CN107093206A - 利用3d激光扫描技术快速bim建模的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了利用3D激光扫描技术快速BIM建模的方法，它包含以下步骤：数据采集：利用三维激光扫描仪进行现场扫描，采集指定构筑物工程目标的完整、真实原始数据，得到具有精确空间信息的点云数据；“点云”数据预处理：将采集到的三维激光点云数据利用点云预处理软件进行拼接、去噪、分类、着色等处理；BIM模型构建；模型应用管理。本发明利用3D激光扫描技术进行快速、精确、批量BIM建模，可最大程度上减少人工现场复测的数据量，提高建模精细度及效率，合理利用资源，解决由传统BIM建模所带来的种种不便之处，从而实现高精度、高效率的BIM建模。

Description

利用3D激光扫描技术快速BIM建模的方法

技术领域

本发明涉及BIM建模领域，尤其是地铁区间隧道的BIM建模方法，具体涉及一种应用于建筑、地铁机电安装、区间隧道等处利用3D激光扫描技术快速BIM建模的方法。

背景技术

传统BIM建模多采用参照CAD电子平面图进行建模，由于不是实地测量，不能反映施工现场的实际情况等，建立的都是理想化模型，因此传统BIM建模方法主要有以下几点缺点：

1)土建结构施工由于人工操作，技术条件水平等因素存在，导致计算机建立的BIM模型与现场实际存在较多不一致情况，误差范围广。

2)BIM建模校核过程中，用高精度仪器时，测量时间长，效率低下，导致现场一般测量时数据精度低，复核偏差大。

3)现场施工时误差多，需要复核的数据量庞大，作业时间长，劳动强度大，对数据复核提出了较大的挑战。

4)现场施工的不确定因素导致误差不易被发现，需要反复测量，费时费力，许多时候都是施工过程中才发现，完全依靠管理者的经验水平。

5)建模工程量大，建模效率低，专业繁多，需要建模人员掌握了解不同专业的图纸，容易遗漏模型构件，对建模人员的综合能力水平有较高的要求。

因此，业内急需一种能够提高建模精细度及效率，合理利用资源的建模方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种解决由传统BIM建模所带来的种种不便之处，从而实现高精度、高效率的利用3D激光扫描技术快速BIM建模的方法。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：一种利用3D激光扫描技术快速BIM建模的方法，它包含以下步骤：

(1)、数据采集：利用三维激光扫描仪进行现场扫描，采集指定构筑物工程目标的完整、真实原始数据，得到具有精确空间信息的点云数据；

(2)、“点云”数据预处理：将采集到的三维激光点云数据利用点云预处理软件(Hd3LS Scene)进行拼接、去噪、分类、着色等处理，提高点云的可视化效果，便于模型特征信息提取；

(3)、BIM模型构建：利用经过预处理的三维激光点云数据，使用专门定制开发的“AutoCAD Revit点云三维建模软件”进行精细建模得到BIM模型数据，与设计CAD模型、设计BIM模型等进行精度对比；

(4)、模型应用管理：后期开发相应的三维展示平台进行BIM模型和点云模型的同步管理展示，为现场工程实施人员提供便捷的发布、分享、沟通管理平台。

作为本发明的进一步改进；所述的数据采集步骤包含特征点布置和3D激光扫描数据采集两个部分，其中，

所述的特征点布置包含如下步骤：

(1.1)、现场踏勘，了解现场情况，制定详细的测量方案及特征点布置方案；

(1.2)、根据轨道平面和隧道中心(专业所需控制测量点，如1米控制线、CPIII点，轨道平面，隧道中心等)布置相应的特征点，为了提高BIM模型精度，各专业控制测量特征点不少于5个，为后期点云数据模型拼接提供校准数据；

(1.3)、特征点布置方案，特征点布置要求至少3个特征点在不同的x/y/z坐标中，保证模型拼接的唯一性。

所述的3D激光扫描数据采集包含如下步骤：

(1.4)、扫描准备工作，设置基础控制点，利用GPS定位功能，使各部分采集的“点云”数据在同一坐标系内，保证“点云”模型拼接的整体性，同时确保控制点坐标和真实城市坐标系一一对应，保证与其他项目3D模型能匹配；

