CN110608683A - 一种激光扫描仪与bim结合的大尺寸建筑构件质量评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光扫描仪与BIM结合的大尺寸建筑构件质量评估方法，其特征在于：使用BIM建筑设计技术根据设计图纸建立整体建筑BIM模型；对当前待测构件设置多个激光扫描仪获取点云数据，并对点云数据进行拼接后在revit软件中转换为BIM模型；在revit软件中获取整体建筑BIM模型待测构件部分和待测构件BIM模型的平面图，剖面视图，并对比整体建筑BIM模型待测构件部分的平面图，剖面视图和待测构件BIM模型的平面图，剖面视图中关键参数，若待测构件BIM模型的关键参数位于整体建筑BIM模型待测构件部分的关键参数的误差允许范围内，则待测构件合格，如果位于误差允许范围外，则待测构件不合格。本发明使用激光扫描仪进行建筑质量评估，精度高，速度快。本发明基于BIM模型进行建筑质量评估，可以直观获得建筑质量的缺陷，便于及时调整，修正。

Description

一种激光扫描仪与BIM结合的大尺寸建筑构件质量评估方法

技术领域

本发明涉及激光扫描领域和智能建筑领域，具体是一种基于3D激光传感与BIM系统结合的大尺寸建筑构件质量评估方法。

背景技术

随着计算机技术、数字孪生技术的不断发展，建筑行业走向智能化、数字化、可视化是必然的趋势。

BIM技术的发展推动了建筑实体与建筑虚拟空间的数字化融合。BIM技术能够将建筑全生命周期中各个不同阶段的工程信息、过程和资源集成在一个三维模型中。在设计阶段，BIM能集成建筑、结构、机电管线等，协调了各方设计师的需求。在建造阶段，BIM通过三维数字技术模拟建筑物所具有的真实信息，为工程设计方和施工方提供相互协调、内部一致的信息模型，提高建筑质量、降低建造成本。在建筑运维阶段，BIM能够与运营维护管理系统相结合，进行建筑的空间管理、设施管理、应急管理、节能减排管理等，降低运维成本。

在建造阶段使用BIM进行建筑设计时，根据施工设计图预定的建筑基础、梁、柱、支撑、设备器材配置及相关管道、电缆线槽的尺寸，位置信息，建立包含建筑基础、梁、柱、支撑、设备器材配置及相关管道、电缆线槽等建筑部件的整体BIM模型，建立BIM模型使用的软件为revit。

revit是专门针对BIM建筑信息模型设计的，是最先引入建筑社群并提供建筑设计和文件管理支持的软件。但其基础技术，建筑信息化模型以及参数化变更引擎在经过设计和优化后，可以支持整个建筑企业的信息建立和管理。建筑信息化模型是一种先进的数据库基础结构，可以满足建筑设计和制作团队的信息需求,不仅包含建筑的三维结构，还包含建筑部件的位置、尺寸信息。

三维点云数据逆向建立BIM模型的方法具体步骤如下：

步骤一、采用三维激光扫描仪对施工现场进行扫描，通过后处理软件生成*.lass格式的点云数据。

步骤二、将*.lass格式的点云数据导入到REVIT软件中进行数据索引成RCP格式。

步骤三、将RCP格式的点云数据重新插入到REVIT软件中。

步骤四、点云数据在计算机中进行图像显示，使施工现场的真实情况在计算机中呈现出模糊图形。

步骤五、在REVIT软件中识别施工现场中构件的三维定位坐标信息，此时，可以识别出来的三维定位坐标信息即为需要后期勾勒的有用信息。

步骤六、根据构件的三维坐标信息，从REVIT软件的工具栏中选取相应构建的画笔，勾勒出其中的构件：即将对应的可识别的三维定位坐标信息连系勾勒出来。

步骤七、全部构件勾勒完成后，去掉点云数据。

步骤八、形成BIM模型，使施工现场中的建筑物构件在计算机中形成一一映射，完成逆向建模。

在数字模拟预拼装过程中，每个杆件按照栓孔匹配的原则虚拟定位。对某些工字形杆件还要赋于扭转和弯曲变形值以匹配螺栓。当所有的杆件组拼装完成后再检验拼装结果是否满足要求。如果检验结果不能满足相关指标，则需要对一些构造尺寸如构件拱度、工地连接的间隙、主梁间距等进行综合调整，反复地调整直到所有指标均满足要求。最后，再由计算机给出构件组装信息，如构件调整、栓孔错位的信息等

