精细BIM构建及其在修缮工程中的应用

　　【摘要】随着社会的发展，BIM技术在各个方面越来越受到重视，现有建筑的BIM构建方法精细化程度不够，难以满足实际应用。本文提出了多源数据融合的精细BIM构建方法，实现了建筑物三维激光点云几何特征信息与测量数据、图纸、材质信息的融合，构建出精细BIM，并探讨了融合的精细BIM在修缮工程中的应用。

　　【关键词】建筑信息模型(BIM);三维激光点云;多源数据融合;修缮工程

　　引言鉴于建筑信息模型(BIM，BuildingInformationModeling)技术在建设工程的应用优势，中国很早就在大型工程项目中采用了BIM技术，如北京奥运会水立方，上海中心大厦，天津港国际邮轮码头，上海迪士尼乐园等项目，均实现了一致的设计，精细的分工，有效缩短工期。这些应用也为后期运营管理提供了数据基础[1]，但它们都集中在新建筑的设计和施工阶段，在审计阶段的应用还较少，BIM中含有丰富的建筑物三维信息，在审计工作中利用BIM可以有效提高审计效率，减少审计人员的工作量。

　　建筑工程论文范例： 关于BIM建筑结构设计过程的研究与实现

　　对于现有建筑，利用三维激光技术与BIM融合的研究与运用，同济大学邓林建等人在建筑物BIM重建方面也提出了一套方法，该方法融合了三维激光点云数据和无人机影像，实现BIM重建，并且达到了很高的精度[2];同济大学缪盾等人，也针对BIM结合三维激光扫描在建筑中的应用进行一定阐述与研究[3];华北水利水电大学推晓伟在工程点云数据采集与逆向建模方面，使用GeomagicStudio、AutodeskRevit等软件对结构BIM构建方法与应用进行了研究[4];还有在古建筑修复、桥梁施工、地下工程方面也有很多学者进行了研究[5-7]。

　　通过对这些前人成果的研究，了解到如果直接通过三维激光获取的点云数据，总会存在相关构件信息缺失，提取信息过程复杂，BIM成果应用单一，还总会缺少基础以及楼梯等无法进行扫描的构建，因此我们在此基础上提出了结合建筑规范，基于室内外点云数据与多源数据融合构建BIM的方法,可以有效解决以上问题。

　　近年来，政府出台了很多政策来鼓励审计行业将BIM这种新兴的技术运用到实际工作中去，2018年，习近平在中央审计委员会第一次会议中强调，要坚持科技强审，加强审计信息化建设，可见，BIM在审计邻域的应用是加强审计信息化、响应国家政策的必然要求。BIM技术还在不断的发展完善，对于BIM在审计邻域的应用也在不断的研究与实践，黄海莹分析了现有的内部审计面临的风险和困境，以及引入BIM后的优势[8]。

　　孙少楠等人通过Revit、Navisworks等软件研究了BIM在全过程审计中的应用[9]。有不少学者研究了在内部工程的设计，施工、修缮等过程中运用BIM的审计方法，中北大学韩江帆通过两个审计案例研究了BIM在高校内部基建和修缮过程中的应用[10]，易操研究了BIM在建筑设计阶段的审计工作中的应用优势[11]。

　　王梦蔚从设计、招投标、施工、竣工结算、运维五个审计阶段进行分析,指在出高校内部工程审计中引入BIM的必要性[12]。以上研究通过理论和实践阐述了将BIM应用于审计的优势，为审计行业的信息化提供了思路和理论基础。但由于审计行业缺少熟悉BIM的人员，而精通BIM的人员对审计工作比较陌生，目前还没有一个成熟的平台将这两者结合起来，大多数研究都停留在理论阶段，所以BIM在审计工作中的应用还有待研究和实践。本文提出了多源数据融合的BIM构建方法，结合实例,探讨了精细BIM在修缮工程中的应用。

