CN117556522B - 基于三维扫描与bim的装配式木结构建筑施工方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于三维扫描与BIM的装配式木结构建筑施工方法及系统，涉及装配式木结构施工领域，该方法包括：根据点云坐标得到实体木构件的尺寸，将实体木构件的尺寸与构件模型的尺寸进行对比并得到尺寸误差，若尺寸误差满足预置的加工要求，将构件模型确定为用于加工对应构件的目标模型，若尺寸误差不满足，调整构件模型的尺寸，直到与构件模型对应的实体木构件满足加工要求，还包括：若拼接匹配度满足预设的拼接要求，将构件模型确定为用于加工对应构件的目标模型，若拼接匹配度不满足，基于拼接匹配度调整构件模型，直到与构件模型对应的实体木构件满足拼接要求，本方案具有高精度、高效率、低投入等优点，有助于装配式木结构的施工。

Description

基于三维扫描与BIM的装配式木结构建筑施工方法及系统

技术领域

本发明涉及装配式木结构施工领域，更具体地说，它涉及基于三维扫描与BIM的装配式木结构建筑施工方法及系统。

背景技术

装配式木结构建筑是指主要的木结构承重构件、木组件和部品在工厂预制生产，并通过现场安装而成的木结构建筑，其具有标准化、短周期、节能环保等优点。然而装配式木结构在实际建造过程中，存在构件加工和构件连接精度低等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供基于三维扫描与BIM的装配式木结构建筑施工方法及系统，以解决上述背景技术中存在的问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，本申请提供了基于三维扫描与BIM的装配式木结构建筑施工方法，包括以下步骤：

基于建筑方案建立装配式木结构的BIM模型库，从BIM模型库中调取与预制木构件对应的构件模型，并根据构件模型进行初加工得到与预制木构件对应的实体木构件；

在实体木构件的各个细部构造位置设置标靶纸，并基于BIM得到各个标靶纸的中心在第一坐标系中的绝对坐标；

采用三维扫描的方式获取实体木构件在第二坐标系中的点云数据，并根据实体木构件的点云数据得到各个标靶纸的中心在第二坐标系中的相对坐标；

利用标靶纸中心的相对坐标和绝对坐标进行配准处理得到配准结果，根据配准结果对点云数据进行转化，得到点云数据在第一坐标系下的点云坐标；

根据点云坐标得到实体木构件的尺寸，将实体木构件的尺寸与构件模型的尺寸进行对比并得到尺寸误差，若尺寸误差满足预置的加工要求，将构件模型确定为用于加工对应构件的目标模型，若尺寸误差不满足加工要求，调整构件模型的尺寸，直到与构件模型对应的实体木构件满足加工要求；

基于目标模型加工得到对应的目标构件，并利用目标构件进行建筑施工。

本发明的有益效果是：本方案通过获取实体木构件的相对坐标并转为在第一坐标系中的绝对坐标，可以将实际加工得到的构件与用于加工构件的模型进行对比，最终通过实体木构件在第一坐标系的坐标来获得实体木构件的尺寸，将获得的尺寸与预置的尺寸进行对比，进而看出加工出来的构件是否满足要求；针对加工木构件来讲，通过此方式可以检验加工出的构件的精度，避免出现由于精度不够导致在现场使用时存在不能装配的问题，为装配式木结构的后续流程提供了保障。

在本方案中，通过标靶纸在第一坐标系和第二坐标系中的坐标，从而找出第一坐标系与第二坐标系之间的关系，便于将点云数据转化为在第一坐标系中的点云坐标，实现了实体构件与BIM中构件模型的对比，最终获得两者的对比结果以检测加工出的实体构件是否合格，本方案具有高精度、高效率、低投入等优点，有助于装配式木结构的施工。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，上述方法还包括：对获取的实体木构件在第二坐标系中的点云数据进行预处理，预处理至少包括轻量化处理和去噪处理。

采用上述进一步方案的有益效果是：剔除掉不满足使用要求的点云数据，使最终留下的点云数据更加准确，也更具有价值。

进一步，上述在基于目标模型加工得到对应的目标构件之前，方法还包括：

基于BIM获取与实体木构件拼接的连接件的拼接面，并基于点云坐标，获取实体木构件的拼接截面；

根据拼接面的绝对坐标和拼接截面的绝对坐标，判断拼接面与拼接截面之间的拼接匹配度，拼接匹配度至少包括穿孔率和交错度；

若拼接匹配度满足预设的拼接要求，将构件模型确定为用于加工对应构件的目标模型，若拼接匹配度不满足拼接要求，基于拼接匹配度调整构件模型，直到与构件模型对应的实体木构件满足拼接要求。