根据设计图纸，我们使用BIM建筑设计技术可以建立包含设计图纸中所有构件的整体建筑BIM模型，通过三维点云数据逆向建立BIM模型方法，我们可以得到使用激光扫描仪扫描得到的待测构件BIM模型，然而在建筑质量评估中，我们需要快速的对整体建筑BIM模型的待测构件部分和待测构件BIM模型比对，判断待测构件是否合格，因此如何自动化的识别出整体建筑BIM模型的待测构件部分和待测构件BIM模型的差别是急需解决的问题。

同时在对建造过程中建筑的巨型桁架、室内管道系统、建筑主体构件进行测量评估是否合格时，使用标尺、标杆等测量的传统测量手法不仅精度低，而且耗费人力与时间。3D激光扫描技术的出现为建筑三维可视化进而实现建筑质量提供了必要的技术手段，它能够大面积高分辨率地获取待测物体表面的三维坐标、反射率、纹理、色彩等信息，可以快速复制出物体的三维轮廓以及点、线、面等数据。同时，3D激光扫描技术的精度很高，达到毫米的级别，能够满足建筑行业的精度需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种将激光扫描仪和BIM模型结合，自动化的识别出整体建筑BIM模型的待测构件部分和待测构件BIM模型的差别，实现大尺寸建筑构件质量评估的方法。

一种激光扫描仪与BIM结合的大尺寸建筑构件质量评估方法，其特征在于：使用BIM建筑设计技术根据设计图纸建立整体建筑BIM模型；对当前待测构件设置多个激光扫描仪获取点云数据，并对点云数据进行拼接后在revit软件中转换为BIM模型；在revit软件中获取整体建筑BIM模型待测构件部分和待测构件BIM模型的平面图，剖面视图，并对比整体建筑BIM模型待测构件部分的平面图，剖面视图和待测构件BIM模型的平面图，剖面视图中关键参数，若待测构件BIM模型的关键参数位于整体建筑BIM模型待测构件部分的关键参数的误差允许范围内，则待测构件合格，如果位于误差允许范围外，则待测构件不合格。

优选的，待测构件为大尺寸异形钢构件、巨型桁架、室内管道系统、建筑主体。

优选的，巨型桁架的关键参数为巨型桁架的规格、数量、尺寸；室内管道系统的关键参数为室内管道系统的尺寸、数量、位置；建筑主体构件的关键参数为建筑主体构件的每层标高、壁面垂直度、承重墙柱位置与尺寸、门窗尺寸。

优选的，当待测构件为大尺寸异形钢构件时，对所有待测大尺寸异形钢构件分别设置多个激光扫描仪获取点云数据，并分别对点云数据进行拼接后在revit软件中转换为BIM模型，使用在revit软件中对所有大尺寸异形钢构件的BIM模型进行预拼接，根据计算机给出的构件组装信息判断待测构件是否合格。

作为优选的方案，在待测构件周围设置激光扫描仪的方法为：

1)选用徕卡scanstation2型号的3D激光扫描仪；该设备为脉冲式双轴补偿扫描类型，扫描速度可达50000点/秒，测距25米时的精度为2mm，测距50米时的精度为6mm，视场角为360°×270°，适用于大型建筑构件的测量场景；

2)根据待测构件尺寸，在距离待测构件表面25米至50米处设置激光扫描仪，相邻扫描仪对待测构件扫描的区域需重叠30％以上，所有扫描仪的扫描区域覆盖待测构件表面区域，连接电源并设置激光扫描仪的扫描区域；

3)在激光扫描仪的扫描区域中设置球形扫描仪标靶，调整标靶位置直到扫描仪可以识别出标靶，并且保证标靶和识别出标靶的扫描仪距离在50米及以上，之后设置下一个标靶，直至两两不同扫描仪之间可以识别出四个及以上的公共标靶，并且需避免标靶有规律地排布或者呈线性排列。

优选的，使用喷漆方式，将待测构件表面喷涂为黑色且粗糙的表面材料。点云扫描过程中要注意被测材料的颜色和粗糙度，不同颜色、不同粗糙度的材料表面反射程度不同，影响测量精度；白色表面比黑色、暗色表面测量精度高，粗糙表面比光滑表面测量精度高；可采用表面喷漆的方式改变材料的颜色与粗糙程度。

作为优选的方案，设置多个激光扫描仪获取点云数据，并对点云数据进行拼接后在revit软件中转换为BIM模型，在revit软件中获取BIM模型的平面图、剖面视图的方法为：