(1.5)、点云数据采集，利用3D激光扫描仪自动进行扫描测量，点云数据自动保存。

作为本发明的进一步改进；所述的“点云”数据预处理包含如下步骤：

(2.1)、数据拼接：将整个模型按照权利要求1中的测量方案进行分区拼接，拼接工作利用点云预处理软件(Hd 3LS Scene)软件实现，利用相邻区域的至少3个同名标靶所测量的“点云”数据进行拼接操作，选定同名特征点，软件自动进行“点云”合并；

(2.2)、分类：按照构筑物工程构件进行分类(墙、柱、梁、楼板、窗等)，场地前存在的人、材料、机械设备等遮挡物，将扫描对象数据进行分类；

(2.3)、去噪：选择所需要的数据，剔除相关的闲杂数据；

(2.4)、校准：拼接时的数据校准，选择相邻区域扫描的除用作拼接以外的同名特征点，利用相关的约束条件进行偏差修正，将拼接误差控制在要求的方位以内；

(2.5)、特征点处理：将不同的特征点进行标记，利用软件进行处理，生成所要求的特征数据。生成相应的点云数据，如：“点云”轨道中心线，“点云”轨面高度、“点云”1米控制线、坡度、角度等；

(2.6)、数据云存储：为实现了存储容量无限扩展、并行处理读写数据，将数据按照指定策略(哈希映射、组合片键等)使用分而治之的方式分成多个块存储到不同服务器上，进行云存储记录。

作为本发明的进一步改进；所述的BIM模型构建包含BIM模型建立、BIM现场三维模型的自动建立、模型校准和后期模型的自动建立，其中，

所述的BIM模型建立包含如下步骤：

(3.1)、“点云”模型导出，将经过处理之后得到的“点云”数据进行处理，利用软件生成单体模型；

(3.2)、将经过处理后的特征点云数据导出，为之后BIM建模所需参考数据提供服务；

(3.3)、单体模型生成后，通过软件导入AutoCAD Civil 3D，生成CAD三维模型。

所述的BIM现场三维模型的自动建立包含如下步骤：

(3.4)、Revit中插入CAD模型，CAD模型插入到Revit中，测量控制点和城市真实坐标对应，同时将测量控制点导入Revit二次开发插件中。

(3.5)、Revit自动建模，参考CAD模型进行相关参数设定，导入相关的建模构件族，利用插件自动建模功能进行批量建模。

所述的模型校准包含如下步骤：

(3.6)、误差自动提醒，Revit自动建模完成后，依照相关的约束条件及模型精细度要求，插件自动检测BIM模型与CAD模型的偏差，对于超过误差范围以外的，自动标记提醒；

(3.7)、模型调整，参照CAD三维模型，将超出偏差以外的构件，进行调整，确保建立的BIM模型和CAD模型、现场实际情况的一致性。

所述的后期模型的自动建立包含如下步骤：

(3.8)特征数据匹配，将特征数据文件导入Revit二次开发插件中，作为Revit建模的参照数据；

(3.9)、Revit自动建模，参考不同专业的特征数据进行相关参数的自动设定，导入相关的建模构件族，利用插件自动建模功能进行分专业的批量建模。

采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：

利用3D激光扫描技术进行快速、精确、批量BIM建模，可最大程度上减少人工现场复测的数据量，提高建模精细度及效率，合理利用资源，解决由传统BIM建模所带来的种种不便之处，从而实现高精度、高效率的BIM建模。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中3D激光扫描仪的BIM建模处理流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本具体实施方式采用以下技术方案：一种利用3D激光扫描技术快速BIM建模的方法，它包含以下步骤：

1、特征点布置：

1.1、现场踏勘，了解现场情况。根据广州地铁知识城支线康大站-旺村站区间，确定特征点布置方案为每60米一个区域。

1.2、根据轨道平面和隧道中心(专业所需控制测量点，如1米控制线、CPIII点，轨道平面，隧道中心等)布置相应的特征点，确定每个特征数据的特征点为5个。同时为确保模型拼接的唯一性，特征点的三维空间坐标不在同一坐标位置。

