一种基于三维激光扫描与BIM逆向建模的厂房结构复原方法与流程

一种基于三维激光扫描与bim逆向建模的厂房结构复原方法
技术领域
1.本发明涉及建筑工程技术领域，具体涉及一种基于三维激光扫描与bim逆向建模的厂房结构复原方法。


背景技术：

2.目前，在老旧厂房改造过程中，通常需要针对厂房建筑的外部、内部结构等信息进行数据提取。当项目的改造涉及主体结构、机电管线更新、外立面美化、市政设施配套优化等内容时，细节繁杂，而设计与施工需要精准的原有建筑基础资料，但现有图纸和经长久使用的厂房结构现状常常不一致，在结构和机电管线的设计施工中可能导致设计冲突或返工。
3.传统的尺量技术，测量误差较大可能导致建筑形体数据偏差过大，且工作量大、成本高、周期长；而激光全站仪测量方式在全面获取建筑物的立面信息时工作效率较低。所以，两种方式均无法满足项目改造进度和精度的需求。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中传统尺量技术误差大、工作量大、周期长，及激光全站仪测量方式效率低的问题，从而提供一种基于三维激光扫描与bim逆向建模的厂房结构复原方法，通过三维激光扫描与逆向翻建的bim模型可快速得知原有厂房梁柱、外立面定位信息，实现了“实物复原”，从而有效辅助结构和机电管线的设计和施工。
5.为实现上述目的，本发明实施例提供了一种基于三维激光扫描与bim逆向建模的厂房结构复原方法，包括以下步骤：
6.s1、对厂房进行现场勘查并三维激光扫描厂房数据；
7.s2、对扫描数据进行点云拼接处理，并统一配准到同一坐标系中，进行点云去噪处理，获得完整的点云模型；
8.s3、基于点云模型获得点云数据，通过bim软件对获得的点云数据分析处理，进行逆向翻建形成基于原始结构受力分析的逆向翻建模型，将逆向翻建模型再次与点云模型进行匹配，分析误差并修正数据，获得原始厂房bim模型，以实现厂房复原。
9.可选地，所述步骤s3包括：
10.对点云模型进行格式处理导出设定格式的三维点云数据，将所述三维点云导入到revit中调整平面与立面位置，设置参数，根据点云排布位置在revit中描绘平面图，翻建原始建筑结构并形成原始厂房bim模型，以实现厂房复原。
11.可选地，所述步骤s3包括：对点云模型进行格式处理导出设定格式的二维切片数据，并与cad软件进行交互。
12.可选地，所述步骤s2中的点云拼接采用基于标靶拼接与基于点云视图拼接相结合的方式，其中，部分标靶毁损站点采用基于点云视图拼接。
13.可选地，所述步骤s2中的点云去噪包括：通过scene软件删除和recap工具对原始点云的有效点进行保留，无效点进行删除。
14.可选地，所述步骤s3中翻建的原始建筑结构包括厂房外轮廓结构柱和/或结构梁和/或墙体和/或立面门窗和/或屋面。
15.可选地，所述步骤s1包括以下步骤：
16.s11、对厂房进行现场勘查并收集厂房周边环境形态及内部结构情况；
17.s12、根据步骤s11的勘察情况初步制定三维激光扫描路线、布设扫描站点；
18.s13、利用激光扫描仪沿s12制定的扫描路线和扫描站点扫描采集厂房外立面、内部结构数据。
19.可选地，其特征在于，所述步骤s1通过相位式三维扫描仪进行三维激光扫描。
20.可选地，基于三维激光扫描与bim逆向建模的厂房结构复原方法还包括以下步骤：s4、基于获得的原始厂房bim模型，导出平面和/或立面图纸。
21.本发明技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：
22.1、通过基于三维激光扫描和bim逆向建模的厂房结构复原方法，可高效、精准的获得了旧厂房内、外部结构尺寸，利用逆向建模的思路创建准确的模型，通过新旧模型的比对、修正获得原始厂房bim模型，准确性更高，为后续的设计与施工提供了准确信息，避免了新结构和机电设计过程与原有结构的碰撞、冲突。
