张永峰
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摘要：技术通过高速激光扫描测量，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，可以快速、大量的采集空间点位信息，为快速建立物体的三维模型提供了一种全新的技术手段。其具有快速性、不接触性以及穿透性，可实时、动态地获得被测对象表面每个采样点空间立体坐标，得到被测对象的采样点。
关键词：建筑机电工程；BIM测量机器人；应用
本文介绍了BIM机器人施工技术在机电安装项目中的应用。分析探讨了大型数据机房管线综合图及配套图纸的深化要点，总结了施工过程中设计精度、加工精度、装配精度等因素，为同类工程积累了实践经验。
一、本仪器的优势
BIM 方案集中体现在测量机器人上，本仪器的优势：
1.用户可以将BIM设计模型直接导入机器人的手机设备上，然后通过在手机上点击捕捉的方式创建点目标，然后在工地现场将目标点直接放样到实地，省略了人工计算、手动输入的环节，从而简化了作业流程，提高了作业效率，而由于人工干预少，杜绝了计算错误和输入错误的机会，保证了放样结果的正确性。
2.可以采集现场目标点、线数据用于更新BIM 模型，完成从设计模型到现场，再从现场到设计模型的工作流程闭环，使得机器人成为连接BIM 设计室和工地现场之间的纽带。在联系和转化问题上，与传统方案相比，基于BIM机器人的方案省去了大量的人工操作环节，使工作效率和经济效益明显提高，由人工计算和输入导致的差错降至最低，而测量和放样的精度更有保障。
3.测量放样结果能够直接显示在三维模型上，配合误差报告等功能，用户能够更加直观地查看测量结果、误差情况和作业进度。
二、BIM测量机器人在建筑机电工程中的应用
项目建筑总层数115层，建筑高度528m，总建筑面积43.7万m2，同一楼层内将出现包括土建、装饰等多个专业的队伍同时施工，并且机电系统内各专业交叉多，界面协调复杂。
1.测量与定位。机电管线与设备布置依附建筑结构作为基础参照， 传统机电模型建立在结构图纸翻模基础上， 施工过程产生的累计偏差与图纸模型的不吻合影响机电设备及管线施工定位。若采用传统方式复核结构偏差，工作量巨大。结合现场情况，借助三维激光点云扫描仪，将施工完成的结构、基础等转换为三维扫描点云数据，再利用点云处理软件进行数据处理后，模型数据重建的工作流程的同时，满足装配式施工模型１：１还原现场的要求。在此建筑模型上完成机电管线深化设计。同时，通过BIM机器人全站仪结合应用的放样方案，快速将模型空间坐标放样为实物坐标，完成装配件的精确定位及复测。解决了因建筑施工误差导致的机电装配施工定位偏差等问题。（图形化指导放样图1）
2.管线综合。根据图纸、设计及业主确认的优化建议、设备样本、现场施工情况、施工验收规范等， 在点云扫描模型的基础上，进行机房机电专业深化设计及管线综合排布工作。过程中综合考虑结构安全性、检修空间、常规操作空间、标高、综合支吊架布置、设备基础布置、排水沟布置、机房整体观感，运用管线综合布置技术，合理布置各专业管线。球形标靶球心提取精度在0.6mm左右，棋盘格平面标靶的点位提取精度在4mm左右，通过BIM软件模拟方案的实施， 复核管道施工的可操作性，完成系统深化设计及管线综合排布工作， 减少专业碰撞及安全质量隐患，出具BIM综合图。利用BIM软件可视化、参数化、信息化等特点， 对机房内设备、复杂构件进行毫米级精细化建模。
根据收集的真实外形尺寸信息， 创建毫米级１：１ 模型族， 搭建项目级族库。模型族库务求精细化、真实性、信息化 。在精细化建族的基础上，完成族块精确搭建， 考虑每片法兰螺栓的安装空间及垫片、垫块、减震材料的收缩余量。