2、3D激光扫描数据采集：

利用GPS定位功能，确定区间入口处为基准坐标点，利用3D激光扫描仪自动进行扫描测量，点云数据自动保存。

3、“点云”数据预处理：

3.1、数据拼接：将整个模型测量方案进行分区拼接，拼接工作利用点云预处理软件(Hd 3LS Scene)软件实现，利用相邻区域的至少3个同名标靶所测量的“点云”数据进行拼接操作，选定同名特征点，软件自动进行“点云”合并。

3.2、分类：按照构筑物工程构件进行分类盾构片、道床、铁轨、相应的特征数据点场地前存在的人、材料、机械设备等遮挡物，将扫描对象数据进行分类。

3.3、去噪：选择所需要的数据，剔除遮挡物数据。

3.4、校准：拼接时的数据校准，选择相邻区域扫描的除用作拼接以外的同名特征点，利用相关的约束条件进行偏差修正，将拼接误差控制在要求的方位以内。

3.5、特征点处理：将不同的特征点进行标记，利用软件进行处理，生成所要求的特征数据。生成相应的点云数据，如：“点云”轨道中心线，“点云”轨面高度、“点云”1米控制线、坡度、角度等。

3.6、数据云存储：将点云数据使用分而治之的方式分成多个块存储到不同服务器上，进行云存储记录。

4、BIM模型建立：

4.1、“点云”模型导出，将经过处理之后得到的“点云”数据进行处理，利用软件生成单体模型。

4.2、将经过处理后的特征点云数据导出，为之后BIM建模所需参考数据提供服务。

4.3、单体模型生成后，通过软件导入AutoCAD Civil 3D，生成CAD三维模型

5、BIM现场三维模型的自动建立：

5.1、Revit中插入CAD模型，CAD模型插入到Revit中，测量控制点和城市真实坐标对应，同时将测量控制点导入Revit二次开发插件中。

5.2、Revit自动建模，参考CAD模型进行相关参数设定，导入相关的建模构件族，利用插件自动建模功能进行批量建模。

6模型校准：

6.1、误差自动提醒，Revit自动建模完成后，依照相关的约束条件及模型精细度要求，插件自动检测BIM模型与CAD模型的偏差，对于超过误差范围以外的，自动标记提醒。

6.2、模型调整，参照CAD三维模型，将超出偏差以外的构件，进行调整，确保建立的BIM模型和CAD模型、现场实际情况的一致性。

7、后期模型的自动建立：

7.1特征数据匹配，将特征数据文件导入Revit二次开发插件中，作为Revit建模的参照数据。

7.2、Revit自动建模，参考不同专业的特征数据进行相关参数的自动设定，导入相关的建模构件族，利用插件自动建模功能进行分专业的批量建模。

本发明解决由传统BIM建模所带来的种种不便之处，从而实现高精度、高效率的BIM建模。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.利用3D激光扫描技术快速BIM建模的方法，其特征在于，它包含以下步骤：

(1)、数据采集：利用三维激光扫描仪进行现场扫描，采集指定构筑物工程目标的完整、真实原始数据，得到具有精确空间信息的点云数据；

(2)、“点云”数据预处理：将采集到的三维激光点云数据利用点云预处理软件进行拼接、去噪、分类、着色处理，提高点云的可视化效果，便于模型特征信息提取；

(3)、BIM模型构建：利用经过预处理的三维激光点云数据，使用专门定制开发的“AutoCAD Revit点云三维建模软件”进行精细建模得到BIM模型数据，与设计CAD模型、设计BIM模型进行精度对比；

