BIM+点云技术在装配式机房内的应用
摘 要： 本文以武大人民医院项目制冷机房为例，介绍了BIM+点云技术在装配式机房施工中的创新应 用。利用三维激光扫描施工现场获取数据，生成点云模型与BIM模型对齐叠加，分析偏差并调整模型，指导
施工顺序，确定避让方案。保障在异形结构、受限空间的机房内顺利实施装配式施工，提高施工精度和效
率，避免返工和调整，做到施工一次到位。
关键词： BIM技术 三维扫描 点云模型 装配式机房 机电安装
中图分类号： TU745 文献标识码： B 文章编号：1002-3607(2023)07-0065-04
随着建筑行业的发展， BIM 技术在工程项目全生命周 期中的应用逐渐普及，传统意义上的BIM 模型都是在电脑 中虚拟建立的，在一定程度上脱离现场实际情况。无论是 建筑施工过程，还是后期的维修、改造，都更加需要一个 能反映现场真实情况的BIM 模型。在数字信息化极速发展 的今天，平面化的表达方式难以满足信息化社会的需求。 业内常见诸如设计施工时各专业图纸不匹配、繁重的机 械式深化设计周期难以满足工期要求、现场施工精度偏 差无法管控、施工顺序混乱等问题。如果能从二维管理 思想转化为三维管理思想，那么将极大提高未来建筑施 工效率、降低成本，从而向数字化建筑迈出新的一步。
三维激光扫描作为一种新兴的空间信息获取方式， 采用激光测距的方法，将激光扫描到的点所具有的三维坐 标、颜色、分类值等信息采集下来，形成空间点云模型， 通过这些高精度的点云数据还原现实世界。
BIM+ 点云技术相结合，是经过专家学者认证的比较 值得推荐的技术，在各种各样的场景下有着越来越广泛的 应用。例如在改建、扩建、改造类工程中，通过三维扫描 获取原有建筑的点云数据，然后进行BIM 逆向建模，真实 反应建筑物的实时动态，为改造施工提供精确的数据支 撑；或者在施工过程中对工程进行三维扫描，将获取的实 体数据与BIM 模型数据进行分析比对，动态掌握尺寸、定 位偏差情况，为后续的工序或者整体施工提供实施依据； 也可以在工程竣工后，对全部工程进行三维扫描，将获 取的数据转换为点云模型，作为竣工资料归档，为后续 的运营、维护、改建、扩建、拆除等工作提供便利45。
本文以武汉大学人民医院洪山院区为例，通过深入 融合三维激光扫描技术，探索在异形结构、受限空间的 机房内实施装配式技术的创新型路径。
1 工程概况
武汉大学人民医院洪山院区建设项目位于地下室的 制冷机房面积约2,000m², 设制冷机组6台，板式换热器 6台， 一级泵16台，二级泵42台，分别设置在地下二层和 地下一层，机房结构随建筑主体呈弧形。
将此机房作为BIM+ 点云技术应用场景的主要原因有 三点： 一是机房设备众多、管线密集，深化设计难度大、 周期长，采用点云技术可以直接扫描获取现场数据，并能 实时监测施工动态及时作出调整，缩短深化设计周期。二 是机房的建筑结构呈弧形，施工精度难以保证，通过点云 获取的数据应用到BIM 软件内可以精确控制设备的定位及 接驳点。三是机房内空间受限，传统施工难度大，将合 成的点云模型用来指导装配式施工，针对性的设计分段 组合式泵组以及悬挑型泵组模块，提高施工质量，避免 现场返工、接驳口难以对接、管线交叉等问题，进一步 缩短机房施工进度。
2 BIM+点云技术在装配式机房的实施
BIM+ 点云技术在本项目的应用是通过点云技术的激 光测距，记录被观测的对象外表面大量密集点的三维坐 标、反射率和纹理等信息，并将所收集的信息经过技术 处理，剔除无用信息，保留有效数据，合成点云模型，
INSTALLATION
2023.7
65
专 题 报 道Feature Story
安装完成
用来指导机房内设备管线的施工及调整。整体实施流程 见图1。
