BIM？基于三维激光点云的施工质量控制及相关应用

 

现如今搞工程的如果不提BIM，好像都不太好意思说自己是工程人员，而且又好像什么事情都能与BIM挂上钩。但究竟啥是BIM，恐怕很多人还真就没能够解释得清楚。十分单调的讲，BIM（Building InformationModeling）直译为建筑信息模型，但它不局限于建筑领域。这一理念将各类工程项目所需的多种专业融为一体，形成了一个多维数字化作业流程，它打破传统，为设计、制造、施工、运营管理等环节提供精准、高效的智能化信息。有关BIM的概念，在此就只是一略而过了，实际上这个概念已经被解释得五花八门，而且也被很多人传得神乎其神，无所不能一般！其实真没那么悬......多说几句的话，它更像是一种指导思想，不同专业的人员在领会了这一思想后，可以结合各自的专业，更加行之有效地实施工作。而并非是像有些人员误解的那样：“BIM是个软件、BIM是个产品、BIM是万能的、BIM就是搞建筑的......”等等，不管怎样，还是希望越来越多的相关人员正确理解并领会BIM的真正含意，让好的理念切实发挥作用。

本话题主要是与施工过程中工程质量控制有关，其方法基于三维激光扫描技术，思路贯穿多个应用环节。技术的灵活应用就是BIM的一个理念，或者说BIM这个理念一直就存在着，只是如今被定义成了一个众所周知新的名词。

随着行业应用技术的发展，围绕BIM理念而开发的工程设计类软件趋于成熟化，三维设计为工程项目带来的诸多好处也不断被认可。三维设计不再停留于几何形体及位置信息层面，而是根据专业需求无限延展。对于结构体的设计，其外观、材质、力学模型、制造工艺、装配流程、服役期限等多方面均已集成为三维模型化信息，从而为后续的制造及安装奠定基础。

构件预制的概念早已流行在基础设施建设的设计与施工领域，这种模式能够为施工环节提高效率、节约用料成本、有效保证工程质量……采用这种方式进行施工，预制件的精度控制就显得尤为重要。三维激光扫描技术为我们提供了高效、准确、全方位的整体检测方案。

三维激光扫描是一项成熟的测量技术，主要用于快速获取物体表面的三维坐标，坐标值准确度达毫米级或更高。大量空间三维点的集合被称为点云。点云通常还含有物体表面的色彩及反射强度信息，点云密度较高时，三维物体的整体几何特征即可被准确地呈现于眼前，从而帮助我们实现可视化数据应用。

模具的精度控制是构件精确制造的必要前提条件，通过三维激光扫描采集模具的表面几何信息，再将所获取的点云与模具的设计数据进行对比，即可准确判断出模具本身是否存在误差超限问题。利用同样方法，可对已预制生成的构件进行检核查验，排除或修复不合格产品。及时发现这一类问题便可预防材料与时间的浪费，从而有效降低项目成本。

例如在制作下图所示左侧桥塔顶端红色区域的构件时，我们便可以对已完成的构件进行三维扫描。

扫描完成后得到如上图所示的紫色部分的点云数据。

通过点云数据与设计模型之间的对比，即可获得如上图所示的符合度偏差结果。这种类型的检测在精度控制方面尤为关键，如果未能良好控制实际建造物与设计模型之间的坐标系统一关系，那么所执行的对比就不具备实际意义，甚至有时候会造成严重的失误。好的方法如果没有恰当应用，容易背道而驰。对于较多情况下的施工质量检测，下面这段视频中所表达的方式是具有一定适用性的。

基于点云数据的施工质量控制与建造物结构检测_腾讯视频 (qq.com)

在不与设计模型进行对比的情况下，先基于自身进行初步检测，如果本身就存在明显的问题，那么对比之下就更加要关注有问题的部分。应用了自身检测方法，更加能够有效避免检测结果失误的发生。

在BIM流程的设计环节中，理论意义的几何模型被构造生成，而在实际施工过程中，由于施工环境复杂多样，预制构件的现场安装过程往往存在着不可避免的碰撞问题或周边存在安全隐患。安装过程的预演能够帮助施工人员预知碰撞所在，从而有效免除施工现场因碰撞问题而造成的大量时间损耗，同时也能够确保施工人员的人身安全。

所谓可视化模拟安装，是指将设计好的结构模型载入现场三维点云环境进行模拟安装。通过这种方式不仅可以预知设计模型在安装过程中的相互碰撞，同时也可以直观地探测到模型与实际安装环境中任何物体的碰撞，以此来实现真正意义上的可视化模拟安装。

根据可视化模拟安装中遇到的碰撞问题，在模拟环境下重新规划构件安装的时间与路径。规划安装时间的目的在于，不同施工进度的现场环境有所不同，准确地分时段模拟施工现场结构变化，即可预先做好安装计划，复杂环境下还可以为构件或其他物体的运输定制高效的输送路径。相关概念可以参见如下视频：

点云与模型之间的动态碰撞检测_腾讯视频 (qq.com)

构件的安装精度关系到建造物结构的稳定性，常规检测手段无法做到全局化偏差检验，安装误差很可能会给后续施工带来意想不到的麻烦。把握结构物的整体安装精度，是现场施工效率的保障。

使用三维激光扫描仪对现场拼装的结构体进行全方位扫描，快速获取毫米级精度的点云信息，将点云导入设计模型来实现设计数据与施工数据的全方位复核。

如上图中灰色区域为点云，蓝色部分为模型，全方位的扫描为安装偏差的检验提供了足够的数据支撑，可实现安装精度检测无死角。

BIM的理念有一种数据形式大而全的意思，三维激光扫描也属于大数据应用的范畴，三维点云竣工数据的采集不仅是为了核查工程质量，其好处还在于任何一个工程阶段都有“据”可查，每个环节都做到心中有“数”。

建造物投入运营后，有必要定期对整体结构进行监测管理，以保证运营期间的系统安全。常规的定点式结构监测手段无法做到信息的全面覆盖，一旦发生问题难以追溯问题的根源；三维激光扫描整体结构监测以其数据全面覆盖的优势为项目管理人员存储了可供趋势分析的数据，这样就能做到掌握结构物的变化趋势，在问题发生前做出决策。

改扩建项目在工程设计与施工中尤为常见，准确的现场参考数据是改扩建设计的依据。将三维点云作为基础数据，设计人员但可以在可视的三维环境中进行改扩建项目的三维设计。这种设计方式能够为设计人员带来诸多好处：直观、准确、高效。

对业主来讲，掌握整个项目全生命周期数据是极其必要的。除运营监测及改扩建设计项目外，这也是突发事件应急救援指挥的重要依据；周期性更新的几何形体及地理信息数据是项目综合属性信息的载体，载体不断更新才能确保附属信息有意义；实现BIM理念下的全数字化项目管理，接轨大数据应用。

 

 

 

注：上述文字内容版权为沈阳优案科技有限公司所有，未经允许进行转载或出版均属侵权行为，违者必究！