一、研究目的和意义

近几年来随着建筑机械的大型综合性使用的提升，传统全站仪测量检测方式已不能够满足大型机械施工要求，而3D三维激光扫描与BIM模型相结合的新技术在施工机械模型重构、质量检测中应用越来越广泛。专业人员对三维激光扫描与BIM相结合的研究大致可分为BIM模型重构、碰撞检测以及对比分析。首先是基于三维激光点云数据的模型重构，运用三维激光扫描仪，采用测站、公共点以及标靶的方法获取点云数据，采用Cyclone、Revit、GeomagicStudio等软件实现BIM模型重构[1]。其次是碰撞检测，运用三维激光扫描技术获取点云数据，结合原始BIM模型做BIM与BIM模型碰撞或BIM与点云数据碰撞，广泛应用于建筑机械、施工项目以及文物保护中。最后是对比分析，运用Revit、GeomagicControl、Cyclone、PCL等软件实现点云数据与点云数据、点云数据与BIM模型、BIM与BIM模型之间的匹配以及对比，分析施工以及生产过程中存在的问题。虽然对于三维激光扫描技术与BIM技术相结合的施工结果检测研究已有许多，但仍然存在许多不足^[2]。本文研究结合徕卡MS60全站扫描仪以及Infinity、Cyclone、3Dmax、AutoCAD、ArcGIS等软件，实现点云数据的采集与拼接、模型构建与配准、数据处理以及异常部位提取和可视化显示，以更有效地发现施工机械使用中的不足。

二、3D扫描测量与BIM技术工作原理

3D扫描测量技术是是根据目标物体进行高速激光扫描建立一个三维坐标系，将实景复刻下来，美国和法国公司率先真正的实现这一技术，3D扫描测量计与高分辨率的影像系统进行配合，同时采用高精度的传感器进行配合，实现这一技术的充分利用。它是一种新型的测绘技术，利用三维激光技术获取目标物体上的标点，从而形成空间坐标，建立一种三维模型的全自动技术，三维扫描测量是具有连续性，自动性和快速性这特点，可以获取目标物体的空间数据，对比传统的测量方式来说，3D扫描测量技术更具有优势，获取数据速度很快，同时精确度也很高，适用于大规模数据的获取，并且全天候工作更具有数字性特征，更好地运用在施工机械的施工过程中，推进施工机械施工的顺利进行。

BIM技术是建筑信息模型，是应用在工程建设中应用的一种数据化工具，主要应用参数化的技术。BIM技术给建筑业带来的是变革，它贯穿建筑物的方方面面，在模型的环境中进行操作，可以在安全的期限内提高工作效率，保质保量的完成工程，同时降低风险，它可以使技术人员从复杂的图表和文字中脱离出来，以三维模型的方式展现在技术人员的眼中，作为一种信息载体，在施工过程中的各个阶段，技术人员是可以实现无障碍沟通与交流，减少时间并降低损失，信息集成化进一步发展，提高了整个工程的效率，促进整个建筑业的发展。

三、3D扫描测量与BIM技术在大型施工机械中典型应用

某项目深基坑施工，基坑直径为32.5m，基坑深度为29.3m。基坑作业中涉及灌注桩工程，灌注桩42m。因桩身过长，桩基施工中需要控制打桩设备的垂直度，该控制项目为关键项目直接影响灌注桩的施工质量，施工难度大，地下深度高，要求精度高，通过3D激光扫描逆向建模与现场桩基设备施工进行匹配。计算偏差从而确定最有效的施工方法。