采用上述进一步方案的有益效果是：将实体木构件进行虚拟拼装，以模拟出实体木构件在实际使用时的情况，从而判断实体木构件是否能够满足装配的使用，虚拟拼装在一定程度上可以提高构件的精度，并将在装配过程中可能遇到的尺寸问题进行解决，由此可以提高装配效率，减少在装配时由于尺寸不匹配而导致不能实现装配的情况。

进一步，上述获取实体木构件的拼接截面，包括：

获取实体木构件中各个平面的点云坐标分别在对应坐标系的X轴、Y轴、Z轴上投影的频数，若频数不小于预置数值，将对应平面确定为第一端面；

将第一端面中频数最大的区域确定为第二端面，并在第二端面中提取点云坐标构成的第三端面，若第三端面的形状符合拼接面，将第三端面确定为拼接截面，若不符合，重新获取第一端面、第二端面和第三端面，直到第三端面的形状符合拼接面。

采用上述进一步方案的有益效果是：对于实体木构件来讲，各个平面中当存在拼接截面时，此平面中的点云坐标将增多，将此作为判断拼接面的依据，可以更加准确的得到实体木构件的拼接截面，且方式简单、精度高、效率高，也易于实现。

进一步，上述方法还包括：

判断第三端面的相邻平面中是否存在第一端面，若存在第一端面，获取存在的第一端面中的第三端面；

判断各个第三端面是否存在关联，若存在关联，基于连接件的拼接面判断各个第三端面的组合是否符合拼接面，若符合，将各个第三端面确定为拼接截面，若不符合，重新获取第一端面、第二端面和第三端面，直到各个第三端面的组合符合拼接面。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过此方式可以判断出凹槽类的拼接面，从而获取凹槽的深度和宽度。

进一步，上述根据点云坐标得到实体木构件的尺寸，包括：

获取每个点云坐标对应的法线，当相邻点云坐标的法线夹角超过预置阈值时，将其中一个点云坐标确定为边界点；

根据各个边界点得到实体木构件中各个端面的轮廓点云，并基于各个端面的轮廓点云获取实体木构件的尺寸。

第二方面，本申请提供了基于三维扫描与BIM的装配式木结构建筑施工系统，应用于第一方面中任一项的基于三维扫描与BIM的装配式木结构建筑施工方法，包括：

第一模块，用于基于BIM的模型库建立与预制木构件对应的构件模型，并根据构件模型进行初加工得到与预制木构件对应的实体木构件；

第二模块，用于在实体木构件的各个细部构造位置设置标靶纸，并基于BIM得到各个标靶纸的中心在第一坐标系中的绝对坐标；

第三模块，用于采用三维扫描的方式获取实体木构件在第二坐标系中的点云数据，并根据实体木构件的点云数据得到各个标靶纸的中心在第二坐标系中的相对坐标；

第四模块，用于利用标靶纸中心的相对坐标和绝对坐标进行配准处理得到配准结果，根据配准结果对点云数据进行转化，得到点云数据在第一坐标系下的点云坐标；

第五模块，用于根据点云坐标得到实体木构件的尺寸，将实体木构件的尺寸与构件模型的尺寸进行对比并得到尺寸误差，若尺寸误差满足预置的加工要求，将构件模型确定为用于加工对应构件的目标模型，若尺寸误差不满足加工要求，调整构件模型的尺寸，直到与构件模型对应的实体木构件满足加工要求；

施工模块，用于基于目标模型加工得到对应的目标构件，并利用目标构件进行建筑施工。

进一步，上述系统还包括：

第六模块，用于基于BIM获取与实体木构件拼接的连接件的拼接面，并基于点云坐标，获取实体木构件的拼接截面；

第七模块，用于根据拼接面的绝对坐标和拼接截面的绝对坐标，判断拼接面与拼接截面之间的拼接匹配度，拼接匹配度至少包括穿孔率和交错度；

第八模块，用于若拼接匹配度满足预设的拼接要求，将构件模型确定为用于加工对应构件的目标模型，若拼接匹配度不满足拼接要求，基于拼接匹配度调整构件模型，直到与构件模型对应的实体木构件满足拼接要求。

