数字化实测实量技术应用研究

国家会议中心二期项目位于奥林匹克中心区B23, B24, B25, B26地块，南北长约475?m，东西宽约300?m，由主体建筑和配套建筑组成，主体建筑为会展中心（图1），位于B25, B26地块，主要用于举办国务、政务及高端国际交往活动。配套建筑为酒店及写字楼，分别位于B24, B23地块。总建筑面积418?680? ㎡ 。地上3层（含夹层8层）建筑面积256?000? ㎡ ，地下2层（含夹层3层）建筑面积182?680?㎡。用地面积92?626.94?㎡，其中B25地块52?199.80?㎡，B26地块40?427.14?㎡。

图1　国家会议中心二期工程规划示意

1??数字化测量技术

1.1??三维激光扫描技术

三维激光扫描测量是通过从激光束到达被测物体再被反射回扫描仪的时间差来得到扫描仪到被测物体的距离，再应用编码器来测量镜头旋转角度与激光扫描仪的水平旋转角度，以获得每一个点的三维坐标，即x, y, z值。三维激光扫描仪分为近程测（不大于120?m），远程测程（500?m）2类，其工作效率可高达每秒100万点次，只需数分钟即可获取被测量物体的三维点云数据或点云图像，精度可达0.3?mm。可用来对现有环境进行数字化再现（图2、图3）。

图2??拓普康GLS2000（远程）

图3??天宝TX5（近程）

1.2??测量机器人技术

测量机器人是无需人工操作的全自动全站仪，其自身配有数据采集器和放样软件，直接使用手簿（小笔记本）操作，能将CAD平面坐标图、三维坐标图和Revit模型（BIM模型）导入手簿中，进而通过仪器进行放样。放样的同时，可记录现场的放样点，将数据返回原BIM模型，比对施工现场的实际数据和设计数据，进行误差分析，大幅提高测量精度及工作效率（图4）。

图4??测量机器人

1.3??BIM建模及数据处理软件

应用BIM建模技术，通过revit软件对电子版图纸进行建模（图5），能实时发现图纸中的问题，及时与业主及设计单位进行沟通协调，提高现场施工效率。Realwords数据处理软件能在配准、办公室测量、建模3个模块实时切换，实现多模式协同工作，支持多种格式文件的输出。

图5??施工现场BIM应用建模

2??数字化测量技术在实测实量中的应用

2.1??传统实测实量技术

目前国内建筑行业实测实量主要使用靠尺、塞尺、方尺和扫平仪等传统测量工具，应用传统工具依据规范要求的部位进行点、线测量，通过人工记录、统计相应数据，与标准规范进行比对，完成实体质量检测工作。

传统测量方法虽简单且应用较广，但受人为因素影响且存在巨大的精度及效率损失等问题。当前建筑物结构形体越来越复杂，尤其是在对复杂大场景的质量检测方面，传统方法没有优势，往往不能达到预期的效果。

传统的实测实量技术对每间房间的顶板及墙面共需检测25点次，全部采用人工测量、记录的方法，有很大的局限性，会产生数据误差。四周墙面依靠2?m靠尺测量来判定整个墙面的平整度和垂直度，每个墙面仅选5点次且仅限于点与线的测量，特别是阴阳角处无法覆盖，其测量结果不能完整反映结构实体全部质量偏差，测量结论存在不确定性和较大几率的偶然性。

2.2??数字化实测实量技术

新型数字化实测实量技术基于三维激光扫描技术，将该技术用于实测实量中可克服传统测量技术精度损失、效率损失和人为因素损失等问题。三维激光扫描仪和测量机器人的测量精度据均不小于2?mm，其满足现行质量验收规范对测量精度的要求。

在实测实量过程中，三维激光扫描仪对每间房屋进行360°无死角全方位扫描。按精度要求，扫描点次达到820万个，对传统测量解决不了的阴阳角问题，可真实准确地用数据显示。它是对于整个面体的扫描，形成整体点云模型，将所获得的点云模型与BIM模型进行比对，获得的是真实客观反映实测实量的每组数据和每个阴阳角角度，具有针对性和可操作性。受条件所限，目前外墙立面的质量评定均通过目测完成，而采用扫描测量可获取完整、客观的外立面质量信息。

