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BIM与三维扫描技术古建筑修复保护研究

2019/07/08 阅读:

摘要:将三维激光扫描技术与BIM技术进行衔接,应用于古建筑的保护与修复,能发挥两种技术的优势。先通过三维激光扫描技术准确获取古建筑的几何信息,生成点云模型,再基于点云模型,建立BIM模型,从而实现文物古建筑修复的正向设计,为修复施工、古建筑维护、信息存档提供技术支持。

关键词:古建筑;三维激光扫描;BIM;正向设计

1引言

随着我国经济的持续快速发展,城市化进程加快,对历史建筑也造成巨大损害,古建筑保护与发展问题日益突显出来[1]。随着激光技术的快速发展,激光三维扫描技术广泛地应用于各个领域[2]。同时随着BIM技术的不断发展,古建筑领域也开始应用BIM技术[3-5]。将两种技术进行衔接,发挥各自的优势,对文物古建筑的修复有重要的意义。本文首先采用三维激光扫描技术,对两处古建筑采用无人机和站式两种方法进行了扫描,对比了不同方式在采集古建筑信息的适用性与区别,然后基于三维激光扫描的点云模型,建立了BIM模型,探讨了基于BIM技术的古建筑修复保护的应用方法。

2古建筑概况

本文选择了两处古建筑进行了三维激光扫描,分别是五泉山太昊宫壤驷子祠与兴隆山握桥。

3古建筑三维激光扫描

太昊宫壤驷子祠采用了无人机和站式两种扫描方法,通过对比,发现站式扫描更精确,更适用于古建筑复杂的信息采集,后面BIM建模时采用了站式扫描采集的信息。

3.1扫描方式和仪器

点云数据采集主要利用了FARO、Trimble两款站立式和无人机三维激光扫描仪,如图1所示。

3.2不同扫描方式效果对比

五泉山太昊宫壤驷子祠采用南方测绘无人机和FARO站式三维激光扫描仪进行了扫描,利用处理软件完成了点云模型的搭建,不同扫描方法得到的点云模型与实际建筑对比如下。1)无人机扫描首先对壤驷子祠采用无人机扫描,扫描过程和扫描结果见图2。通过站式扫描,将采集的点云数据通过SCENE软件进行模型拼接处理,形成点云模型如图3所示。对采用无人机和站式扫描两种方法的效果进行了总结(见表1)。

4点云模型向BIM模型的转化与应用

4.1信息采集与建模

通过对无人机和站立式两种三维激光扫描方式的对比,决定采用站立式三维激光扫描方法采集古建筑信息,生成BIM模型。为了方便采集复杂构件,同时考虑到文物古建筑的修复多是局部性的,且握桥下方水流湍急,不具备架设站点的条件,本次仅针对部分构件通过三维激光扫描,将三维激光扫描点云模型导入Revit,建立BIM构件模型。BIM模型与实景图对比如图4所示。通过BIM模型测量可知握桥耳房外墙宽3153mm、高2420mm,门洞宽2512mm,高2641mm,通过现场实物与BIM出图的对比可见,通过三维扫描采集准确尺寸信息,建立BIM模型后,能够准确反映出古建筑墙上复杂的纹路,有效辅助出具设计图纸。通过BIM模型测量可知通过三维扫描的点云模型,再到基于点云模型建立的BIM模型。采用三维激光扫描准确采集信息,建立BIM族库,可有效保存古建筑信息,方便古建筑的维修和保护。

4.2整理出图

BIM出图时,首先根据需要,建立专用的图框族,然后将保存好的平面图视图、立面图视图、剖面图视图等放入图框内,对各图的位置进行调整布置,图纸整理布置完成后,可以将图纸视图导出为CAD文件。从数据采集到设计出图,采用三维激光扫描和BIM技术后,能够极大地提高工作效率和测量精度。整个过程实现了BIM技术在文物古建筑修复中的正向设计,为设计的变更、施工方案的制定、技术交底等后续工作提供改了便利条件。

5结论与展望

1)三维激光扫描实现了“实物还原”,充分体现出三维激光扫描在古建筑数字化信息保护方面的优势,也为古建筑的三维建模和重建等提供了参考。2)通过三维激光扫描与BIM技术的结合,以点云数据为基础,建立古建筑的BIM模型,能够实现BIM技术在文物古建筑修复中的正向设计,为设计的变更、施工方案的制定、技术交底等后续工作提供改了便利条件,还可建立古建筑信息模型数据库,对于古建筑的保护具有重要的意义。

参考文献

[1]李燕,宣勇.古建筑修复和改建实践[J].施工技术,2008,37(6):111-112.

[2]余明,丁辰,过静珺.激光三维扫描技术用于古建筑测绘的研究[J].测绘科学,2004,29(5):69-70.

[3]王茹,孙卫新,张祥.明清古建筑构件参数化信息模型实现技术研究[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版),2013,45(4):479-486.

[4]饶金通.古建筑的三维数字化建模与虚拟仿真技术研究[D].厦门:厦门大学,2006.

[5]李黎,邓雪原.基于IFC标准BIM数据库的构建与应用[J].四川建筑科技研究,2013,39(3):296-301.

作者:孙文 刘赟 杨全兵 单位:甘肃省建筑科学研究院

BIM与三维扫描技术古建筑修复保护研究

2019/07/08 阅读:

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