三维激光扫描技术

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三维激光扫描技术

三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，作为20世纪90年代中期开始出现的一项高新技术，是测绘领域继GPS技术之后的又一次技术革命，通过高速激光扫描测量的方法，大面积、高分辨率地快速获取物体表面各个点的(x.y.z)坐标、反射率、(R.G.B)颜色等信息，由这些大量、密集的点信息可快速复建出1:1的真彩色三维点云模型，为后续的业处理、数据分析等工作提供准确依据。具有快速性，效益高、不接触性、穿透性、动态、主动性，高密度、高精度，数字化、自动化、实时性强等特点，很好的解决了目前空间信息技术发展实时性与准确性的颈瓶。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型，主要通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据，大量的空间点位信息。是快速建立物体的三维影像模型的一种全新的技术手段。三维激光扫描技术使工程大数据的应用在众多行业成为可能。如工业测量的逆向工程、对比检测；建筑工程中的竣工验收、改扩建设计；测量工程中的位移监测、地形测绘；考古项目中的数据存档与修复工程等等。

三维激光扫描原理

三维激光扫描仪利用激光测距的原理，通过高速测量记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。由于三维激光扫描系统可以密集地大量获取目标对象的数据点，因此相对于传统的单点测量，三维激光扫描技术也被称为从单点测量进化到面测量的革命性技术突破。

三维激光扫描技术引入建筑工程的意义

随着三维扫描技术的发展与成熟，它很快成为空间数据获取的一种重要技术手段，并在很多行业引起技术性变革的热潮。目前，国建筑行业处于变革的阶段，BIM在我们从事的行业中引爆，但是都处于一种建模，碰撞分析，检测等方面，但都没有深入衔接现实，忽略施工工地数据流与建筑信息模型间的流通转化，何谈运维，所以bim模型去哪了？并没有贯穿到bim的全生命周期中去。三维激光扫描技术在BIM中的应用是最基础的一个重要环节，对现场实际数据的采

集，经过处理对BIM设计模型校核，消除设计与施工现场的误差，提供可用可交付的bim模型，这在机电安装预制化过程中起到关键作用。在管线综合中，除了软件里的软碰撞检查，机电模型与现场点云模型的硬碰撞也至关重要。三维激光扫描仪在工程建设中最本质的应用就是现场数据的获取，区别于传统的点测量，它是建筑工程的大数据，任何测量、实测实量、施工节点对比、模型校正、竣工交付，数据留存、质量检查等都是依托于这一大数据，也就衍生出很多的应用。

三维激光扫描技术在BIM施工流程中应用示意图表

通常的扫描应用方案总体可以分为三个阶段，现场实测扫描、点云数据处理、高级三维检测。处理后的数据可以直接导入到CAD、revit等软件辅助建模。下图，是分阶段的工作流程图：

三维激光扫描技术在工程建设中的应用

（1）规划设计阶段：三维激光扫描技术在工程建设规划初期可以完美的提供工程建设现场1:1的真彩色三维点云模型，包括地形地貌，交通线路，周边建筑（及其细节信息，如步行广场的平台、走廊、楼梯的位置、坡道；入口和出口点；紧急通道和通风设施；楼层之间的连接等，相比较无人机航拍更具细节信息），获取更加全面的基础信息。为规划设计提供准确依据。另外，设计的建筑模型可以匹配到扫描的点云数据中，来进一步检查设计与现场周边环境的冲突。而Trimble扫描的点云模型被作为多维架构的开端，进行AEC规划、设施资产清单整理，三维框架的应急计划和房地产计划等。

Trimble的三维扫描技术无论在建筑施工进程前期、中期、后期的各个阶段都可随时对工程进行扫描，得到实测实量的高精度点云模型。依据这些点云数据：可以辅助设计人员对模型、图纸做合理的调整与变更；可以帮助管理人员对工程质量及状态进行检查；对工程施工做完整的3D记录、存档，为后期运维提供真实的数据依据。

（2）旧改项目中的应用：随着城市的发展，几乎都会面临旧改的问题，由于设计及施工的时间跨度大、旧改时期很难找到完全和现场情况比配的结构图纸资料，这为接下来的房建设计施工等工作带来不利因素。如果以传统的测绘手段重新测量获取现场数据将是一个几乎不能完成的任务，在这种情况下使用三维激光扫描技术获取现场实际三维点云数据，为设计方提供真实可靠的数据进而很好地解决这个问题。

?数据采集、几何测量

?施工质量检测、结构检查

?工程记录、隐蔽验收

?空间位置冲突检测

?土方测定、容积检测

点云数据处理

高级3D检测

依据点云建模

在工厂复杂环境中的应用

应用案例

地铁七号线南站站通风机房三维激光扫描项目

中铁一局项目

在机电安装进场时，南站站由于土建施工时间久，且经历多次施工单位施工造成遗留问题土建和设计图纸偏差较大，无法按图施工，业主方工期催促时间紧，现场结构复杂，室空间杂物较多影响常规测量速度与质量。

后采用天宝三维激光扫描技术进行解决。现场外业数据采集两小时，完成现场测量工作。后业处理，迅速提交现场点云模型，设计图纸修改所需相关现场尺寸，均在点云模型中获取，模型硬碰撞等均在办公室处理完成。

Realworks中点云模型

点云模型与设计模型匹配

Realworks中点云模型与设计模型在横梁部位存在碰撞

Navisworks中机电模型与点云模型碰撞检测华润湾国际商业中心春笋项目钢结构扫描测量

中建三局作为总包单位，在针对于做钢结构的分包单位就钢结构偏离设计的问题上，存在纠纷。通过采用三维激光扫描技术，出具量化的，先进性的数据依据来卡下面的钢结构分包单位。

现场扫描

钢结构的角度，长度，空间几何形态测量

结合天宝bim放样机器人形成全套bim施工流程，在机电安装中配套应用，如下图：。

华润湾国际商业中心项目BIM综合应用.pdf

某国道隧道扫描demo

总包方因需要对不同隧道挖掘方式的土方量进行精确测算，进而对成本管控，选取最有的工作方式，及对不同施工节点进行三维激光扫描测量，做好数据留存，便于后期点云数据叠加分析。

点云数据展示

在对采集到的点云数据进行分析处理，得出所