23.2、通过点云数据逆向建模恢复了现有结构的三维模型，较传统尺量、全站仪测量节省大量人力，有效缩短工期，提高了既有复杂厂房改造过程中实景复原的工作效率。
24.3、通过基于获得的原始厂房bim模型，导出平面和/或立面图纸，可针对旧厂房进行图纸的更新和留档。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明实施例中基于三维激光扫描与bim逆向建模的厂房结构复原方法的流程图。
27.图2为本发明实施例中s1对厂房进行现场勘查并三维激光扫描厂房数据的流程图。
28.图3为本发明实施例中基于三维激光扫描与bim逆向建模的厂房结构复原方法的实施方式流程图。
具体实施方式
29.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
33.实施例1
34.如图1至图3所示，本发明实施例提供了一种基于三维激光扫描与bim逆向建模的厂房结构复原方法，包括以下步骤：
35.s1、对厂房进行现场勘查并三维激光扫描厂房数据。
36.s2、对扫描数据进行点云拼接处理，并统一配准到同一坐标系中，进行点云去噪处理，获得完整的点云模型。
37.s3、基于点云模型获得点云数据，通过bim软件对获得的点云数据分析处理，进行逆向翻建形成基于原始结构受力分析的逆向翻建模型，将逆向翻建模型再次与点云模型进行匹配，分析误差并修正数据，获得原始厂房bim模型，以实现厂房复原。
38.通过上述步骤，基于三维激光扫描和bim逆向建模技术的结合，可高效、精准的获得原始厂房内外结构尺寸，利用bim软件对基于点云模型获得的点云数据进行处理、分析，逆向翻建模型并将逆向翻建模型再次与点云模型进行匹配，分析误差、修正数据，从而能够得到较高精度的建筑物三维模型，通过新旧模型的比对，提高了厂房复原的精度，为后续的拆除和重新设计提供了准确信息，可有效地辅助结构和机电管线的设计和施工。
39.可选地，所述步骤s3包括：对点云模型进行格式处理导出设定格式的三维点云数据，将所述三维点云导入到revit中调整平面与立面位置，设置参数，根据点云排布位置在revit中描绘平面图，翻建原始建筑结构并形成原始厂房bim模型，以实现厂房复原。
40.可选地，所述步骤s3包括：对点云模型进行格式处理导出设定格式的二维切片数据，并与cad软件进行交互。
41.在本发明实施例中，所述步骤s3包括三维建模，所述三维建模包括以下步骤：
42.(1)将.rcp格式的三维点云导入到revit中调整平面与立面位置，设置参数，根据点云排布位置在revit中描绘平面图；
43.(2)翻建原始建筑结构；
44.可选地，所述步骤s3中翻建的原始建筑结构包括厂房外轮廓结构柱和/或结构梁和/或墙体和/或立面门窗和/或屋面。
45.通过逆向翻建的bim模型可快速准确获得旧厂房梁柱、外立面定位等信息，实现了“实物复原”，可有效辅助结构和机电管线的设计和施工，较传统尺量、全站仪测量节省大量人工，有效缩短工期。
46.在本发明实施例中，所述步骤s2中的点云拼接采用基于标靶拼接与基于点云视图拼接相结合的方式，其中，部分标靶毁损站点采用基于点云视图拼接。
47.点云拼接一般有两种方式：基于标靶的拼接和基于点云的视图拼接。本实施例主要采用基于标靶拼接，部分标靶损毁站点采用基于点云视图拼接。
48.可选地，所述步骤s2中的点云去噪包括：通过scene软件删除和recap工具对原始点云的有效点进行保留，无效点进行删除。
49.在扫描仪的原始点云中往往包含若干对于成果处理有不良影响的点，去噪可保留有效点、删除无效点，通过步骤s2中的点云去噪可进行点云优化。
50.如图2所示，在本发明实施例中，所述步骤s1包括以下步骤：
51.s11、对厂房进行现场勘查并收集厂房周边环境形态及内部结构情况；
52.s12、根据步骤s11的勘察情况初步制定三维激光扫描路线、布设扫描站点；
53.s13、利用激光扫描仪沿s12制定的扫描路线和扫描站点扫描采集厂房外立面、内部结构数据。