第三方面，本申请提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现第一方面中任一项的方法。

第四方面，本申请提供了一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使计算机执行第一方面中任一项的方法。

与现有技术相比，本发明至少具有以下的有益效果：

在本申请中，通过获取实体木构件的相对坐标并转为在第一坐标系中的绝对坐标，可以将实际加工得到的构件与用于加工构件的模型进行对比，最终通过实体木构件在第一坐标系的坐标来获得实体木构件的尺寸，将获得的尺寸与预置的尺寸进行对比，进而看出加工出来的构件是否满足要求；针对加工木构件来讲，通过此方式可以检验加工出的构件的精度，避免出现由于精度不够导致在现场使用时存在不能装配的问题，为装配式木结构的后续流程提供了保障；同时通过标靶纸在第一坐标系和第二坐标系中的坐标，从而找出第一坐标系与第二坐标系之间的关系，便于将点云数据转化为在第一坐标系中的点云坐标，实现了实体构件与BIM中构件模型的对比，最终获得两者的对比结果以检测加工出的实体构件是否合格，本方案具有高精度、高效率、低投入等优点，有助于装配式木结构的施工。

在本申请中，将实体木构件进行虚拟拼装，以模拟出实体木构件在实际使用时的情况，从而判断实体木构件是否能够满足装配的使用，虚拟拼装在一定程度上可以提高构件的精度，并将在装配过程中可能遇到的尺寸问题进行解决，由此可以提高装配效率，减少在装配时由于尺寸不匹配而导致不能实现装配的情况。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明实施例中整体的方法流程图；

图2为本发明实施例中点云轮廓的示意图；

图3为本发明实施例中拼接截面获取的示意图，其中：（a）为图2中的俯视图，（b）为y-z平面绘制的点云频数的示意图，（c）为z坐标轴上点云频数的示意图；

图4为本发明实施例中拼接判断的示意图，其中：（a）为圆孔匹配合格与不合格的示意图，（b）为方形截面匹配合格与不合格的示意图；

图5为本发明实施例中实体木构件与连接件的拼接示意图，其中：（a）为木构件与连接件的拼接示意图，（b）为另一种结构的木构件与连接件的拼接示意图；

图6为本发明实施例中施工方法的方法流程图；

图7为本发明实施例中施工系统的连接示意图；

图8为本发明实施例中电子设备的连接示意图。

实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，“多个”代表至少2个。

实施例1：本实施例提供基于三维扫描与BIM的装配式木结构建筑施工方法，如图1和图6所示，包括以下步骤：

S1，基于建筑方案建立装配式木结构的BIM模型库，从BIM模型库中调取与预制木构件对应的构件模型，并根据构件模型进行初加工得到与预制木构件对应的实体木构件。

其中，本实施例中可以使用EasyBIM软件，EasyBIM软件是基于建筑信息模型技术，由国产自主研发的一款专门为建筑领域设计的工业设计软件，它将二维和三维结构设计融为一体、平台流畅度高、运算速度快，能大幅提高设计效率和设计质量。

S2，在实体木构件的各个细部构造位置设置标靶纸，并基于BIM得到各个标靶纸的中心在第一坐标系中的绝对坐标。

其中，在实际实施时，可以将构件模型的一个角点放置在第一坐标系的原点，这样获得的坐标更便于进行比较和计算；具体地，实体木构件的细部构造可以螺栓孔的位置、开槽的位置等，为了提高精度，标靶纸的数量应当至少3个，且均不共线，在BIM模型中可以得到各个标靶纸中心的坐标。

S3，采用三维扫描的方式获取实体木构件在第二坐标系中的点云数据，并根据实体木构件的点云数据得到各个标靶纸的中心在第二坐标系中的相对坐标。

具体地，可以通过采用三维激光扫描仪使用多站点扫描的方法获取木构件的点云数据，确保扫描能覆盖每个标靶纸：对于整体尺寸如长宽高等可以采用陆地式扫描仪扫描；对木构件的细部节点如开槽部位、螺栓孔位置等可以采用手持式扫描仪扫描；针对不同扫描仪获取的点云数据，可以将每个站点扫描得到的不共线的标靶纸中心坐标都按固定顺序创建标靶纸坐标矩阵，并采用ICP算法，以对应标靶纸之间的距离为因变量创建目标函数，寻找使得对应标靶纸之间距离最小的变换矩阵，进而对其余所有点云数据施加该变换矩阵从而实现不同站点同一标靶纸坐标的对齐，实现点云数据的多站点拼接。

