建筑設(shè)計(jì)行業(yè)引入地信技術(shù)不是偶然

——與北京市建筑設(shè)計(jì)研究院項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研討三維掃描技術(shù)在海外工程項(xiàng)目中的應(yīng)用

近幾年，隨著海量數(shù)據(jù)增加以及科技的發(fā)展，測繪地理信息行業(yè)不斷涌現(xiàn)出新的技術(shù)，從數(shù)據(jù)采集、處理到使用，再到現(xiàn)在挖掘數(shù)據(jù)背后的價(jià)值，測繪地理信息技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域，尤其是近幾年測繪地理信息行業(yè)和建筑行業(yè)也有了頻繁的跨行業(yè)的合作。

隨著中國在國際舞臺上重要性的提升，建筑設(shè)計(jì)行業(yè)新增了許多援外項(xiàng)目和駐外使領(lǐng)館的新建和改造工程，此類項(xiàng)目現(xiàn)場信息的完整采集至關(guān)重要，而三維信息掃描技術(shù)又能夠?qū)崿F(xiàn)短期內(nèi)完整、準(zhǔn)確采集信息的目標(biāo)。所以建筑設(shè)計(jì)行業(yè)引入地理信息手段并不算偶然，而是順從時代發(fā)展的產(chǎn)物。

泰伯網(wǎng)了解到，今年上半年北京市建筑研究院項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在某海外改造工程中便嘗試應(yīng)用了三維掃描技術(shù)。對此，泰伯網(wǎng)聯(lián)系到了本次工程中的負(fù)責(zé)人，對參與本次海外建筑改造的工程設(shè)計(jì)師和提供三維掃描技術(shù)的北京奧騰巖石科技有限公司相關(guān)技術(shù)人員做了采訪，就本次雙方合作的工程項(xiàng)目展開了進(jìn)一步總結(jié)和探討。

采訪對象：

北京市建筑設(shè)計(jì)研究院某海外改造工程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)主要設(shè)計(jì)師：

陳穎，北京市建筑設(shè)計(jì)研究院方案創(chuàng)作工作室主任工程師，某海外改造工程主持人;

奧京，北京市建筑設(shè)計(jì)研究院方案創(chuàng)作工作室建筑師，某海外改造工程建筑專業(yè)負(fù)責(zé)人。

北京奧騰巖石科技有限公司：

蔣超，北京奧騰巖石科技有限公司戰(zhàn)略與市場總監(jiān)，某海外改造工程技術(shù)負(fù)責(zé)人

冀然，北京奧騰巖石科技有限公司資深工程師，某海外改造工程測繪技術(shù)負(fù)責(zé)人

巖石科技技術(shù)人員與北京市建筑設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)師合影(從左至右分別為：巖石科技項(xiàng)目工程師冀然、巖石科技戰(zhàn)略發(fā)展總監(jiān)蔣超、北京市建筑設(shè)計(jì)院項(xiàng)目經(jīng)理陳穎、北京市建筑設(shè)計(jì)研究院項(xiàng)目設(shè)計(jì)師奧京)

泰伯網(wǎng)：北京建筑設(shè)計(jì)研究院在某海外改造工程中應(yīng)用三維掃描技術(shù)的契機(jī)是什么?

陳穎：我們公司作為一家大型的、和共和國同齡的設(shè)計(jì)單位，從歷史淵源上，承接過一系列重要的國家級和北京市的重要項(xiàng)目，也因此獲得和積攢了很多業(yè)主的好評和信任。

近些年，隨著中國在國際舞臺上重要性的提升，也隨著中國經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)，我們業(yè)務(wù)范圍內(nèi)一些援外項(xiàng)目和駐外使領(lǐng)館項(xiàng)目的新建和改造工程量也在不斷增加。這些海外項(xiàng)目，是一類特殊的項(xiàng)目類型。這種特殊性體現(xiàn)在由于空間和地域的差異而帶來的一系列控制難題上。如當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境影響、當(dāng)?shù)厥姓l件影響、當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、當(dāng)?shù)匾?guī)劃條件和審批的影響。還有設(shè)計(jì)和施工是否由國內(nèi)來完成?材料設(shè)備是國內(nèi)采購，還是當(dāng)?shù)夭少?除此之外，特別是對于改造項(xiàng)目而言，現(xiàn)場信息的采集的完整性，至關(guān)重要。如果前期現(xiàn)場信息采集不全，沒有做好充分的評估和預(yù)判，會直接導(dǎo)致設(shè)計(jì)過程中的偏差，影響后續(xù)招標(biāo)、施工深化和加工建造。對于國內(nèi)的常規(guī)項(xiàng)目，即使是跨省市的項(xiàng)目，在設(shè)計(jì)階段和施工階段，通過多次的溝通和現(xiàn)場服務(wù)，可以將設(shè)計(jì)意圖比較順暢的傳遞給加工企業(yè)，保障最終的工程完成品質(zhì)。但是海外項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員或者加工企業(yè)直接到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)研的機(jī)會不能是無限的。所以，如何利用僅有的幾次調(diào)研機(jī)會做好前期數(shù)據(jù)的現(xiàn)場采集工作，很有價(jià)值。