　　1三维激光扫描技术与建筑信息模型

　　1.1三维激光扫描技术

　　三维激光扫描扫描仪，是根据激光测距原理进行工作的，通过自身的测距系统测出目标物体与三维激光扫描仪之间的空间距离，利用自身的测角系统测得目标物体与三维激光扫描仪之间的水平角以及天顶距，根据相关公式就可以计算出目标物体的空间坐标信息，通过自身的水平和垂直马达等转动装置，在设计的测站上对目标物体的表面进行全面且完整地扫描，获取目标物体表面完整且准确的三维点云数据[13]。该技术具有数字化程度较高、可扩展性强、高分辨率、非接触式等特点，并具有广泛的应用。

　　1.2建筑信息模型

　　BIM是利用建设工程项目中的相关建筑信息，去建立建筑的三维数字模型，通过模拟和还原建筑物的真实情况，实现对建筑的工程建设、设备管理、模拟施工等功能与应用。BIM具有信息的完整性、相关性、一致性、可视化、协调、模拟、优化和可出图八个特征。在设计和施工过程中，使用Revit、Archicad等软件去创建BIM，而不是采用AutoCAD工作，不仅可以得到工作成果，同时也能很大程度的提升工程的内在质量。

　　2多源数据融合的精细BIM构建方法及审计应用

　　2.1基于三维激光点云构建BIM

　　2.1.1点云数据的采集与处理

　　对于构建BIM的点云数据采集，首先明确构建BIM的模型精度要求以及应用需要，对于不同精度下，采集站点的布设，必须考虑直接或间接影响轴网、标高等基准图元确定的构件尺寸完整，例如墙板、梁、柱等构件，针对一些结构复杂，尺寸多变的构件以及室内点云采集，也要考虑该构件的点云完整性和后期拼接配准问题，以便后期拼接配准。在点云数据处理上，先进行数据删减、数据去噪、点云压缩、点云配准、生成矢量数据，以及导出.TXT等格式点云数据等步骤。然后，在recap软件中，可以把TXT点云文件导入，基于AutodeskReCap对于点云浏览的简易性，可以在这里对建筑构件进行识别、测量等，导出.rcp或.rcs格式的文件。

　　2.1.2基于点云的Revit建模

　　通过三维激光点云进行对现有建筑物的BIM构建，主要采取的方法是，利用revit可以对点云进行任何标高平面和任何立面的剖切，并且对每一个视图的点云提供了基于法线的渲染方式，基于此，我们可以比较准确的直接在楼层标高平面，选取图元对应的点云，从而创建BIM。流程包括创建项目与Revit点云加载、基准图元的判断与确定、柱子、梁、墙、门、窗以及楼梯和其他复杂构件的确定。

　　2.2三维激光点云融合多源数据

　　2.2.1融合现有工程图纸

　　在三维激光点云的基础上，融合现有图纸，则可以大幅度的消除单一数据来源构建BIM存在的各种缺陷，通过加载点云数据与图纸翻模的BIM模型在同一三维平台上，通过不同视角的切换，实时对比出两者的差异，并在点云的基础上，同步对图纸翻模的BIM模型进行修改、补充和完善。

　　2.2.2融合一般测量数据与现场调查数据

　　由于建筑物的点云数据，会存在一定的拼接误差与漏扫的情况，这时，我们可以引入免棱镜全站仪等采集方式的测量数据进行修改和补充，与已完成的BIM中构件的参数尺寸进行进一步的比对，找到存在误差位置，其中尤其重要的是基础图元和影响基础图元尺寸的构件，例如标高、明显的梁墙等，都可以通过这种方法进行误差检查，并且发现误差后，可以直接在图元尺寸上进行更改，更改的数据，会在各个视图中实时计算更新。

　　BIM是一个建筑的三维模型，除了基本的几何信息(如长、宽、高等)，也可以载入大量的非几何信息，例如墙体材质、门窗材质、墙体装修层材质等等，这些则通过现场拍摄的影像以及尺寸测量数据，在revit中选择相同的材质，或者自定义材质，添加到对应的构件中。

　　3应用实例

　　3.1江西理工大学校本部6栋学生宿舍BIM实例

　　3.1.1点云数据的采集与处理

　　江西理工大学校本部6栋学生宿舍是目前学校为数不多的老式宿舍之一，为6层砖混结构，由两边对称的主体和连接体组成，采取室外剪刀楼梯，东西两侧各有两块庭院空地，结构规则分明，但缺乏图纸资料。本实例采用了rigelV1000三维激光扫描仪对六栋进行点云数据的采集。

