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结合三维激光扫描点云生成BIM模型

技术在建筑中的应用

摘要：三维激光扫描技术是利用新型三维坐标测量仪，以非接触式高速激光

测量复杂物体表面地形和阵列几何图形的三维数据的技术。它已应用于机械、医

学、建筑、交通、城市规划等领域。通过这项技术，可以获得点云数据。作为基

础数据，这些数据可用于测绘、测量、仿真分析、虚拟现实、数据监控、可视化

显示等。，正好符合BIM技术的应用。可见，点云数据在BIM技术的应用中起着

至关重要的作用。BIM技术通常用于建筑的正向设计。现在利用三维激光扫描技

术，可以对现有建筑进行扫描，获得点云数据，从而实现逆向建模获得虚拟三维

模型，实现BIM技术在现有建筑中的应用。

关键词：三维激光扫描技术；BIM；数字化；点云；三维模型；

三维激光扫描技术和BIM技术作为当今科技发展的产物，两者的结合应用推

动了建筑行业数字化的发展。以某地一座古代院落为研究对象，利用三维激光扫

描技术进行整体建筑扫描，将得到的点云数据进行数据处理和转化，经绘制建筑

特征线得到二维图纸资料，在此基础上建立完整的三维建筑模型，并与其他信息

相融合，实现了已有建筑的数字化和信息化，对今后的建筑修缮、保护和使用提

供了全面有效的信息。研究表明:三维激光扫描技术与BIM技术的结合应用具有

效率更高、精度更高、信息化程度更高的特点，对同类工程的应用提供参考价值，

为未来的空间测绘、数字城市建设等方面提供了新方法。

一、三维激光扫描技术

1.数据采集。数据采集分为全站仪测量和激光扫描，前者用于布设控制网和

测定靶标点坐标，后者用于采集点云数据和提取靶标坐标。为得到全面准确的三

维场景信息，首先要对目标进行勘测，确定各个扫描站点，制定合理的扫描方案。

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选定测定点时要考虑尽量减少树木或其他无关物体的遮挡，减少不可视区，测定

点不宜离待测建筑太远并且均匀分布。

2.数据处理。首先对三维激光扫描仪得到不规则离散点进行拓扑关系的恢复，

然后通过特征线的提取和模型建构来建立三维模型。

3.应用领域。（1）测绘工程领域：公路测量、铁路测绘、大坝变形监测、

隧道工程结构测绘，及山体体积计算等。（2）建筑、古迹测量：对古建筑内部

结构进行探测，文物修复，赝品成像，遗址测绘等。（3）紧急服务业：震后废

墟勘测，陆地侦察，灾害预警，核泄漏监测等。（4）娱乐业：电影产品的设计，

拍摄场景的设计，3D立体画面的开发，虚拟场景等。

二、三维激光扫描技术原理及其应用

三维激光扫描技术，又称实景复制技术，通过激光测距的方式对物体表面进

行扫描获得点云数据，将其导入专业软件中建立三维模型，这一方式具有精度高、

效率高的特点，与传统的单点测量模式相比，连续式的数据采集方式优势显著。

因此，这一技术在建筑领域的应用特别广泛。三维激光扫描系统作为该技术的关

键部分，主要分为硬件部分和软件部分。硬件主要包括三维激光扫描仪、支架、

棱镜(或靶标)、计算机等，其中三维激光扫描仪是该系统中最重要的组成部分，

软件主要指点云数据处理软件。三维激光扫描仪获取的激光点的集合被称为“点

云”，每个点的原始测量值为一个观测距离S和两个角度θ(竖向观测角)、

α(横向观测角)，经计算得到该点的三维坐标值。一般情况下，以扫描仪的激光

发射处为原点，Z轴位于竖向扫描面内，向上为正，X、Y轴位于横向扫描面内互

相垂直，且与Z轴垂直，三者遵循“右手坐标系”准则。三维激光扫描系统的主

要工作内容分为外业测量和内业数据处理两部分，点云数据的采集质量直接决定