刘传营
泰安市卓远工程咨询有限公司
摘要：三维激光扫描技术和BIM技术都是当下发展迅猛的新技术，随着数字城市、智慧城市、数字孪生城市的建设与CIM（城市信息模型）关系密切，三维数字模型与BIM（建筑信息模型）模型也密不可分。三维激光扫描技术作为重要的三维数据采集技术在BIM中具有非常广阔的发展空间。目前，BIM在大型建设工程项目中发挥出了重大的应用价值，贯穿于工程项目的设计、施工、运营全过程。它将建筑物的真实信息赋予数字仿真模型，可方便实现协同办公，有效提高设计效率、施工效率、和管理效率。本文对三维激光扫描与BIM技术在道路工程进行分析，以供参考。
关键词：三维激光扫描；BIM技术；道路工程
引言
BIM技术是一种应用于建筑工程领域的信息化技术，其利用计算机强大的计算能力，将建筑工程以三维可视化模型的形态展示，同时承载着建设各个阶段中形成的数据信息。在竣工验收阶段，以竣工图纸为参照，创建能够反映设计意图的设计BIM模型，以三维激光扫描技术获取能够反映真实现场的点云模型，将BIM模型与点云模型进行对比分析，即可得到实际与设计的误差，使施工质量检验工作智能化和自动化，从而保证施工质量。
1概述
近年来，BIM技术的可用性随着发展水平的提高而不断提高。经验表明BIM技术正在革新新技术的发展。但是，还应注意到，BIM技术的应用仍然至关重要。BIM技术在工程行业质量控制中的应用目前仍侧重于计算机仿真。即BIM技术在工程质量控制中的应用更加注重“预控”阶段。BIM技术与工程质量控制的实际整合仍然是解决设计阶段潜在质量问题、解决所有过程中的质量瓶颈以及开发动态控制的一项紧迫挑战。借助3D激光扫描技术，工程师可以快速、自动地为要测试的目标检索3D激光扫描。3D激光扫描仪技术已成功应用于物种保护、工业和制造领域。三维激光扫描仪技术在工程质量保证中的应用是一种具有较高实用价值的新型应用，具有令人信服的演示效果。
2三维激光扫描
2.1基本原理
通过利用BIM技术在三维激光扫描施工中的良好应用可实现对现场预埋构件的实时扫描，依据扫描完成的点云模型，可直观表现出现场安装情况，使得项目实施过程变得更直观，信息共享、协同工作，提高管理效率、效益，实现全面信息化管理的现代化施工管理。三维激光扫描仪的利用激光测距的原理，记录目标点P与扫描仪仪器中心（坐标原点）的斜距S，同时通过精密时钟控制编码器测得每个激光脉冲横向扫描角度a（水平角）和纵向扫描角度b（垂直角）。仪器自定义坐标系统的坐标原点位于仪器中心，Y轴由仪器自身扫描脉冲方向确定，Z轴为竖直向上，由直角坐标系确定坐标系的X轴。
2.2点云数据处理
采用TrimbleBusinessCenter对扫描结果进行处理。提取道路和挡墙表面数据，需对点云进行去噪处理。其步骤为：①手动删除检测范围以外的大部分点云，包括远处的建筑、绿植；②设置设计面到扫描点的距离d，计算所有扫描点与设计面的垂距，根据距离将距离大于d的点剔除；③利用滤波器进行离散点去除，输入临近点的个数及到临近点的距离，计算所有临近点平均距离，若平均距离不在设置的范围内，则该点为离散点，并将其剔除；④经离散点去噪后仍可能会存在噪点点云，可采用手工提出或图像识别等方法进行进一步去噪。
3 BIM技术在三维激光扫描阶段中的应用
3.1现场布置