1)测量所有扫描仪高度，并对扫描仪各自选定的待测构件区域进行扫描，得到在各个扫描仪坐标下待测构件的点云数据；

2)根据扫描仪之间的公共标靶坐标将各个扫描仪标靶下点云数据转换至同一坐标系下，得到待测构件的点云数据；

3)将获得的完整的点云数据导入Pointsense for Revit插件中，完成激光数据到BIM模型的转化，导出文件；将获得的文件导入Revit，建立待测构件的三维模型，同时可以获得待测构件的平面图、剖面视图等。

本发明的优点在于：

1、使用激光扫描仪进行建筑质量评估，精度高，速度快。

2、基于BIM模型进行建筑质量评估，可以直观获得建筑质量的缺陷，便于及时调整，修正。

附图说明

图1为本发明的总流程图

图2为本发明的具体实施流程图

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种将激光扫描仪和BIM模型结合，自动化的识别出整体建筑BIM模型的待测构件部分和待测构件BIM模型的差别，实现大尺寸建筑构件质量评估的方法一种激光扫描仪与BIM结合的大尺寸建筑构件质量评估方法，其特征在于：使用BIM建筑设计技术根据设计图纸建立整体建筑BIM模型；对当前待测构件设置多个激光扫描仪获取点云数据，并对点云数据进行拼接后在revit软件中转换为BIM模型；在revit软件中获取整体建筑BIM模型待测构件部分和待测构件BIM模型的平面图，剖面视图，并对比整体建筑BIM模型待测构件部分的平面图，剖面视图和待测构件BIM模型的平面图，剖面视图中关键参数，若待测构件BIM模型的关键参数位于整体建筑BIM模型待测构件部分的关键参数的误差允许范围内，则待测构件合格，如果位于误差允许范围外，则待测构件不合格。

待测构件为大尺寸异形钢构件、巨型桁架、室内管道系统、建筑主体。点云扫描过程中要注意被测材料的颜色和粗糙度，不同颜色、不同粗糙度的材料表面反射程度不同，影响测量精度；白色表面比黑色、暗色表面测量精度高，粗糙表面比光滑表面测量精度高；可采用表面喷漆的方式改变材料的颜色与粗糙程度。

巨型桁架的关键参数为巨型桁架的规格、数量、位置、尺寸；室内管道系统的关键参数为室内管道系统的尺寸、数量、位置；建筑主体构件的关键参数为建筑主体构件的每层标高、壁面垂直度、承重墙柱位置与尺寸、门窗尺寸。

当待测构件为大尺寸异形钢构件时，对当前待测构件及与待测构件相邻的钢构件分别设置多个激光扫描仪获取点云数据，并分别对点云数据进行拼接后在revit软件中转换为BIM模型，使用在revit软件中对所有钢构件BIM模型进行预拼接，根据计算机给出的构件组装信息判断待测构件是否合格。

作为优选的实施方案，在待测构件周围设置激光扫描仪的方法为：

1)选用徕卡scanstation2型号的3D激光扫描仪；该设备为脉冲式双轴补偿扫描类型，扫描速度可达50000点/秒，测距25米时的精度为2mm，测距50米时的精度为6mm，视场角为360°×270°，适用于大型建筑构件的测量场景；

2)根据待测构件尺寸，在距离待测构件表面25米至50米处设置激光扫描仪，相邻扫描仪对待测构件扫描的区域需重叠30％以上，所有扫描仪的扫描区域覆盖待测构件表面区域，连接电源并设置激光扫描仪的扫描区域；

3)在激光扫描仪的扫描区域中设置球形扫描仪标靶，调整标靶位置直到扫描仪可以识别出标靶，并且保证标靶和识别出标靶的扫描仪距离在50米及以上，之后设置下一个标靶，直至两两不同扫描仪之间可以识别出四个及以上的公共标靶，并且需避免标靶有规律地排布或者呈线性排列。

作为优选的实施方案，设置多个激光扫描仪获取点云数据，并对点云数据进行拼接后在revit软件中转换为BIM模型，在revit软件中获取BIM模型的平面图、剖面视图的方法为：