目前，正好我們公司又承接了某海外項(xiàng)目的改建任務(wù)。以往，我們在開始工程設(shè)計(jì)前，都有安排設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)考察。每個專業(yè)僅安排1個名額，而且為期不超過5天。對于面積達(dá)到2-3萬平米以上的項(xiàng)目，很難在短時間內(nèi)既完成專業(yè)的搜資工作，又完成現(xiàn)場的測繪工作。所以，這個項(xiàng)目準(zhǔn)備設(shè)計(jì)考察的時候，我們同時就實(shí)施了采用三維信息掃描的構(gòu)想。這個改造項(xiàng)目，主要是針對內(nèi)部使用功能的重新調(diào)整。而且大樓的內(nèi)部已經(jīng)對原有的裝修做了拆除，室內(nèi)幾乎為毛坯狀態(tài)，也是采用三維掃描最為合適的時機(jī)。

蔣超：我簡要補(bǔ)充一下，這幾年建筑行業(yè)設(shè)計(jì)工作正在由傳統(tǒng)的二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)向三維數(shù)字信息模型設(shè)計(jì)，也就是我們熟知的BIM，目前整個BIM市場大概有400-500億規(guī)模，其中用到測量相關(guān)技術(shù)的項(xiàng)目越來越多，大概5%-10%項(xiàng)目比例。

泰伯網(wǎng)：在選取解決方案的過程中，北京建筑設(shè)計(jì)研究院為什么會選擇巖石科技?

陳穎：選擇巖石科技也是源于Autodesk公司的推薦。Autodesk公司是我們公司的長期合作伙伴，我們共同在設(shè)計(jì)工作平臺和三維前沿科技研究方面有多項(xiàng)合作計(jì)劃。當(dāng)時我們設(shè)計(jì)考察團(tuán)組出發(fā)前的時間非常緊張，在策劃海外項(xiàng)目的三維掃描工作時，我們也是借助合作伙伴在相關(guān)領(lǐng)域的聯(lián)絡(luò)，為我們提供了更多具備合作價(jià)值的團(tuán)隊(duì)。其實(shí)巖石科技之前在我們公司也做過和三維掃描相關(guān)的推廣普及講座。但借這個項(xiàng)目的機(jī)會，我們就有了初次的合作。另外，我們對三維掃描團(tuán)隊(duì)的選擇還有幾個硬性的要求。一個是我們要求承接三維掃描工作的單位必須是全中資背景。而且承接過國內(nèi)相關(guān)重點(diǎn)工程的任務(wù)。這主要是考慮到三維掃描數(shù)據(jù)的安全性問題。第二個是，建筑三維掃描不同于雕塑或者工業(yè)產(chǎn)品的掃描，我們還要求參與單位必須具備測繪的能力，并將測繪方法與三維掃描相結(jié)合，為建筑定位創(chuàng)造條件。第三個是，因?yàn)闀r間很緊張，我們還來不及簽訂合同，但是合作單位必須先期配合我們的時間開始工作。這對巖石科技是很大的風(fēng)險(xiǎn)。以上三個前提，巖石科技都達(dá)到了我們的要求。也很感謝巖石科技，在還沒有正式合同約定的時候，就全力參與到項(xiàng)目的工作中。

蔣超：感謝北京建筑院提供的項(xiàng)目合作機(jī)會，我們公司在此合作之前，就已經(jīng)和國內(nèi)大型建筑類公司進(jìn)行了廣泛合作，例如和中建一局望京SOHO項(xiàng)目、平安金融中心項(xiàng)目，中建五局深圳地鐵項(xiàng)目，湖南建工集團(tuán)梅溪湖項(xiàng)目，蘇州金螳螂南京青奧會場館等項(xiàng)目，豐富的項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，使得我們能很好的把控項(xiàng)目工期、人員、設(shè)備、預(yù)算、成果，我們知道，海外項(xiàng)目實(shí)施現(xiàn)場情況復(fù)雜，工期緊，不可控因素多，這些項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)也是雙方能迅速達(dá)成一致的重要基礎(chǔ)。

泰伯網(wǎng)：本次項(xiàng)目將測量與BIM相結(jié)合的過程中，巖石科技提供了哪些技術(shù)、產(chǎn)品?最終交付的產(chǎn)品形態(tài)是什么?