可选的，上述方法还包括：对获取的实体木构件在第二坐标系中的点云数据进行预处理，预处理至少包括轻量化处理和去噪处理。

具体地，对拼接完成的点云数据可以采用k-d tree算法根据点云坐标值大小排序后取中值分割n次，划分为2ⁿ个区域，再根据体素降采样法，用距离每个区域的重心坐标最近的数据代替该区域的点云数据，以实现点云数据的轻量化。

进一步，可以计算每个区域内每个点与k个相邻点的平均距离，假设得到的结果是高斯分布，可以计算出均值和相应的标准差，平均距离在标准范围内的点被认为是局内点，在标准范围外的点被认为是离群点，从数据集中剔除，从而实现噪点的去除，完成预制木构件点云数据的获取。

S4，利用标靶纸中心的相对坐标和绝对坐标进行配准处理得到配准结果，根据配准结果对点云数据进行转化，得到点云数据在第一坐标系下的点云坐标。

其中，利用标靶纸的相对坐标和绝对坐标分别变换为两个标靶纸坐标矩阵，标靶纸坐标矩阵（第二坐标系）与标靶纸坐标矩阵（第一坐标系）之间可以采用ICP算法配准，具体地，以同个标靶纸在不同坐标系中的坐标的距离为因变量创建目标函数，寻找使得对应标靶纸之间距离最小的变换矩阵，进而对其余所有点云数据施加该变换矩阵从而将全部数据转化至第一坐标系下。

S5，根据点云坐标得到实体木构件的尺寸，将实体木构件的尺寸与构件模型的尺寸进行对比并得到尺寸误差，若尺寸误差满足预置的加工要求，将构件模型确定为用于加工对应构件的目标模型，若尺寸误差不满足加工要求，调整构件模型的尺寸，直到与构件模型对应的实体木构件满足加工要求。

其中，尺寸获取完成后，可以依据《木结构工程施工质量验收规范》对截面尺寸、构件长度、螺栓孔中心间距等设置偏差阈值，对构件尺寸进行检验。如偏差小于阈值，则改动EasyBIM设计模型，使设计模型匹配实体模型，对木构件校对、编号后运往现场，再根据修正的设计模型加工下一个构件。如偏差大于阈值则对其修整后重新检测，合格后再运往现场。

可选的，上述根据点云坐标得到实体木构件的尺寸，包括：

获取每个点云坐标对应的法线，当相邻点云坐标的法线夹角超过预置阈值时，将其中一个点云坐标确定为边界点。

根据各个边界点得到实体木构件中各个端面的轮廓点云，并基于各个端面的轮廓点云获取实体木构件的尺寸。

其中，点云坐标可以通过曲率下采样方法处理，设置角度阈值为5度，当相邻点的法线夹角值大于这个阈值，则被认为是特征明显的区域，即边界点，随着采样点数增多，使得构件边界被准确采样，获得点云的轮廓点云数据。

具体地，对于整体尺寸而言，可以先将构件的的轮廓点云数据向非横截面的两个面投影，获取构件两个侧面的二维点云，每个二维点云包含四条边的数据，如图2所示，将每条边的点云坐标通过最小二乘法拟合出其所对应构件边线的直线方程y=ax+b，对于常规的木梁柱构件，通常为矩形截面，且经与BIM模型配准后，长宽高方向均近似平行于坐标轴，即斜率a值很小，可近似通过直线方程截距b之差获得构件的尺寸，参见图2，以构件x-y平面为例，相互平行的两条长边直线方程截距之差b ₂-b ₁即为构件的高度h。而对于细部构造，例如螺栓孔，可以采用区域生长法先粗略提取其圆孔边缘的特征点，再通过最小二乘法拟合出圆孔的直径与圆心。