3、数据处理

通过测量施工设备对施工垂度进行密集扫拙，可采集到数兆甚至数十兆字节的测量点，这样大量的测量结果被形象地称为“点云”，在进行垂度重构之前，需要划“点云”数据进行相应的预处理。数据处理是逆向工程中的关键环节，它的结果将直接影后期机械模型重构的质量。对散乱数据进行垂度重构的难点在于如何在数据点集中，自动地得到累计误差锁定在规定值内进行调整。而正确的拓扑连接关系将有效地揭示散乱的数据集里面所蕴涵的原始样件表面的形状和拓扑结构。数据处理过程经常包括以下几方面的工作：①数据预处理。如噪声处理，多视拼合等。增强数据的合理性及完备性。②数据分块。整体曲面的拟合往往较难实现，通常采用分片曲面的拼接来形成整块曲面。③数据光顺。通常采用局部回弹法、圆率法、最小二乘法和能量法等来实现。④三角化（STL）。它直接为RPM产生切片数据和为Bezier三角曲面造型奠定基础。⑤数据优化。压缩垂线内不必要的数据点，减少后期计算量。⑥散乱数据处理。对于具有较复杂形状的工件，测量数据中必然有一部分是无序的，须建立数据点问的拓扑关系。

四、BIM模型的检验与修正

利用BIM技术可以对建筑工程项目进行三维建模，将获得的BIM模型与我们将最初的设计BIM模型对比，来检验工程机械在施工是否满足施工精度或其他试验性能指标的要求，对不满足要求者进行分析并找出相关原因。由此可见一个完整的基于逆向工程体系得质量检测主要包括数据获取、数据处理、BIM模型的检验与修正几个主要部分。由于逆向工程在实施过程中所涉及的内容和面临的问题多，所以是一个系统工程。

其中，数据获取是逆向工程的首要前提，也是检测合理的、准确的BIM模型的重要保障。数据处理的任务是针对存在的杂点，对测量数据进行相应的处理，以满足其对测量数据质量、数量及拓扑结构的不同要求。它的结果将直接影响后期机械施工轨迹及成果检验的准确性。

在建筑机械施工过程中，尽管有精确的施工工序和施工工艺，仍然不能确保所有机械施工与BIM模型完全匹配，所以对大型施工机械的安装与现场施工进行质量检测与控制显得非常关键。由于受测量条件以及施工机械工作状态影响，传统全站仪测量方法不能够准确获得建筑轮廓信息，论文提出利用3D扫描技术对施工机械轮廓进行扫描建模，与BIM模型集成，再采用布尔算法实现施工机械的提取，最后利用GIS可视化技术进行异常部位的分级直观展示。实验结果表明：在施工机械的施工阶段，将三维激光扫描与BIM模型进行集成可作为施工现场管理的有效技术辅助手段。

五、结束语

三维激光扫描技术可以高效、完整地记录施工现场的复杂情况，便于与设计BIM模型进行对比；BIM模型是一个完备的信息模型，能够将工程项目在全生命周期中各个不同阶段的工程信息、过程和资源集成在一个模型中，方便地被工程各参与方使用，其相关技术极大地促进了建筑施工行业的信息化发展步伐，使得建筑行业的全生命周期更加集成化，更好地提高工程质量和效率。因此，三维激光扫描技术是连接BIM模型和工程施工现场的有效纽带。通过以上方面的分析，3D扫描测量技术和BIM技术相结合才能真正的使建筑行业走上新的道路，当然我国的建筑机械施工仍存在很多安全隐患及施工质量精度控制问题，技术人员应该促进两种技术相结合并大力推广到建筑机械施工及大型施工建设当中，实现建筑机械施工的动态管理，实现质量管理过程的信息集成化处理，要提高建筑机械施工过程的施工质量水平，保质保量完成项目工程，推动整个工程的质量管理。

参考文献

[1]张俊，张宇贝，李伟勤.3D激光扫描技术与BIM集成应用现状与发展趋势[J].价值工程，2018，35（14）：202-204.

[2]余绍淮，陈楚江，张霄，等.基于精密机载三维激光扫描测量的高速公路改扩建勘测设计方法[J].中外公路，2019，32（1）：5-8.

[3]马兴胜,武杨,赵蕾,etal.3D扫描技术与BIM技术在机电改造工程中的应用研究[J].施工技术,2017(S1):506-509.