一次扫描采集数据
建立BIM模型 合成点云模型
模型比对
建筑结构修复调整
机组就位 特殊离位
管件设计
次扫描分析调整
模板图血工图出
模块识别限院异形构件识别眼 模块制
模块、构件转运
预制模块设计
图1 实施流程图
本项目所采用的三维激光扫描仪为FARO Focus(s) 350plus, 具体参数见表1,使用的软件主要包括SCENE、
Autodesk Recap、Autodesk Revit等。选用的配件为Faro As-Built For Autodesk revit 点云处理软件、 Faro BuildLT- Construction检测分析软件。
表1激光扫描仪参数表
|
型号 |
测角精 度/(") |
测距 精度/mm |
测量 距离/m |
视野 范围/() |
最小 扫描距离/ |
|
FARO Focus(s 350plus |
19 |
±1 |
350 |
300(纵向) 360(横向) |
0.6 |
2.1 建筑结构分析与调整
一次扫描的主要对象是机房内已经完成的建筑结构， 预先获取已完成的建筑结构定位、尺寸数据并分析偏差将 对后续机电设备及管线的安装具有重要的指导意义。建筑 结构点云与BIM模型比对分析图见图2。
2.1.1 数据采集与模型建立
在机房建筑结构施工完成后，根据现场环境以及机 房形状对三维扫描仪进行标定校准，确定3个站点，然后 选择扫描对象和角度设置标靶，保证扫描的可行性和全面 性。使用三维激光扫描仪以从外向内、先下后上的顺序， 对机房进行360°全方位扫描。扫描过程中，应避免扫描 仪被触碰或干扰，保证扫描数据的有效性和完整性，每 个站点扫描完成后保存为相应的数据文件。
图2 建筑结构点云与BIM模型比对分析图
所得数据通过SCENE 软件进行预处理、粗拼接、细 拼接等步骤，删除部分无用构件，保证点云密度足够的 情况下适当降低点密度，整合成轻量化点云模型，期间可 通过去除噪点以及进行填补空洞和光顺处理等优化模型。 该模型文件导出后经Recap软件进行细节处理并转换文 件格式(.rcs), 最终导入Revit软件，获取包含梁、板、 柱、墙、排水沟、设备基础等土建构件信息的点云模型。
2.1.2 偏差分析与调整
利用Revit软件模型比对功能，将导入后的点云模型 与原图纸BIM模型进行比对，标记出偏差部分并统计。
根据模型比对的统计结果，逐一对各个偏差部位进行 分析分类，合理控制轻微偏差项，列出重要偏差项。后发 现设备基础实际浇筑高度与图纸设计高度存在较大偏差， 局部位置偏差达到5cm, 对整体预制影响较大。如果不进 行处理，不仅会降低设备基础的承载力，加大后期运行隐 患，而且影响机电设备管线整体预制安装，所以将相关资 料提交土建专业进行基础修复，并验收合格。
2.2 机电设备就位与管段预制
2.2.1 设备就位与二次扫描复测
设备就位。设备基础修复完毕后，清扫机房内的垃 圾，疏通运输路线上的隐患和障碍，达到设备就位条件， 将冷水机组、水泵等设备运输起吊就位。本项目的设备 机房分别位于B1层和B2层，其中B1层通过地面吊装口将 设备直接吊入后运输至机房内， B2层的设备需先通过地 面吊装口进入B1层后，再通过B1层的吊装口转运至B2层 机房内，吊装转运路线见图3。
二次扫描。二次扫描的对象主要是就位后的机电设 备模型，同时对修复过后的建筑模型进行复测，不仅可 以监测现场施工精度，对机电设备的定位也提供了准确
ANZHUANG
2023年第7期
Feature Story专 题 报 道
凡 中
2
地下一层机
执
设备吊装口
钒 柳
地下二层设备 转运路线
地下一层设备
转运路线
我备送组基性
设备吊装口