可选的，如图1所示，上述在基于目标模型加工得到对应的目标构件之前，方法还包括：

基于BIM获取与实体木构件拼接的连接件的拼接面，并基于点云坐标，获取实体木构件的拼接截面。

可选的，上述获取实体木构件的拼接截面，包括：

获取实体木构件中各个平面的点云坐标分别在对应坐标系的X轴、Y轴、Z轴上投影的频数，若频数不小于预置数值，将对应平面确定为第一端面。

将第一端面中频数最大的区域确定为第二端面，并在第二端面中提取点云坐标构成的第三端面，若第三端面的形状符合拼接面，将第三端面确定为拼接截面，若不符合，重新获取第一端面、第二端面和第三端面，直到第三端面的形状符合拼接面。

其中，基于点云坐标和连接件在BIM中的坐标数据，以点云坐标的频数为依据时，可以绘制点云频数-坐标图，如图3所示，以图2所示的梁为例，图3（a）则为其俯视图，梁尺寸如图3（a）所示。想要提取梁的拼接截面即所开槽的底面，根据图3可判断为y-z平面，绘制的点云频数-坐标图参见图3（b），为x坐标-点云频数图，因x坐标为200和2800处存在拼接的平面，因此此处点云数据频数必然较大，则可设置x方向点云频数阈值提取出所需平面的x坐标值，同理可根据图3（c）z坐标-点云频数图提取出所需平面的z方向坐标范围，进而即可提取出所需的拼装截面。

具体地，从提取出的拼接截面中可以提取出拼接截面的边缘点的坐标，再根据边缘点的坐标拟合出拼接截面的边缘的直线方程，通过计算直线方程交点获得拼装角点的坐标，还可以根据拼装角点的来源（如梁、柱、连接件）和空间位置（如从上到下且按顺时针）对拼装角点坐标进行分类和排序，并创建拼装角点矩阵，在根据实际工程中待拼装构件的拼装顺序和空间位置，将对应构件的拼接截面的拼装角点矩阵采用ICP算法配准，获得结果误差最小的变换矩阵，从而获得拼接截面。

可选的，上述方法还包括：

判断第三端面的相邻平面中是否存在第一端面，若存在第一端面，获取存在的第一端面中的第三端面。

判断各个第三端面是否存在关联，若存在关联，基于连接件的拼接面判断各个第三端面的组合是否符合拼接面，若符合，将各个第三端面确定为拼接截面，若不符合，重新获取第一端面、第二端面和第三端面，直到各个第三端面的组合符合拼接面。

根据拼接面的绝对坐标和拼接截面的绝对坐标，判断拼接面与拼接截面之间的拼接匹配度，拼接匹配度至少包括穿孔率和交错度。

具体地，在进行拼接时，拼接截面与拼接面的拼接结果可以参见图4，图4（b）表示矩形面之间的拼接，当两截面交错度阈值为0则表示合格，在图4（b）中，左侧的即表示合格，右侧则表示不合格，左侧所示的两个矩形中，面积较大的为拼接截面，而较小的为连接件的拼接面；对于含有螺栓孔的平面拼接，螺栓穿孔率阈值应为100%，参见图4（a），图4（a）中左侧即表示合格，右侧即表示不合格，拼接截面与拼接面的分布和图4（b）相同；其中，具体地拼接过程参见图5，图5（a）中，左侧为木构件，右侧为连接件，在此木构件上的拼接截面为矩形，即上述的第三端面，由于只存在一个面，且相邻端面也不存在拼接面，则拼接过程较为简单；当与第三端面相邻的平面也存在拼接截面时，如图5（b）所示，最右侧木构件则是开设有槽，且还有螺栓孔，对此，应当对多个第三端面进行综合判断，即将首个第三端面与相邻平面中的第三端面之间建立联系，对于如图5（b）中最右侧木构件开设的槽而言，此槽在图5中是上下贯穿的，因此其上端、下端和左侧端都是存在第三端面的，并且，这三个第三端面是连续的，则必然存在关联；同时对于螺栓孔，前面两个第三端面中螺栓孔的坐标也是相对应的，由此实现将多个第三端面共同确定为与连接件拼接的拼接截面。

若拼接匹配度满足预设的拼接要求，将构件模型确定为用于加工对应构件的目标模型，若拼接匹配度不满足拼接要求，基于拼接匹配度调整构件模型，直到与构件模型对应的实体木构件满足拼接要求。

