既有建筑信息模型快速建模方法和实践

1、既有建筑信息模型快速建模方法和实践周红波汪再军上海建科工程咨询有限公司摘要：分析既有建筑运维管理中的bim应用问题，系统探讨既有建筑信息模型快速重 建技术，提出相对于传统设计建模反向过程的逆向建模方法，并对三维激光扫 描和倾斜摄影等逆向建模技术对比分析。借助项目案例，完整展现既有建筑信息 模型的实现技术路线，为既有建筑的快速建模研究和实践提供参考。关键词：既有建筑;运维管理;建筑信息模型(bim);技术路线;作者简介：周红波，男，生于1972年，湖北应城人，博士后，教授级高工，主 要从事工程管理、风险管理、bim等工作。收稿日期:2017-09-22基金：上海市科委课题“房屋建筑工程信息模型运

2、维管理应用技术研究和示范” (15dz1203404)rapid modeling method and practice of information model for existing buildingszhou hongbo wang zaijunshanghai jianke engineering consu 1 ting co., ltd;abstract：this paper emalyzcs the bim application problems of cxisting building operation and maintenance management, syste

3、matically discusses the rapid reconstruction technology of existing building information model, proposes the reverse modeling method relative to traditional design modeling reverse process, and compares and analyzes the reverse modeling technology such as 3d laser seanning and obiique photography. w

4、ith the help of the project case, fully displays the technical route of the existing building information model, which provides a reference for the rapid modeling research and practice of the existing buildings.keyword：existing bu订dings; operation and maintenance management; bim; technical route;rec

5、eived： 2017-09-221引言改革开放以后，我国建筑业经过了 30多年的发展，目前我国既有建筑规模约达 500亿平方米，并口每年还有约20亿平方米的建筑竣工。近年来，随着经济发 展模式由数量型向质量型的转变，预计我国的基本建设需求将有所放缓，工程 建设除了转向国际承包外，建筑业将转型到以既有建筑运维、加固、改造为主的 形式上来。2016年，中央城市工作会议提岀了城市修复、老旧小区综合改造的 发展方向，标志着我国的建筑业己经开始从大规模的新建时期迈向现代化的运 维管理时期。近年來，随着bim技术的发展与政府对bim应用的大力推广，bim技术与既有建 筑运维管理相结合渐成趋势，为既有建筑

6、的运维管理带来新的技术应用和支撑。 bim技术在既有建筑运维管理应用首当其冲是要解决既有建筑建模问题。然而， bim建模技术目前的研究主要集中在新建工程的模型创建，对于既有建筑建模 方面的应用研究虽有尝试，但涉及不多。2既有建筑快速建模特点与难点2.1既有建筑特点(1) 建筑已经存在与在建建筑相比，既有建筑是已经建好并且投入运维的建筑，具有建设过程的 整套完整资料，针对建筑的几何及相关属性数据，可以通过现场勘测工具进行 现场测量和识别，采集数据。(2) bim技术应用目标明确 既有建筑的bim技术应用，就是应用bim技术为建筑的运维管理、改造及拆除提 供技术及数据支持，目标明确，技术路线清晰，

7、为既有建筑bim技术的应用确 定了应用方向和技术发展趋势。2.2既有建筑建模难点目前b1m建模方法主要针对于在建建筑的正向建模，正向建模是最传统的计算 机三维设计建模，根据设计者的构想，预先定制好设计的内容及尺寸信息，在 计算机环境下进行三维模型的建立。但是正向方法显然不能满足既有建筑，主要 原因如是：(1) 既有建筑是已经建设完成真实存在的建筑，并且既有建筑竣工图纸普遍存 在与现况不符，并且资料缺失，这样就导致按照正向建模方法创建的b1m模型 与现况有偏差，这样的模型不能满足运维管理的需要。(2) 采集既有建筑空间几何信息困难。应用于运维管理的既有建筑对数据精度要 求较高，能够准确地反映房屋

8、的实际情况。然而，很多既有建筑如历史保护建筑 往往具有独特的造型与风格或建筑细节，传统测绘方法受人为因素及测量手段 的影响精度较低。(3) 既有建筑结构影响测量。房屋顶部门楼造型棱角多且屋檐精准定位及测量较 难实现，测绘结果达不到应用要求。(4) 既有建筑测量成本较高。对于高度较人的既有建筑，理论上传统方法详细测 绘外立而需搭设脚手架等登高设备，施工准备过程较长且经费较高。3既有建筑快速建模方法针对既有建筑建模存在的上述问题，可以采用逆向建模方法。逆向建模，和对于 传统设计建模是一个反向过程，因此被称为逆向。常见的逆向建模技术包括基于 点云的三维激光扫描技术和倾斜摄影技术。3.1三维激光扫描技

9、术基于点云数据的逆向建模是指通过三维激光扫描技术对已真实存在的物体进行 扫描，这样就获取了该物体的空间儿何信息，相当于对其进行了数字化，然后 再将己被数字化的物体导入三维设计软件，参照该数字化信息进行模型的建立。 点云建模技术主要有七个步骤:扫描、点云导出、点云成模处理、点云模高分辨 率导出、点云体修补、点云建模、点云数据拟合转换。(1) 扫描在扫描过程中，受扫描距离、空间布局复杂程度、有遮挡等因素影响，三维激光 扫描仪每一固定站点采集到的点云数据仅是被测建筑的一部分，需进行多站扫描并点云拼接，因此应注意合理设置测站数量，尽量用较少的测站完成数据的 完整采集，避免后期点云拼接吋的误差累积。(2