3.管道分节、构件加工。在机房BIM综合图基础上，多方面考虑机房运输通道、回转空间、吊装方式、长距离运输等条件限制， 根据管道材质、连接方式等要求，合理进行管道分节，并对每节构件进行唯一性编号，形成管道分节图其次，结合精细化建模成果，对每节编号构件利用软件的强大出图能力，出具构件加工详图。构件加工图应通俗易懂， 标注清晰，并完整描述构件的三维尺寸、构成、空间关系等， 用于指导工厂机械化加工。在BIM综合图、管道分节图、构件加工图的基础之上，融入时间维度、精度控制、纠偏理论，进行施工可行性方案设计， 形成管道施工流程图。作为可视化的施工方案， 管道施工流程图将机房内的设备、管道按区域、标高、施工工艺、专业关系划分为多个安装批次， 形成合理有序、层层递推的施工流水组织，并作为控制构件预制加工和材料采购进场的依据。利用BIM模型数据，快速统计每个区域材料工程量。依托数据库服务器，结合二维码技术提升材料进场效率。同时妥善储存表单数据， 使得工序信息化衔接， 数据追溯性完整。工程施工管理过程中，使用系统平台和BIM系统平台其中平台用于包括BIM在内的信息共孕，更新，协同。平台用于质量的管控与协同。业主、设计、施工在１ 个平台对项目进行管理， 可对问题进行同步追踪和更新。借助平台协作功能，在施工阶段，作业者根据模型进行现场安装， 发挥模型交底与协调性的优势， 形成了设计要求＋现场协作的互通施工方式。利用高精度全站仪，测量上述布设的球形标靶，留作后期坐标系统配准使用。扫描仪球形标靶和全站仪棱镜的配准精云数据，通过扫描过程中布设的人工参考或自然参考进行整体拼接，完成之后对整体的点云数据进行去噪，冗余数据的剔除，并和施工坐标系或现场轴网进行配准，放样机器人，它剔除了传统全站仪的众多复杂功能，加入了自动跟踪，找准的自动化跟踪技术，使得设备的操作便携性大大提高。操作该型机器人不再需要像以前一样，必须要有专业测绘背景的技术人员来完成。形成每日放样汇总记录与放样点位精度统计报告，及时归档保存。
4.现场施工验收。施工成果的验收是保证现场施工质量的重要环节，提高施工验收水平是实现优质工程的有力保证，利用测量机器人辅助施工验收便捷高效。通过测量机器人高效的数据采集功能，测量现场施工成果三维信息。将现场实测实量检查结果导入BIM模型，以此为根据来指导现场施工，调整工作，根据实测实量信息与设计模型中的信息对比分析来检查管线、设备的安装质量。通过这些数据与图像资料分析能够有效保证管线安装的水平度、垂直度以及施工精度等检查标准。通过测量机器人的现场测绘数据，使验收结果更全面、更具说服力。在利用测量机器人辅助施工验收的过程中，现场测量成果同样也能反馈到已有的BIM 模型，保证模型与现场的一致性，为后期建筑机电系统的运行与维护打好基础。通过测量机器人将BIM 设计数据用于指导现场安装施工，保证了设计对施工更有力的控制，同时利用测量机器人对综合管线以± 3mm 放样精度进行施工放样，保证管线安装精度。就管线施工放样这一工序而言，通过测量机器人的放线过程是传统施工放线效率的3 ～ 4 倍，能够有效提高施工效率。利用测量机器人采集施工现场数据，检查管线的水平度、直线度，可以实现现场施工验收，利用现场测绘进行机电管线的验收比传统的验收方法更直观全面，有利于提高施工验收的质量，确保施工验收过程真实可靠。
5.数据处理分析。水准网由18个点组成,布设成多结点闭合水准网,各点的高程中误差控制在1mm以内,精度符合工程要求。平差后的单位权中误差为0.62mm,每公里观测高差之中误差为1.56mm,且通过了置信度评价。
通过局部点云模型与BIM模型叠加，进行碰撞检测及施工误差查找，详细了解局部及重要区域精确施工误差，及时调整施工方案，避免拆改。BIM施工技术的应用， 大型数据机房的管道综合布置、施工效率得到了有效提高。
参考文献：
[1]刘旭春.高精度数字水准仪在沉降监测中的应用.科技资讯,2016(1):58～ 61.
[2]赵瑞.数字水准仪SPRINTER 200M的试验与评述.科技创新导报,2017,7(4):42～ 26.