S5，基于目标模型加工得到对应的目标构件，并利用目标构件进行建筑施工。

实施例2：本申请实施例提供了基于三维扫描与BIM的装配式木结构建筑施工系统，应用于实施例1中任一项的基于三维扫描与BIM的装配式木结构建筑施工方法，如图7所示，包括：

第一模块，用于基于BIM的模型库建立与预制木构件对应的构件模型，并根据构件模型进行初加工得到与预制木构件对应的实体木构件；

第二模块，用于在实体木构件的各个细部构造位置设置标靶纸，并基于BIM得到各个标靶纸的中心在第一坐标系中的绝对坐标；

第三模块，用于采用三维扫描的方式获取实体木构件在第二坐标系中的点云数据，并根据实体木构件的点云数据得到各个标靶纸的中心在第二坐标系中的相对坐标；

第四模块，用于利用标靶纸中心的相对坐标和绝对坐标进行配准处理得到配准结果，根据配准结果对点云数据进行转化，得到点云数据在第一坐标系下的点云坐标；

第五模块，用于根据点云坐标得到实体木构件的尺寸，将实体木构件的尺寸与构件模型的尺寸进行对比并得到尺寸误差，若尺寸误差满足预置的加工要求，将构件模型确定为用于加工对应构件的目标模型，若尺寸误差不满足加工要求，调整构件模型的尺寸，直到与构件模型对应的实体木构件满足加工要求；

施工模块，用于基于目标模型加工得到对应的目标构件，并利用目标构件进行建筑施工。

可选的，上述系统还包括：

第六模块，用于基于BIM获取与实体木构件拼接的连接件的拼接面，并基于点云坐标，获取实体木构件的拼接截面；

第七模块，用于根据拼接面的绝对坐标和拼接截面的绝对坐标，判断拼接面与拼接截面之间的拼接匹配度，拼接匹配度至少包括穿孔率和交错度；

第八模块，用于若拼接匹配度满足预设的拼接要求，将构件模型确定为用于加工对应构件的目标模型，若拼接匹配度不满足拼接要求，基于拼接匹配度调整构件模型，直到与构件模型对应的实体木构件满足拼接要求。

实施例3：本申请实施例提供了一种电子设备，如图8所示，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现实施例1中任一项的方法。

实施例4：本申请实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使计算机执行实施例1中任一项的方法。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于三维扫描与BIM的装配式木结构建筑施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

基于建筑方案建立装配式木结构的BIM模型库，从BIM模型库中调取与预制木构件对应的构件模型，并根据所述构件模型进行初加工得到与预制木构件对应的实体木构件；

在所述实体木构件的各个细部构造位置设置标靶纸，并基于BIM得到各个所述标靶纸的中心在第一坐标系中的绝对坐标；

采用三维扫描的方式获取所述实体木构件在第二坐标系中的点云数据，并根据所述实体木构件的点云数据得到各个所述标靶纸的中心在第二坐标系中的相对坐标；

利用所述标靶纸中心的相对坐标和绝对坐标进行配准处理得到配准结果，根据所述配准结果对所述点云数据进行转化，得到所述点云数据在所述第一坐标系下的点云坐标；

根据所述点云坐标得到所述实体木构件的尺寸，将所述实体木构件的尺寸与所述构件模型的尺寸进行对比并得到尺寸误差，若所述尺寸误差满足预置的加工要求，将所述构件模型确定为用于加工对应构件的目标模型，若所述尺寸误差不满足所述加工要求，调整所述构件模型的尺寸，直到与构件模型对应的实体木构件满足所述加工要求；

基于所述目标模型加工得到对应的目标构件，并利用所述目标构件进行建筑施工；在所述基于所述目标模型加工得到对应的目标构件之前，所述方法还包括：

基于BIM获取与所述实体木构件拼接的连接件的拼接面，并基于所述点云坐标，获取所述实体木构件的拼接截面；

根据所述拼接面的绝对坐标和所述拼接截面的绝对坐标，判断所述拼接面与所述拼接截面之间的拼接匹配度，所述拼接匹配度至少包括穿孔率和交错度；

若所述拼接匹配度满足预设的拼接要求，将所述构件模型确定为用于加工对应构件的目标模型，若所述拼接匹配度不满足所述拼接要求，基于拼接匹配度调整所述构件模型，直到与构件模型对应的实体木构件满足所述拼接要求。