10、) 点云导出点云导出需要的电脑配置较高，可以采用拼接点云的方式进行整体导出。在点云 导出前，删除多余的点云或墙体、门窗、保留线脚框架。最后将拼接好的点云转 成dxf、stl> 3ds等格式。(3) 点云成模处理将处理好的点云导入 geo magic studio 12 (或 proe、ugnx、catta> imageware geomagic studio> c o p y ca d> r a p i d fo r m)，再对对点云进行曲率 处理，使得计算机运行顺畅，最后将处理好的点云在gstud1o12里封装为体。(4) 点云模高分辨率导出导出的模型格式为stl、d

11、xf格式，可以生成高清晰度点云，如图1所示。图1高清晰度点云模下载原图(5) 点云体修补将处理好的点云体导入3dmax、sketchup、revlt等3d软件进行体修补，用3dmax 或sketchup修补点云体中破损的部位，如图2所示。图2点云体修补(6)点云建模下载原图在修补后的体块框架中建模，补全残缺模型，如图3所示。图3点云数据拟合下载原图(7)点云数据拟合转换 使用软件根据点云数据的分布规律，将符合建筑构件表面儿何特征规律的点云 拟合为相对应的建筑构件模型，继而形成整个建筑模型，如图4所示。图4 bim模型转换下载原图3. 2倾斜摄影技术倾斜摄影技术是国际测绘遥感领域近年发展起来的一

12、项高新技术，通过在同一 飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直、倾斜等不同角度采集影像，获取地面 物体更为完整准确的信息。这种摄影测量技术称为倾斜摄影测量技术，所获取的 影像为倾斜影像。倾斜影像具备以下特点：(1) 反映地物周边真实情况相对于正射影像，倾斜影像能让用户从多个角度观察地物，更加真实的反映地 物的实际情况，极大的弥补了基于正射影像应用的不足。(2) 倾斜影像可实现单张影像量测通过配套软件的应用，可直接基于成果影像进行包括高度、长度、面积、角度、 坡度等的量测，扩展了倾斜摄影技术在行业中的应用。(3) 建筑物侧面纹理可采集针对各种三维数字城市应用，利用航空摄影大规模成图的特点，加上从倾

13、斜影 像批量提取及贴纹理的方式，能够有效的降低城市三维建模成本。(4) 易于数据输出倾斜影像的能同时输出正射影像(dom)、数字高程模型(dem)、数字地表模型 (dsm)、业务矢量数据(叽g)等多种数据格式成果，应用与各种数据平台。3.3技术对比综述现在对两种技术做了以下对比综述(见表1):通过对比，结论如下：仃)三维激光扫描技术在测量精度较高、细小物体众多的设施建模中具有明显优 势，非常适合注重于局部建筑单体等典型应用。激光雷达设备价格也越来越低， 结合相机也可以来获取高真实感可视化效果，并且3d扫描技术与bim技术的结 合不仅方便快捷，更重要的是它的精确度是传统检测方法所无法达到的。（2

14、）倾斜摄影技术可以获取具有真实纹理的三维数据，适合做大范围城市既有 建筑三维建模以及一些对精度要求稍低的三维工程测量应用，但数据处理耗时 长成本高，同时对天气要求较高，并且对植被下的地形无能为力，对细小物体 （市政管线、电力线）的建模能力不足，在数据处理中需要大量人工介入才可以 应用到设施精准要求较高的三维建模和测量中。4应用案例4. 1项目概况某大厦建于1997年，位于徐汇区宛平南路，现为纯办公业态，建筑面积27895m, 建筑高度102米，地上24层，地下2层（均为车库和设备用房）。本项目旨在 应用物联网的核心技术，通过技术集成、系统集成和应用集成等方式，开发“基 于btm的运维管理系统”

15、，提供包括建设和运维阶段的综合信息管理，实现快 速获取、管理和处理相关信息，支持运维过程的综合信息、维护维修、运维知识 库、机电设备运行状态监测与控制、结构健康监测、能耗评估以及灾害模拟与应 急决策等管理，从而提高工程运维阶段的工作效率和信息化管理水平。该大厦是 单体既有建筑，模型应用于运维管理，因此对模型深度要求较高，结合以上逆 向建模方法分析，采用三维激光扫描技术进行点云模型创建，后续进行bim模 型拟合转换。表1两种技术的对比 下载原表4. 2信息模型重建某大厦的建筑信息模型快速重建宜采用三维激光扫描技术得到建筑的几何信息, 根据建筑构件分类，形成建筑构件的点云模型，建立相应的构件b1m

16、模型，赋 予相应的参数如设备编号、设备类型、设备型号、制造商、部件名称、系统名称、 标高、安装单位、负责人、供应商、空间区域等，组合形成建筑信息模型（见图 5） o图5既有建筑信息模型重建方法下载原图（1）建筑构件分类 按照建模软件构件分类体系，对建筑进行构件分类，分类结构如：区域一一单体 建筑一一系统一一楼层一一成套设施设备一一构件，为点云模型分割做好准备。(2) 构件分割根据单体建筑的构件分类情况，将点云数据分割，作为构建建筑构件模型的几 何数据。(3) 构件模型建立将点云构建模型导入建模软件，在建模软件定义构件类型，赋予属性信息，转 换成构件btm模型，添加构件名称、材质、颜色等信息。(

17、4) 建筑信息模型在b1m建模软件中，集成构件b1m模型进行合模，建立建筑整体b1m模型。(5) 基于bim的运维管理系统将处理好的某大厦模型导入基于bim的运维管理平台，为大厦运维管理提供 了数据支撑和可视化模拟分析。参考文献1庞永师，杨植，王亦斌，等基于bim的建筑工程运营管理研究j 工程经 济，2016 (4) : 30-34张世玉既有砌体结构外套加固技术的bim技术硏究j 北京:北京:北京建 筑大学，2015.3 sacks r, koskcla l, dave ba, ct al intcraction of lean and bu订ding information modeling in constru