1)测量所有扫描仪高度，并对扫描仪各自选定的待测构件区域进行扫描，得到在各个扫描仪坐标下待测构件的点云数据；

2)根据扫描仪之间的公共标靶坐标将各个扫描仪标靶下点云数据转换至同一坐标系下，得到待测构件的点云数据；

3)将获得的完整的点云数据导入Pointsense for Revit插件中，完成激光数据到BIM模型的转化，导出文件；将获得的文件导入Revit，建立待测构件的三维模型，同时可以获得待测构件的平面图、剖面视图等。

Claims (7)

1.一种激光扫描仪与BIM结合的大尺寸建筑构件质量评估方法，其特征在于：使用BIM建筑设计技术根据设计图纸建立整体建筑BIM模型；对当前待测构件设置多个激光扫描仪获取点云数据，并对点云数据进行拼接后在revit软件中转换为BIM模型；在revit软件中获取整体建筑BIM模型待测构件部分和待测构件BIM模型的平面图，剖面视图，并对比整体建筑BIM模型待测构件部分的平面图，剖面视图和待测构件BIM模型的平面图，剖面视图中关键参数，若待测构件BIM模型的关键参数位于整体建筑BIM模型待测构件部分的关键参数的误差允许范围内，则待测构件合格，如果位于误差允许范围外，则待测构件不合格。

2.如权利要求1所述的一种激光扫描仪与BIM结合的大尺寸建筑构件质量评估方法，其特征在于：待测构件为大尺寸异形钢构件、巨型桁架、室内管道系统、建筑主体。

3.如权利要求2所述的一种激光扫描仪与BIM结合的大尺寸建筑构件质量评估方法，其特征在于：巨型桁架的关键参数为巨型桁架的规格、数量、位置、尺寸；室内管道系统的关键参数为室内管道系统的尺寸、数量、位置；建筑主体构件的关键参数为建筑主体构件的每层标高、壁面垂直度、承重墙柱位置与尺寸、门窗尺寸。

4.如权利要求1和2所述的一种激光扫描仪与BIM结合的大尺寸建筑构件质量评估方法，其特征在于：当待测构件为大尺寸异形钢构件时，对当前待测构件及与待测构件相邻的钢构件分别设置多个激光扫描仪获取点云数据，并分别对点云数据进行拼接后在revit软件中转换为BIM模型，使用在revit软件中对所有钢构件BIM模型进行预拼接，根据计算机给出的构件组装信息判断待测构件是否合格。

5.如权利要求1所述的一种激光扫描仪与BIM结合的大尺寸建筑构件质量评估方法，其特征在于：在待测构件周围设置激光扫描仪的方法为：

1)选用徕卡scanstation2型号的3D激光扫描仪；该设备为脉冲式双轴补偿扫描类型，扫描速度可达50000点/秒，测距25米时的精度为2mm，测距50米时的精度为6mm，视场角为360°×270°，适用于大型建筑构件的测量场景；

2)根据待测构件尺寸，在距离待测构件表面25米至50米处设置激光扫描仪，相邻扫描仪对待测构件扫描的区域需重叠30％以上，所有扫描仪的扫描区域覆盖待测构件表面区域，连接电源并设置激光扫描仪的扫描区域；

3)在激光扫描仪的扫描区域中设置球形扫描仪标靶，调整标靶位置直到扫描仪可以识别出标靶，并且保证标靶和识别出标靶的扫描仪距离在50米及以上，之后设置下一个标靶，直至两两不同扫描仪之间可以识别出四个及以上的公共标靶，并且需避免标靶有规律地排布或者呈线性排列。

6.如权利要求5所述的一种激光扫描仪与BIM结合的大尺寸建筑构件质量评估方法，其特征在于：使用喷漆方式，将待测构件表面喷涂为黑色且粗糙的表面材料。

7.如权利要求1所述的一种激光扫描仪与BIM结合的大尺寸建筑构件质量评估方法，其特征在于：设置多个激光扫描仪获取点云数据，并对点云数据进行拼接后在revit软件中转换为BIM模型，在revit软件中获取BIM模型的平面图、剖面视图的方法为：

1)测量所有扫描仪高度，并对扫描仪各自选定的待测构件区域进行扫描，得到在各个扫描仪坐标下待测构件的点云数据；

2)根据扫描仪之间的公共标靶坐标将各个扫描仪标靶下点云数据转换至同一坐标系下，得到待测构件的点云数据；

3)将获得的完整的点云数据导入Pointsense for Revit插件中，完成激光数据到BIM模型的转化，导出文件；将获得的文件导入Revit，建立待测构件的三维模型，同时可以获得待测构件的平面图、剖面视图等。