史 琦 王永生 王 贺

中国建筑第二工程局有限公司华东公司 上海 200135

主题乐园在规划时，会设计一些较大型的构筑物来满足创意需求，这些构筑物没有实际的使用功能，主要是通过外形来模拟山峰、湖泊、动植物等。假山的运用是主题乐园场景营造最为常用的一种手段，主题乐园假山往往具有规模宏大、造型奇特的特点。为了逼真地还原电影大片中的场景，假山的建造必须要完美呈现创意设想，而二维图纸无法准确传达出设计师的创意效果，无法体现出三维的空间位置关系，使假山的施工难度变得十分巨大[1]。

北京某主题乐园，采用三维扫描与逆向建模技术，应用于塑石假山的建造过程之中，解决了设计意图到工程实体的转化问题，实现了主题乐园场景营造的精益建造。

1 技术原理与技术路线

1.1 三维扫描与逆向建模原理

三维激光扫描技术，是一种非接触主动式快速获取物体表面三维密集点云的技术，它主要利用向被测对象发射激光后获取被测对象反射回来的信号来获取被测物体表面的空间信息。三维激光扫描技术精度高、数据获取速度快、数字化程度高，可快速获取一些大型非规则构筑物的信息[2-3]。而逆向建模技术是通过三维激光扫描，采集实体模型的三维信息数据，对三维点云数据进行处理，导入相关专业的建模软件中，根据处理后的点云数据对信息采集对象实体的三维特征进行逆向重建，并以此模型为基础进行一系列的应用扩展的过程[2-3]。对于塑石假山这种大型非规则构筑物，利用三维扫描缩小的假山模型，可以得到能反映其外观的海量点云数据，通过对点云数据的处理，得到三维模型。相较于反映设计意图的二维图纸，三维点云数据模型可以清晰而完整地反映出假山的造型情况。

1.2 技术路线

本文以北京某大型主题乐园塑石假山为研究对象，通过三维激光扫描缩小的假山模型，采集表面的点云数据，然后将数据导入ZBrush进行局部处理，处理后导入Revit、3DS Max软件进行逆向建模设计，经钢筋网片切片设计、钢结构设计等深化过程，指导假山建造施工。

2 实例应用

2.1 北京某主题乐园大型塑石假山概况

北京某主题乐园大型塑石假山是基于电影《侏罗纪公园》中群山环绕的场景，制作的假山造景。其山体高度约49.6 m、纵向投影长度约90 m、深度约50 m，表面积约为12 691.26 m2，总质量约2 500 t，由3座山峰、3座瀑布，近9 400根钢构件组成。山体表皮采用钢筋塑形网片＋主题立面雕刻（TCP）＋主题上色制作而成。不仅是乐园的最高建筑物，也是园区的主场景之一。

本工程采用三维扫描与逆向建模技术，根据业主的创意模型制作假山实体模型，对实体模型进行3D扫描，采集假山表面的点云数据，利用Revit、Design-X、Rhino等软件逆向建立数字模型，并进行优化整合，形成附有信息的数字三维模型，指导现场施工，满足工程需求。

2.2 制作缩小假山实体模型

根据外方创意团队的效果图使用Sketchup创建假山空间模型，Sketchup模型应包含假山的空间位置关系，根据假山的体积大小以及要求肌理的精细程度确定假山模型的比例为1∶25，1∶50或者1∶100。模型的制作一般需要以下几个工序：打印等比例的轴网平面图→搭设假山骨架→焊接假山表皮→油泥雕刻覆盖→雕刻效果确认→纤维增强复合材料（FRP）翻模→上色。此阶段要雕刻师与创意设计师经过几轮沟通，不断调整假山表皮肌理与山形，使其完全符合原创设计理念。

2.3 三维扫描与数据采集处理

假山模型制作完成后，在假山表皮与四周粘贴若干个传感器原件，本项目采用FARO Focus Laser Scanner系列激光扫描仪对假山模型进行三维扫描，记录假山表面点的三维坐标、反射率、纹理等信息，获取假山的几何图形数据和影像数据，快速复建出假山的三维模型。

三维扫描与数据采集工序为：信息采集→信息记录→泛化→信息融合→模型优化。采集过程需从各种角度、分多个阶段实施，以确保所有相关细节信息都能被捕获。在扫描时，一般先扫描一个较大的范围，争取使扫描范围内有尽可能多的传感器元件，然后在较大的范围内，针对反射片的具体位置重复进行多次扫描，以得到精确的三维坐标。从各个采集阶段获取的数据集会在一致的参考帧内被参考和校准，在测量值集之间建立联系，有助于将测量值融入紧密结合的模型中。

经过数据处理，可以实现在数据点之间表面外插或填充，来自多个阶段的测量值将被组合成单个物体。将采集的假山点云数据和影像数据转换成绝对坐标系中的空间位置坐标或模型，以不同的格式输出，满足空间信息数据库的数据源和不同应用的需要。

借助FARO SCENE 2019软件对扫描点云数据进行初步转换和处理，经过噪声消除、拼接、三角化、贴纹理等步骤得到假山模型的初步三维模型。对泛化、信息融合、模型优化3个工序进行若干次重复迭代是必需的，以便产生一个精确的模型。

2.4 逆向建模技术

利用Revit软件识别rcp格式的点云文件，在插入选项卡下，选择点云，以链接的方式将三维扫描数据载入Revit文件中，这样就可以在软件中进行浏览。依据点云模型逆向建模，使用3DS Max或Rhino对假山表皮模型进行分割，一般使用等分线切割成投影面积2 m×2 m的网片，此分割线作为假山网片的边筋设计依据。使用等分线按照设计钢筋的间距将网片进行第二次分割，此分割线作为网片分布筋的设计依据，一般网片分布筋为单层双向，间距为150 mm×150 mm。边筋作为网片的固定筋，为φ10 mm的圆钢，分布筋为网片的塑形钢筋，为φ6 mm的圆钢。

假山表皮切割完成后，移交设计院进行主结构设计，依据假山整个表皮自重及全部施工荷载进行整体计算和评估。根据假山网片的切割图，首先要满足网片4个角点的结构布设，其次要根据施工方案的需求，将次结构悬挑出网片，作为施工阶段的操作平台使用，一般宽度为1.2 m左右。其他配套专业设计，则在假山的主次结构设计完毕后在模型中进行正向设计，避免出现碰撞而影响结构施工，导致山形的变化。

3 结语

三维扫描与逆向建模是塑石假山施工的前提和基础，由于假山造型的非规则、非常规，利用图纸准确地表述塑石假山造型并指导施工一直是假山建造的难题，三维激光扫描逆向建模技术是建筑施工信息化应用领域的新方向，利用三维激光扫描获得假山的点云数据，将数据导入相关软件逆向创建数字信息模型，将二维图纸转化为三维信息模型，准确、形象地表达了设计师奇妙的创意设想。

本文以北京某大型主题乐园为例，详细介绍了三维扫描与逆向建模在塑石假山施工中的应用，解决了大型主题乐园塑石假山造型奇特、图纸准确表达难度大的问题，为今后文旅类工程施工提供了参考。

随着人们对美好生活的需要日益增长，文化旅游已成为新时期人民群众追求精神生活的重要内容，本文的总结与研究，对文旅工程非规则构筑物的精益建造具有一定的引领意义。