54.可选地，所述步骤s1通过相位式三维扫描仪进行三维激光扫描。
55.三维激光扫描技术又称实景复制技术，是继gps空间定位系统之后又一项测绘技术新突破。它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。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，具有快速性、不接触性、穿透性、实时、动态、主动性，高密度、高精度、数字化、自动化等特性。
56.三维激光扫描仪可以快速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(离散点)集合，称之为“距离影像”或“点云”。将相邻的离散点连接起来构成不规则三角网(tin)立体模型或进一步构成规则格网(grid)立体模型。tin/grid立体模型适合于各种情况的可视化，在其表面容易粘贴各种彩色纹理。从点云模型中提取三维特征，可以方便的构建目标的三维模型，进行空间仿真、虚拟现实、工业检测等。根据激光测距原理的不同，三维激光扫描仪可分为以下两类：基于相位差测距原理的相位式三维激光扫描仪和基于激光飞行时间差的脉冲式三维激光扫描仪。
57.扫描仪根据测距原理的不同，性能上会产生较大的差异。脉冲式扫描仪的应用领域主要是矿山、滑坡等要求大场景，但对精度没有太高要求(≥10mm)的环境；而相位式扫描主要应用于对精度要求较高(≦2mm)的领域，如建筑、工厂、化工等领域。
58.本实施例选用适用于建筑领域的相位式三维激光扫描仪，以满足建筑领域的结构、装饰、机电等专业的精度要求。
59.可选地，所述步骤s1应用三维激光扫描技术沿建筑物、构筑空间进行闭合线路扫描测量。
60.进一步地，所述的基于三维激光扫描与bim逆向建模的厂房结构复原方法还包括以下步骤：s4、基于获得的原始厂房bim模型，导出平面和/或立面图纸。
61.通过基于获得的原始厂房bim模型，导出平面和/或立面图纸，可针对旧厂房进行图纸的更新和留档。
62.如图3所示，在本发明实施例的一种实施方式中，所述基于三维激光扫描与bim逆向建模的厂房结构复原方法包括如下步骤：
63.(1)现场勘查：对厂房进行现场勘查并收集厂房周边环境形态及内部结构情况；
64.(2)控制点布置：根据现场勘察情况初步制定三维激光扫描路线、布设扫描控制点；
65.(3)标靶布设：根据现场勘察情况制定的三维激光扫描路线图布设标靶。
66.(4)数据扫描：通过相位式三维扫描仪沿建筑物、构筑空间进行闭合线路三维激光扫描测量。
67.(5)点云拼接：对扫描数据进行点云拼接处理，并统一配准到同一坐标系中，进行点云去噪处理，获得完整的点云模型。所述点云拼接采用基于标靶拼接与基于点云视图拼接相结合的方式，主要采用基于标靶拼接，部分标靶损毁站点采用基于点云视图拼接；点云去噪包括：通过scene软件删除和recap工具对原始点云的有效点进行保留，无效点进行删除。
68.(6)数据导出：对点云模型进行格式处理导出设定格式的三维点云数据。
69.(7)revit建模：将.rcp格式的三维点云导入到revit中调整平面与立面位置，设置参数，根据点云排布位置在revit中描绘平面图；翻建的原始建筑结构包括厂房外轮廓结构柱和/或结构梁和/或墙体和/或立面门窗和/或屋面。
70.(8)数据匹配分析：利用bim软件对基于点云模型获得的点云数据进行处理、分析，逆向翻建模型并将逆向翻建模型再次与点云模型进行匹配，分析误差、修正数据，用以得到较高精度的建筑物三维模型。通过新旧模型的比对提高了厂房复原的精度，为后续的拆除和重新设计提供了准确信息，可有效地辅助结构和机电管线的设计和施工。
71.(9)导出模型：通过基于获得的原始厂房bim模型，导出平面和/或立面图纸，以针对旧厂房进行图纸的更新和留档。
72.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。