实测实量在质量检测中的应用不仅是对结果的检测，同时重视对过程控制。采用测量机器人的放样模式，可在施工过程中对于（墙体、顶板）模板支护进行实体检测，在施工过程中发现并纠正模板偏差，实现过程控制，具有较强的实用性。

2.3??传统与数字化实测实量技术的对比分析

传统与数字化实测实量技术对比见表1。

表1??传统实测实量与数字化实测实量技术的对比

2.4??实测实量数据偏差分析

2.4.1??点云数据模型与BIM模型绝对比对

通过Realwords软件配准里的大地测量工具，可将所扫描的点云数据模型转化成现场施工坐标系，同时将BIM模型转化到统一坐标系，导入Realwords软件内，实现点云模型与实际BIM模型的无缝对接，生成数据偏差报告。

2.4.2??局部点云数据模型与局部BIM模型绝对比对

图6为国家会议中心二期项目工程握手厅点云数据获取的局部区域，位于1 轴与2轴交F轴与G轴区域。 本文以该区域为例，比对分析实测点云模型与BIM设计模型的数据偏差。

图6??点云数据获取局部区域

点云数据模型可通过以下两种方式获取：一是直接从图中剪切获取；二是应用三维激光扫描仪单站扫描无需拼接一次性获取。本工程均采用第二种方式获取点云数据模型。该区域的点云数据模型与BIM信息模型叠加对比分析如图7所示。

（a）

（b）

图7??点云数据模型扫描点云图

（a）第一次扫描点云图；（b）第二次扫描点云图

由于拓普康GLS2000三维激光扫描仪自身精度有限，在扫描钢结构构件时，受扫描距离限制在同时捕捉坐标点位时可能存在一定的点位偏差，扫描数据成果见表2。

表2??扫描数据成果

2.4.3??点云数据模型的相对比对

通过三维激光扫描仪获取点云数据，运用二维多义线的检测、面与面的检测、表面与模型的检测、检测图分析工具、三维检测图分析工具截取所要墙面，进行相对比对（精度为±3?mm），获取扫描实体的平整度、垂直度和净空检测。二次结构墙面点云数据模型如图8所示。

（a）

（b）

图8??网架点云图

（a）网架整体点云图；（b）网架局部点云图

通过三维激光扫描仪获取点云数据可进行实体标高检测、净空检测、阴阳角检测、门洞大小位置检 测、窗户大小位置检测、预留孔位置、距离测量、平距测量、垂距测量、点到拟合面距离测量、点到图形距离测量、各种角度测量均可直接在点云图中量取，获得所需数据（精度为±5?mm以内）为后续的门窗、设备安装、装饰装修提供准确的工程信息（图9）。

图9??实体三维点云实测（计算机截图）

2.5??实测实量数据的拓展应用

2.5.1??钢筋及水电管线施工质量检测

应用三维激光扫描仪对建筑结构主体施工过程进行全方位、高精度扫描，在钢筋绑扎中能很好地监控钢筋绑扎的间距、根数、规格，并能监控水电线管埋设位置是否正确，以保存完整的内部资料，对隐蔽工程（防水、水电管线、基槽回填）和重点部位（地下结构部分）均能进行完整的数据采集，为水电管线及钢筋验收提供数据支持。

2.5.2??实测实量数据成果信息化

通过计算机编程获得程序建立实测实量二维码，将获取实测实量数据输入程序中，信息可进行终端远程信息传输，通过扫描二维码及跨地域网络查询实测实量数据。将获取的钢筋、混凝土、水电管线点等关键部位的图形、几何尺寸和点云照片等详细数据刻录成光盘，为业主提供详尽的施工过程资料，为建筑的后续装修和使用提供精准的数据支持。

3??结束语

本文通过实践表明采用数字化手段替代传统的实测实量是切实可行的。应用三维激光扫描、测量机器人放样、BIM模型判定实测实量结果，在施工全过程中，数字化测量起关键作用，可提高工作效率，减少返工的可能性。保证工期，节约成本。数字化测量技术具有数据采样率和采样速度高，数字化程度高，数据处理快速，不受观测时段的限制等特点，极大地提 高了测量工作效率，与常规测量方法相比有巨大优势。

数字化测量技术是对现有建筑施工测量技术的突破和创新，其技术先进，内容全面，实际应用表明该技术的方案设计合理，实施有效，可满足施工要求。该技术与BIM技术结合，可促进建筑业数字化技术进程，更新传统施工方法理念，具有显著的技术经济效益和社会效益。