复杂的构造环境，其中钢筋、模板等被堆积起来，而三维激光扫描通过激光反馈数据对扫描结果有很大影响，因此在现场扫描之前，确保扫描的零部件不会被物品(例如b .堆中的脚手架和材料)被隐藏起来。为避免浪费，应立即清除盖板并清除现场盖板。开始扫描之前，请注意今天的天气，因为雨、雪和雾可能会影响扫描数据的质量。完成此作业后，需要透过实地座标系统使用BIM座标系统进行座标转换，以确保点云模型最终与BIM模型位于同一座标系统中。因此，必须事先确定字段坐标位置和相应位置的坐标，并将相应的几何空间点位置添加到BIM模型中。根据三维坐标原理，通过至少三个点的精确位置保证最终模型转换的精度。
3.2点云模型与BIM模型的比较分析，现场调整
完成点云模型集成后，首先将先前确定的BIM模型几何空间点导入到点云模型中，转换点云模型坐标，在转换后在点云模型和BIM模型之间形成统一的坐标系，然后将BIM模型的扫描内容导出为sat格式，并将点云模型与BIM模型集成到撒旦(地学)软件中，因为这两个模型位于同一平面上。模型可以无缝链接，BIM模型被指定为比较分析中的参考对象，点云模型被设置为测试模型，管道点不再需要的点云被删除，三维分析可以在二维分析之前进行标记，并设置上公差和下公差以保持管道位置点云与BIM模型之间的偏差。分析完成后，将导出分析报告并提供给现场技术人员。收到分析报告后，工程师将根据结果调整现场坡度以适应偏移方向，从而满足设计和工厂要求。
4应用实例
三维激光扫描技术在质量控制中的应用，通过对施工现场进行三维激光扫描，获得真实、准确的数据；通过比对检查，了解施工现场是否在施工质量控制范围内。本次扫描了建筑的外部轮廓和内部结构，将点云数据直接导入Revit软件。点云数据与设计施工平面图进行比较，通过平面偏差比较得到竣工建筑物与设计的平面偏差数据。根据设计图纸在Revit软件中建立建筑物BIM模型，并在软件中将点云数据与BIM模型进行3D比较，最终生成偏差报告，并进行可视化。
5模型对比分析
挡土墙外立——将提取的道路三维BIM模型挡土墙外立面表面与三维扫描点云数据结合，提取各点与挡土墙设计表面的三维垂直距离，正数代表实测表面位于设计表面外侧，以红（黄）色表示，负数代表实测表面位于设计表面内侧，以蓝（青）色表示，颜色越深表明偏差值越大，依据《公路工程质量检验评定标准JTGF80/1—2017》，悬臂式和扶壁式挡土墙水平位置实测允许偏差为≤30mm，在合格标准内的值以绿色标识，得到模型对比云图。
结束语
BIM在应用过程中，建筑信息模型根据施工现场数据的实时更新往往很难做到，传统的测量方法，对于建筑物细部测量存在一定的难度，并且精度很难保证，采用三维激光扫描仪可以及时获得施工现场准确详实的测量数据。三维激光扫描数据不仅可以协助快速构建BIM模型，同时也可以用于施工过程中的质量控制，校正BIM模型，竣工验收、建设工程数据存档等。随着BIM技术和三维激光扫描仪技术的发展，两者结合将会越来越紧密，在现代工程建设中将发挥巨大的应用价值。
参考文献
[1]韩达光,秦国成,杨宇鹏.基于BIM和三维激光扫描在基坑监测中的应用[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2019,38(06):72-76+102.
[2]冉东,刘国栋,基于BIM与三维激光扫描的楼层轮廓异常部位提取[J].地理信息世界,2019,25(06):97-101.
[3]史永宏.桥梁施工全过程中三维激光扫描技术的应用要点[J].四川水泥,2018(12):168.
[4]王静.三维激光扫描技术结合BIM技术在建设工程中的应用[J].江西建材,2018(11):62-63.
[5]王全,张月,三维激光扫描及放样机器人与BIM技术在旧建筑改造中的结合应用[J].施工技术,2018,47(S1):1490-1492.