2.根据权利要求1所述的基于三维扫描与BIM的装配式木结构建筑施工方法，其特征在于，所述方法还包括：对获取的所述实体木构件在第二坐标系中的点云数据进行预处理，所述预处理至少包括轻量化处理和去噪处理。

3.根据权利要求1所述的基于三维扫描与BIM的装配式木结构建筑施工方法，其特征在于，所述获取所述实体木构件的拼接截面，包括：

获取所述实体木构件中各个平面的点云坐标分别在对应坐标系的X轴、Y轴、Z轴上投影的频数，若所述频数不小于预置数值，将对应平面确定为第一端面；

将所述第一端面中频数最大的区域确定为第二端面，并在所述第二端面中提取点云坐标构成的第三端面，若所述第三端面的形状符合所述拼接面，将所述第三端面确定为拼接截面，若不符合，重新获取第一端面、第二端面和第三端面，直到所述第三端面的形状符合拼接面。

4.根据权利要求3所述的基于三维扫描与BIM的装配式木结构建筑施工方法，其特征在于，所述方法还包括：

判断所述第三端面的相邻平面中是否存在第一端面，若存在第一端面，获取存在的第一端面中的所述第三端面；

判断各个所述第三端面是否存在关联，若存在关联，基于所述连接件的拼接面判断各个第三端面的组合是否符合所述拼接面，若符合，将各个所述第三端面确定为拼接截面，若不符合，重新获取第一端面、第二端面和第三端面，直到各个所述第三端面的组合符合拼接面。

5.根据权利要求1所述的基于三维扫描与BIM的装配式木结构建筑施工方法，其特征在于，所述根据所述点云坐标得到所述实体木构件的尺寸，包括：

获取每个点云坐标对应的法线，当相邻所述点云坐标的法线夹角超过预置阈值时，将其中一个所述点云坐标确定为边界点；

根据各个所述边界点得到所述实体木构件中各个端面的轮廓点云，并基于各个端面的所述轮廓点云获取所述实体木构件的尺寸。

6.基于三维扫描与BIM的装配式木结构建筑施工系统，应用于权利要求1-5中任一项所述的基于三维扫描与BIM的装配式木结构建筑施工方法，其特征在于，包括：

第一模块，用于基于BIM的模型库建立与预制木构件对应的构件模型，并根据所述构件模型进行初加工得到与预制木构件对应的实体木构件；

第二模块，用于在所述实体木构件的各个细部构造位置设置标靶纸，并基于BIM得到各个所述标靶纸的中心在第一坐标系中的绝对坐标；

第三模块，用于采用三维扫描的方式获取所述实体木构件在第二坐标系中的点云数据，并根据所述实体木构件的点云数据得到各个所述标靶纸的中心在第二坐标系中的相对坐标；

第四模块，用于利用所述标靶纸中心的相对坐标和绝对坐标进行配准处理得到配准结果，根据所述配准结果对所述点云数据进行转化，得到所述点云数据在所述第一坐标系下的点云坐标；

第五模块，用于根据所述点云坐标得到所述实体木构件的尺寸，将所述实体木构件的尺寸与所述构件模型的尺寸进行对比并得到尺寸误差，若所述尺寸误差满足预置的加工要求，将所述构件模型确定为用于加工对应构件的目标模型，若所述尺寸误差不满足所述加工要求，调整所述构件模型的尺寸，直到与构件模型对应的实体木构件满足所述加工要求；

施工模块，用于基于所述目标模型加工得到对应的目标构件，并利用所述目标构件进行建筑施工；

所述系统还包括：

第六模块，用于基于BIM获取与所述实体木构件拼接的连接件的拼接面，并基于所述点云坐标，获取所述实体木构件的拼接截面；

第七模块，用于根据所述拼接面的绝对坐标和所述拼接截面的绝对坐标，判断所述拼接面与所述拼接截面之间的拼接匹配度，所述拼接匹配度至少包括穿孔率和交错度；

第八模块，用于若所述拼接匹配度满足预设的拼接要求，将所述构件模型确定为用于加工对应构件的目标模型，若所述拼接匹配度不满足所述拼接要求，基于拼接匹配度调整所述构件模型，直到与构件模型对应的实体木构件满足所述拼接要求。