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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。

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

了后期模型的制作精度，因此，外业测量的质量格外重要，另外，在站点布设时，

应确保设站与扫描对象之间保持合理的间距，且减少遮挡，以确保扫描数据的完

整性。在后期的内业数据处理阶段，确保精度的前提下，对数据进行去噪、精简

处理，增强真实性和流畅性，便于实现点云模型的建立和数据应用。

三、点云数据的获取与处理

1.外业测量参数的确定。以某地一座古代院落为点云采集对象，该建筑的整

体特点是建筑面积大，建筑结构复杂，由于年久失修而存在多处损坏严重的地方，

部分位置难以承受荷载，无法进行人工测量。为确定有效的点云数据采集方案，

针对测站数、测量距离、扫描模式等参数分别设定并进行试验对比，三维激光扫

描仪的扫描模式分为标准模式和高速模式，前者清晰度高，测量效率低，后者则

正好相反，但清晰度满足使用要求是利用点云数据的首要条件，因此须在满足这

一前提条件下提高工作效率。

2.点云数据的测量。鉴于该