发设备运址路战
图3设备吊装转运图
信息。设备就位后，采用三维扫描仪进行二次扫描复测， 获取数据合成含机组接口空间信息的点云模型。机电点云
与BIM 模型比对见图4。
图4 机电点云与BIM模型比对图
2.2.2 偏差分析与调整
将二次扫描得到的数据经过处理，合成为点云模型， 通过逆向建模导入一次扫描合成的模型，根据现场实际接
口定位调整BIM 模型(见图5)。
图5 逆向建模分析与调整
2.2.3 模型分段分节及出图施工
二次扫描的点云模型调整完成后，输出预制加工图 (见图6)和材料统计表。机房设计有20个泵组模块，相 比常规型框架方案，创新型框架横向方向短25～30cm,
节省了模块基础面积，有效规避了模块基础与排水沟的
冲突，也保证了模块之间的通行空间。
模块转运至预定位置后，按照模块底座纵横中心线 与基础纵横中心线对齐的方式定位模块，然后组装就位
施工完成。
图6模块管段分节加工图
3 BIM+点云技术优劣势分析
BIM 技术与点云技术的结合应用，突破了以前传统的
施工模式，主要优势有以下几点：
(1)提高施工精度。传统BIM 模型的建立是基于设 计图纸，而施工现场因为各种因素的影响，往往会产生 偏差或偏移，如果一味地按图施工有可能累计偏差，导 致部分节点完全偏离预想。点云技术快速实时反应施工 现场真实情况到点云模型内，及时对施工现场偏差进行 修正，从而确保工程顺利完成。
(2)保证深化设计节奏。国内很少有设计院会做BIM 正向设计，现阶段的BIM 深化设计基本上都是CAD 图纸的 翻模再调整。而设计图纸经常会发生变更， BIM 模型、设计
INSTALLATION
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图纸与施工现场三者很难做到同步进行，浪费了大量的时 间精力协调，甚至出现“先施工后深化”的怪象。而点云技 术的快速性、真实性解决了BIM 模型与施工现场的统 一 问 题，可以随时根据现场的施工情况合成点云模型，导入BIM
软件进行调整，节省了建模时间，缩短了深化设计周期。
(3)有利于控制成本。点云技术为BIM 模型提供了 大量的真实数据，可以实现信息化的成本管理模式，覆 盖项目全生命周期，准确把控各阶段成本，随时掌握项
目信息，确保工程建设的实效性与时效性。
(4)有利于后期运营、维护和管理。 BIM+ 点 云 技 术可以扩展的方向很多，例如可以引入AR 技术，将已竣 工项目的信息导入系统内，从而可以随时随地查看项目
各类信息；也可以将获取的数据引入各种项目管理软件，
将系统与模型进行关联，维护工程质量。
目 前BIM+ 点云技术还存在着一些劣势需要解决，首 先点云收集数据的质量有待提高，格点采样、均匀采样、 几何采样都存在各自的优缺点；其次，点云数据与BIM 数 据之间的转换还存在着技术壁垒，无法做到统 一协调， 需要对数据进行处理，技术门槛高，无法快速普及；最 后，由于点云的测量原理是借助光谱照射生成的点，照
射不到的位置无法生成参照数据点，例如吊顶部位的设备
管线，必须在吊顶之前进行扫描取得数据，限制了BIM+
点云技术应用场景。
4 结语
随着国家大数据战略的提出，关于数字化转型的政策 不断深化和落地，各行各业的技术应用是数字化落地的着 力点。将BIM 技术结合点云技术聚焦于装配式机房内的机 电设备管线安装，控制施工精度并优化现场管理思路，是 对精细化施工的情景再现，在此基础上一步步提高数字化 建设程度。未来加深对BIM+ 点云技术应用的探索，将带
来更高的效率和更大的生产力。
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