基于BIM技术及三维激光扫描技术的古建筑修复保护研究

2019-12-05孙文刘赟杨全兵

中国建材科技 2019年3期

孙文刘赟,2 杨全兵,2

(1 甘肃省建筑科学研究院，甘肃兰州 730050；2 甘肃省绿色建筑与建筑节能工程研究中心，甘肃兰州 730050)

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

图1 三维激光扫描仪

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。

图2 无人机扫描生成点云模型

2）站式扫描

图3 站立式扫描点云模型

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）。

表1 不同方式效果对比

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。

图4 实物及BIM模型对比

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。