(4)、模型应用管理：后期开发相应的三维展示平台进行BIM模型和点云模型的同步管理展示，为现场工程实施人员提供便捷的发布、分享、沟通管理平台。

2.根据权利要求1所述的利用3D激光扫描技术快速BIM建模的方法，其特征在于，所述的数据采集步骤包含特征点布置和3D激光扫描数据采集两个部分。

3.根据权利要求2所述的利用3D激光扫描技术快速BIM建模的方法，其特征在于，所述的特征点布置包含如下步骤：

(1.1)、现场踏勘，了解现场情况，制定详细的测量方案及特征点布置方案；

(1.2)、根据轨道平面和隧道中心布置相应的特征点，为了提高BIM模型精度，各专业控制测量特征点不少于5个，为后期点云数据模型拼接提供校准数据；

(1.3)、特征点布置方案，特征点布置要求至少3个特征点在不同的x/y/z坐标中，保证模型拼接的唯一性。

4.根据权利要求2所述的利用3D激光扫描技术快速BIM建模的方法，其特征在于，所述的3D激光扫描数据采集包含如下步骤：

(1.4)、扫描准备工作，设置基础控制点，利用GPS定位功能，使各部分采集的“点云”数据在同一坐标系内，保证“点云”模型拼接的整体性，同时确保控制点坐标和真实城市坐标系一一对应，保证与其他项目3D模型能匹配；

(1.5)、点云数据采集，利用3D激光扫描仪自动进行扫描测量，点云数据自动保存。

5.根据权利要求1所述的利用3D激光扫描技术快速BIM建模的方法，其特征在于，所述的“点云”数据预处理包含如下步骤：

(2.1)、数据拼接：将整个模型按照权利要求1中的测量方案进行分区拼接，拼接工作利用点云预处理软件实现，利用相邻区域的至少3个同名标靶所测量的“点云”数据进行拼接操作，选定同名特征点，软件自动进行“点云”合并；

(2.2)、分类：按照构筑物工程构件进行分类，场地前存在的人、材料、机械设备遮挡物，将扫描对象数据进行分类；

(2.3)、去噪：选择所需要的数据，剔除相关的闲杂数据；

(2.4)、校准：拼接时的数据校准，选择相邻区域扫描的除用作拼接以外的同名特征点，利用相关的约束条件进行偏差修正，将拼接误差控制在要求的方位以内；

(2.5)、特征点处理：将不同的特征点进行标记，利用软件进行处理，生成所要求的特征数据，生成相应的点云数据；

(2.6)、数据云存储：为实现了存储容量无限扩展、并行处理读写数据，将数据按照指定策略使用分而治之的方式分成多个块存储到不同服务器上，进行云存储记录。

6.根据权利要求1所述的利用3D激光扫描技术快速BIM建模的方法，其特征在于，所述的BIM模型构建包含BIM模型建立、BIM现场三维模型的自动建立、模型校准和后期模型的自动建立。

7.根据权利要求6所述的利用3D激光扫描技术快速BIM建模的方法，其特征在于，所述的BIM模型建立包含如下步骤：

(3.1)、“点云”模型导出，将经过处理之后得到的“点云”数据进行处理，利用软件生成单体模型；

(3.2)、将经过处理后的特征点云数据导出，为之后BIM建模所需参考数据提供服务；

(3.3)、单体模型生成后，通过软件导入AutoCAD Civil 3D，生成CAD三维模型。

8.根据权利要求6所述的利用3D激光扫描技术快速BIM建模的方法，其特征在于，所述的BIM现场三维模型的自动建立包含如下步骤：

(3.4)、Revit中插入CAD模型，CAD模型插入到Revit中，测量控制点和城市真实坐标对应，同时将测量控制点导入Revit二次开发插件中；

(3.5)、Revit自动建模，参考CAD模型进行相关参数设定，导入相关的建模构件族，利用插件自动建模功能进行批量建模。

9.根据权利要求6所述的利用3D激光扫描技术快速BIM建模的方法，其特征在于，所述的模型校准包含如下步骤：

(3.6)、误差自动提醒，Revit自动建模完成后，依照相关的约束条件及模型精细度要求，插件自动检测BIM模型与CAD模型的偏差，对于超过误差范围以外的，自动标记提醒；

(3.7)、模型调整，参照CAD三维模型，将超出偏差以外的构件，进行调整，确保建立的BIM模型和CAD模型、现场实际情况的一致性。

10.根据权利要求6所述的利用3D激光扫描技术快速BIM建模的方法，其特征在于，所述的后期模型的自动建立包含如下步骤：

(3.8)特征数据匹配，将特征数据文件导入Revit二次开发插件中，作为Revit建模的参照数据；

(3.9)、Revit自动建模，参考不同专业的特征数据进行相关参数的自动设定，导入相关的建模构件族，利用插件自动建模功能进行分专业的批量建模。