　　后通过riscanpro软件进行建筑外点云的删除，并进行去噪处理。数据配准则采取先通过手动选择4个以上的特征点方式，进行粗拼接并通过多站点调整，由于点云的站点数较多，为保证质量，进行了配准效果检查，除了控制拼接精度，还须通过不同站点的点云采取不同的颜色进行显示，并选择各个方向上的共面位置，进行剖切检查点云闭合程度，使得整体拼接精度均达到毫米级。最后导出.txt等格式点云文件保存。

　　3.1.2基于点云的Revit建模

　　将处理后保存的点云文件，导入Recap进行格式转换为.rcp文件，在Revit中以法线模式链接.rcp点云，并分别基于点云，在立面图上建立6栋各楼层标高，在楼层平面图上确立相应的轴网。完成轴网与标高之后，在平面图上，根据链接点云，依次建立柱子、梁、墙、楼板、楼梯等构建，其尺寸可以通过切换不同视图窗口的点云确定，或者通过Recap中的尺寸量取，进行参数输入，同时结合建筑设计规范，辅助判断是否出现点云选取中的较大错误。

　　3.1.3融合多源数据的BIM模型

　　对于室内部分，因为三维激光扫描仪的扫描限制和扫描时的疏忽，有部分没有扫描完全，或者完全没有扫描，这时通过利用全站仪对室内进行测量，得到室内特征点的txt格式的数据，并通过Recap软件进行的转换，将转换的.rcp文件，导入CAD，进行室内三维线框图的勾绘，完成后可导入Revit中进行对缺少部分的补充，可获得室内BIM。通过以上基于传统测量数据与三维激光点云融合的BIM构建方法，获得了6栋BIM模型。

　　该模型具有基本建筑的空间位置、尺寸、材质等属性信息，构建与构建之间层级分明，互相联系、互相约束，基于6栋BIM模型，就可以进行构建信息的查询与统计以及出图在修缮工程中就可以以构建好的精细BIM为基础开展审计工作，通过融合的精细BIM可以直观的看到建筑的三维实体模型，对每部分的位置、属性都一目了然，比如通过剖切可以直接查看某一部件的位置，通过属性数据库查看它的材质信息等等。

　　结论经过对6栋的BIM构建成果的分析，我们可以得出，对于现有建筑的BIM建模，可根据建筑的实际情况，采取基于三维激光点云与图纸、测量数据等多源数据融合的BIM构建方法，适用与具备图纸、易于扫描的大多数建筑，可以有效的弥补单靠一种数据来源构建BIM存在的缺陷，成果精细且准确。本论文提到的对于现有建筑的BIM构建方式，很好的利用Revit平台提供的功能，对于一般建筑，方便且实用，但是也存在一定的局限性，例如，随着建筑的复杂性越高，建模过程就越复杂，加上基本采取的是人工建模，自动化程度低，且仅适用于建筑内外轮廓框架层面的BIM建模,对于管道、设备及线路等其他层面BIM构建，则需要其他的方式方法，进行更专业、更细化的研究。

　　目前BIM在审计领域的应用还处于初步探索阶段，但相关的研究和实践以取得初步成效，本文构建的多源数据融合的精细BIM具有精度高、信息丰富两大特征，将这样的精细BIM应用到修缮工程的审计工作中，能够提高审计工作的效率与精度，避免很多由于数据限制造成的漏审、多审的情况。

　　参考文献：

　　[1]何清华,钱丽丽，段运峰，等.BIM在国内外应用的现状及障碍研究[J].工程管理学报，2012.26(1)：12-14.

　　[2]邓林建，程效军，程小龙,等.一种基于点云数据的建筑物BIM模型重建方法[J].地矿测绘，2016，32(4)：14—16.

　　[3]缪盾，吴竞，张广兴.BIM结合三维激光扫描在建筑中的应用[J].低建筑技术.2017,39(5):133-143.

　　[4]推晓伟.结构工程点云数据采集与逆向建模的BIM方法与应用[D].华北水利水电大学,2015.

　　作者：王宝娟

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