BIM與三維掃描技術(shù)古建筑修復(fù)保護(hù)研究范文

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摘要：將三維激光掃描技術(shù)與bim技術(shù)進(jìn)行銜接，應(yīng)用于古建筑的保護(hù)與修復(fù)，能發(fā)揮兩種技術(shù)的優(yōu)勢。先通過三維激光掃描技術(shù)準(zhǔn)確獲取古建筑的幾何信息，生成點云模型，再基于點云模型，建立BIM模型，從而實現(xiàn)文物古建筑修復(fù)的正向設(shè)計，為修復(fù)施工、古建筑維護(hù)、信息存檔提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：古建筑；三維激光掃描；BIM；正向設(shè)計

1引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，城市化進(jìn)程加快，對歷史建筑也造成巨大損害，古建筑保護(hù)與發(fā)展問題日益突顯出來[1]。隨著激光技術(shù)的快速發(fā)展，激光三維掃描技術(shù)廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域[2]。同時隨著BIM技術(shù)的不斷發(fā)展，古建筑領(lǐng)域也開始應(yīng)用BIM技術(shù)[3-5]。將兩種技術(shù)進(jìn)行銜接，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，對文物古建筑的修復(fù)有重要的意義。本文首先采用三維激光掃描技術(shù)，對兩處古建筑采用無人機(jī)和站式兩種方法進(jìn)行了掃描，對比了不同方式在采集古建筑信息的適用性與區(qū)別，然后基于三維激光掃描的點云模型，建立了BIM模型，探討了基于BIM技術(shù)的古建筑修復(fù)保護(hù)的應(yīng)用方法。

2古建筑概況

本文選擇了兩處古建筑進(jìn)行了三維激光掃描，分別是五泉山太昊宮壤駟子祠與興隆山握橋。

3古建筑三維激光掃描

太昊宮壤駟子祠采用了無人機(jī)和站式兩種掃描方法，通過對比，發(fā)現(xiàn)站式掃描更精確，更適用于古建筑復(fù)雜的信息采集，后面BIM建模時采用了站式掃描采集的信息。

3.1掃描方式和儀器

點云數(shù)據(jù)采集主要利用了FARO、Trimble兩款站立式和無人機(jī)三維激光掃描儀，如圖1所示。

3.2不同掃描方式效果對比

五泉山太昊宮壤駟子祠采用南方測繪無人機(jī)和FARO站式三維激光掃描儀進(jìn)行了掃描，利用處理軟件完成了點云模型的搭建，不同掃描方法得到的點云模型與實際建筑對比如下。1）無人機(jī)掃描首先對壤駟子祠采用無人機(jī)掃描，掃描過程和掃描結(jié)果見圖2。通過站式掃描，將采集的點云數(shù)據(jù)通過SCENE軟件進(jìn)行模型拼接處理，形成點云模型如圖3所示。對采用無人機(jī)和站式掃描兩種方法的效果進(jìn)行了總結(jié)（見表1）。

4點云模型向BIM模型的轉(zhuǎn)化與應(yīng)用

4.1信息采集與建模

通過對無人機(jī)和站立式兩種三維激光掃描方式的對比，決定采用站立式三維激光掃描方法采集古建筑信息，生成BIM模型。為了方便采集復(fù)雜構(gòu)件，同時考慮到文物古建筑的修復(fù)多是局部性的，且握橋下方水流湍急，不具備架設(shè)站點的條件，本次僅針對部分構(gòu)件通過三維激光掃描，將三維激光掃描點云模型導(dǎo)入Revit，建立BIM構(gòu)件模型。BIM模型與實景圖對比如圖4所示。通過BIM模型測量可知握橋耳房外墻寬3153mm、高2420mm，門洞寬2512mm，高2641mm，通過現(xiàn)場實物與BIM出圖的對比可見，通過三維掃描采集準(zhǔn)確尺寸信息，建立BIM模型后，能夠準(zhǔn)確反映出古建筑墻上復(fù)雜的紋路，有效輔助出具設(shè)計圖紙。通過BIM模型測量可知通過三維掃描的點云模型，再到基于點云模型建立的BIM模型。采用三維激光掃描準(zhǔn)確采集信息，建立BIM族庫，可有效保存古建筑信息，方便古建筑的維修和保護(hù)。

4.2整理出圖

BIM出圖時，首先根據(jù)需要，建立專用的圖框族，然后將保存好的平面圖視圖、立面圖視圖、剖面圖視圖等放入圖框內(nèi)，對各圖的位置進(jìn)行調(diào)整布置，圖紙整理布置完成后，可以將圖紙視圖導(dǎo)出為CAD文件。從數(shù)據(jù)采集到設(shè)計出圖，采用三維激光掃描和BIM技術(shù)后，能夠極大地提高工作效率和測量精度。整個過程實現(xiàn)了BIM技術(shù)在文物古建筑修復(fù)中的正向設(shè)計，為設(shè)計的變更、施工方案的制定、技術(shù)交底等后續(xù)工作提供改了便利條件。

5結(jié)論與展望

1）三維激光掃描實現(xiàn)了“實物還原”，充分體現(xiàn)出三維激光掃描在古建筑數(shù)字化信息保護(hù)方面的優(yōu)勢，也為古建筑的三維建模和重建等提供了參考。2）通過三維激光掃描與BIM技術(shù)的結(jié)合，以點云數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立古建筑的BIM模型，能夠?qū)崿F(xiàn)BIM技術(shù)在文物古建筑修復(fù)中的正向設(shè)計，為設(shè)計的變更、施工方案的制定、技術(shù)交底等后續(xù)工作提供改了便利條件，還可建立古建筑信息模型數(shù)據(jù)庫，對于古建筑的保護(hù)具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)

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作者：孫文 劉赟 楊全兵 單位：甘肅省建筑科學(xué)研究院