基于LiDAR技术与BIM技术在某项目中的综合应用研究

任立夫

中煤（西安）地下空间科技发展有限公司，中国·陕西 西安 710000

1 引言

随着城市数字化的迅猛发展，各个行业对空间信息数据的需求已经不再局限于普通的二维数据，三维数据成了大众所采纳的数据类型。如今BIM技术作为一项新兴的三维数字信息化技术，在国家、地方及行业内自上而下的政策推动下，各大中型企业积极主动的自主研发，在建筑行业内积极推广应用，BIM的发展势头迅猛。同时在测绘行业内LiDAR三维激光扫描技术具有传统测绘技术无法比拟的优势，可实现快速获取高分辨率、高精度三维空间信息的功能，能够满足数字化采集建筑物信息的要求。因此，BIM技术结合LiDAR三维激光扫描技术对建筑物进行信息数据的采集与管理是一种全新有效的方式。基于LiDAR三维激光扫描技术高效率及高精度的特点，以及BIM技术的信息化建模的特点，综合展开对建筑物点云数据的获取、处理以及数字化逆向建模研究工作。通过建立建筑三维信息模型，不仅可实现视觉上的浏览，同时能够对建筑物的属性信息进行录入，实现对建筑物三维场景和信息价值上的统一管理。

2 项目概况

“某机场航站楼信息管理工程”项目，该项目计划采用LiDAR三维激光扫描技术采集既有建筑物的点云数据，项目的扫描范围包括T1与T2两个航站楼分区，平面范围约为两万平方米，计划在七个工作日内采集完成所有项目范围的点云数据[1]。在完成所有的扫描任务之后，内业采用BIM技术开展点云逆向建模的工作，依据点云数据以及现场采集的视频、照片数据作为建模参照依据，逆向构建完整的航站楼内部建筑信息模型。最后通过将BIM建筑信息模型作为平台架构的三维可视化数据基础，展开对既有建筑物的信息管理。

3 BIM技术与LiDAR技术的综合应用

在BIM技术与LiDAR三维激光扫描技术进行结合的基础上，结合本次项目在既有建筑物的信息管理方面进行应用与探索。主要研究工作内容如下：

第一，通过使用LiDAR三维激光扫描技术展开对航站楼的点云采集工作，研究扫描现场选取的站点及标靶位置布置的合理性以及优化性，对后期开展类似工作做好资料积累和技术沉淀。

第二，在逆向构建建筑信息模型的过程中研究BIM模型精细化程度的划分标准；对逆向建模工程中的构建方法进行分析和总结，通过结合BIM技术的特点，形成一套可直接利用点云数据在BIM软件中逆向建模的方法；通过分析BIM技术在工程项目应用中的优点，对该技术在既有建筑物的信息管理方面的优势进行探索。

4 逆向建模流程

本项目研究了依据点云数据逆向构建BIM模型的方法，验证了该方法是可行的。采用的方法是通过软件处理zfs、asc、las、pts等格式的初始点云数据并将其转化为rcs格式的文件，将该格式文件在Revit软件中通过链接点云的功能模块链接载入，以此作为逆向建模的参照。导入到Revit软件的建筑物点云数据如图1所示。

图1 转换为rcs格式的点云数据

在Revit软件中导入转换格式后的点云数据，由于轴网和标高作为约束条件的重要组成部分，为构建模型主体的位置与方向提供参照，故先根据点云数据以及现场记录来创建轴网和标高。轴网和标高作为建模过程中制定约束条件的第一步，起到了划分楼层层高，确定楼层顶板、底板的高程以及梁、柱、墙体的位置等作用[2]。创建完成的轴网如图2所示。

图2 BIM逆向建模的轴网构建

在为建模前期准备的标高、轴网两项约束条件绘制完成，就可以正式开展逆向建立BIM建筑信息模型主体的工作。根据点云绘制模型的主体，构建墙体以及幕墙、梁板柱等建筑结构组件，亦可通过视频照片数据辅助构建室内其他的设备组件。借此方法得到的模型轮廓如图3所示。

图3 BIM逆向建模效果

本次项目基于点云数据的逆向建模工作，包含外业LiDAR激光扫描和内业BIM数据处理生产两部分工作内容，应充分制定整体实施计划。外业任务首先是对人员调配进行准备，选择适宜的扫描设备，对扫描现场评估，确定测站点以及标靶的位置；采集完点云数据及相关的信息之后，就可以开展内业工作，包括点云数据处理和逆向建模两部分[3]。具体工作流程如图4所示。

图4 基于点云的BIM逆向建模流程

5 结语

论文阐述了采用LiDAR三维激光扫描技术获取所需的点云数据，再通过BIM技术逆向创建建筑信息模型的整体流程。详细介绍和研究了建筑物点云数据采集的流程，对航站楼进行激光扫描，获得完整的三维点云数据。以采集的点云数据为参考基础，依靠处理后的点云数据逆向创建模型，形成完整的航站楼三维建筑信息模型。研究中存在着一定的局限和改进的地方，主要包括下面几点：

第一，三维激光扫描点云技术受其使用条件因素的影响，因此该技术的发展需要不断精益求精，针对该技术还需要努力学习相关理论知识，增强实践能力。

第二，点云数据模型重构技术，虽然可以成功逆向构建精确真实的建筑内部三维信息模型，但是自动化程度低，耗费时间长，且对建模人员的建模经验要求较高，这使得实际建模工作的效率并不是很高，因此可在后期对点云数据逆向建模的自动化方向进行深入研究，以提高实际测绘生产的效率。