边走廊，广场及大门附近布站位置（图2）

图1 石宝寨寨楼自下而上建筑特点示意

在对寨楼可视范围内，一层4站的摆放可保证每站之间直线距离不超过50m，因此靶球的摆放可使得仪器位置与靶球距离在20m以内，同时，对寨楼的正立面以及两个侧立面部分进行整体的扫描。

（2）室内站点布置

室内由于木柱的遮挡，视线不可达到整区域位置，因此，仪器的摆放尽量使得各站点之间联系成为整体。同时靶球的摆放主要为方便两站之间的拼接，在符合摆放原则的基础上，适当增加靶球，目的是为了在后期拼接过程保证精度的要求。

（3）楼梯上下连接布站

考虑到石宝寨寨楼特点，在越往上顶层的位置，楼梯间空间减小，使得仪器和靶球的摆放局限增大，难度加大，因此在布站时尽可能结合楼梯上下可摆放仪器位置的空间以及拼接靶球的摆放可视性（图3）。

图3 楼梯间仪器和靶球摆放位置

3 点云后处理操作

石宝寨作业操作历时2天半，扫描原始数据大小为7.5G，经过法如SCENE软件释放过后存储量为63.8G。该容量为扫描数据和扫描图片的大小，不包括后处理完成后的点云模型、web2go以及正摄影像图数据。后处理完成的数据量所占空间庞大，对电脑性能及存储空间的要求非常大。

4 点云成果转化

在点云模型操作完成后，操作法如SCENE软件自带插件，创建正摄影像图，创建后的图形为1:1实际大小的图片，可直接用于工程应用。

将正摄影像图插入CAD软件进行描图，描图的精度高低和操作人员的软件操作水平有一定关系，但整体误差可控制在毫米级。以下为本次石宝寨三层平面绘制的CAD图形示例（图4）。

图4 点云成果转换形成的二维线画图

5 结语

BIM全生命周期管理平台对既有建筑的逆向设计，现阶段多依靠于传统测绘手段，传统手工测绘对于大部分建筑一般只需要皮卷尺、钢卷尺、卡尺或软尺以及激光测距仪进行测绘。这种测绘方式需大量的人力物力资源，花费时间较长，同时对于古建筑的屋顶和雕饰等关键部位不易进行数据采集，且人与建筑物接触对建筑本身易造成损坏。

三维激光扫描技术可对上述传统手工测绘大部分弊端予以弥补，更省时省力，方便快捷。可以为BIM技术对既有建筑的逆向设计过程提供完整和精确的数字化信息模型。

需要指出的是，当前三维激光扫描技术尚无法完全代替手工测绘，只是从便捷程度、保护建筑本身、精确程度方面有很大的改善，由于扫描作业不可避免会受人为和外界干扰，以及建筑物本身特点所决定的扫描精度部分仍无法完全满足要求，同时扫描数据在经过后处理以后形成的数据量非常庞大，对电脑性能及存储空间都有很大的要求。因此，采用三维激光扫描技术，可使BIM平台中既有建筑和古建筑的逆向设计更精细，并使之得以全面和快捷方便地推广应用，但依然存在较多需要解决的课题。