奧京：巖石科技在配合現(xiàn)場掃描工作時，為我們項(xiàng)目提供了最先進(jìn)的測繪儀器、并結(jié)合我們討論的，針對項(xiàng)目的特點(diǎn)，采用了固定支架式的GLS-2000高清三維掃描儀及測繪定位用的MS05高精度專業(yè)全站儀。并在出發(fā)前，和我們溝通了初步的測繪結(jié)合三維掃描方案。為什么強(qiáng)調(diào)是測繪結(jié)合三維掃描?這也是我們建筑項(xiàng)目掃描不同于工業(yè)產(chǎn)品掃描的特點(diǎn)。工業(yè)產(chǎn)品的尺度是有限的，簡單的掃描就能呈現(xiàn)對象的全部。工業(yè)產(chǎn)品也是單擺浮擱的，沒有和其他參照物相對關(guān)系定位的問題。而建筑項(xiàng)目的尺度是巨大的，必須經(jīng)過分區(qū)、分層、分段的掃描，才能將一個完整的建筑體信息采集完全。相對于工業(yè)產(chǎn)品，建筑體掃描涉及到站點(diǎn)是無窮多個，那么用什么樣的方法和步驟能保證多個站點(diǎn)的拼合信息是準(zhǔn)確的，是一個需要提前思考和策劃的問題。而且工作現(xiàn)場，我們也找不到原始的工程坐標(biāo)點(diǎn)，只能自己定義一套相對坐標(biāo)系統(tǒng)，這就是本次掃描的特點(diǎn)，必須結(jié)合測繪。所以，巖石科技這次給我們派駐的現(xiàn)場工程師除了專門負(fù)責(zé)三維掃描的工程師，還有專業(yè)的測繪工程師。

最終的交付產(chǎn)品形態(tài)是點(diǎn)云模型，但是基于我們工作的需要，巖石科技還配合我們進(jìn)行掃描模型和理論模型的比對工作研究。這也是我想在下一個問題里重點(diǎn)說的。

蔣超：考慮的項(xiàng)目精度要求很高，我們使用拓普康MS05最高精度的全站儀(精度遠(yuǎn)高于原計(jì)劃中的ES600)，和拓普康GLS-2000三維激光掃描儀聯(lián)合進(jìn)行作業(yè)，高精度全站儀確保了整個控制網(wǎng)和每個樓層控制點(diǎn)的整體精度，掃描儀在此控制點(diǎn)基礎(chǔ)上的掃描，能將每一層的掃描精度都控制在合理的范圍以內(nèi)，剛剛提到，我們是有測繪資質(zhì)依托的掃描技術(shù)公司，我們有對應(yīng)的測繪設(shè)備和技術(shù)人員，所以在精度這一個環(huán)節(jié)，整個項(xiàng)目下來，大概300多個測站，我們和二維圖紙比較了一下，在已知的區(qū)域精度達(dá)到了很高的標(biāo)準(zhǔn)。

泰伯網(wǎng)：在后期三維數(shù)據(jù)處理方面，巖石科技提供的解決方案是否達(dá)到了高效精準(zhǔn)自動化處理水平?

奧京：其實(shí)在出發(fā)前，我們就已經(jīng)有一個基于改造工程原有圖紙的理論模型。但是，大家肯定都知道，圖紙和現(xiàn)場三維掃描模型之間的差距肯定是有的。而且，既然是改造工程，那么我們還不能忽視現(xiàn)場的條件。當(dāng)時在現(xiàn)場時，我們的測繪工程師利用全站儀在場地布網(wǎng)建立了一套自己的相對坐標(biāo)系，而理論模型又是根據(jù)建筑軸網(wǎng)制定的坐標(biāo)系。所以，從現(xiàn)場掃描回來后，我們有一項(xiàng)重要的工作就是，如何將掃描的點(diǎn)云模型和原有的理論模型的兩套坐標(biāo)系統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系下，并在此基礎(chǔ)上有效利用這些掃描的數(shù)據(jù)。

首先，巖石科技為我們推薦了Geomagic軟件，此軟件可通過圈選一個面上任意幾個區(qū)域點(diǎn)云的方式擬合出一個平面，同時也可以通過點(diǎn)或面將點(diǎn)云模型和理論模型進(jìn)行特征對齊，還可進(jìn)行全自動分析進(jìn)行偏差校核。

然后，我們根據(jù)軟件的特點(diǎn)制定坐標(biāo)對齊的方案——先進(jìn)行單層點(diǎn)云模型和理論模型的對齊，在單層點(diǎn)云中做出三個坐標(biāo)參照點(diǎn)，隨點(diǎn)云聯(lián)動性變動。利用Geomagic軟件作出單層點(diǎn)云和理論模型較為關(guān)鍵的12個角點(diǎn)(一一對應(yīng))，然后再在點(diǎn)云和理論模型的12個角點(diǎn)中各任取4個對應(yīng)點(diǎn)，進(jìn)行特征對齊，多次計(jì)算取誤差最小的一次。其余各層也均按此方式進(jìn)行對齊取最優(yōu)結(jié)果，得出此對齊結(jié)果下隨點(diǎn)云變動的三個坐標(biāo)參照點(diǎn)的坐標(biāo)。最后將點(diǎn)云由原來的坐標(biāo)參照點(diǎn)移動對齊到現(xiàn)求得的三坐標(biāo)下，我們即認(rèn)為此位置是點(diǎn)云與理論模型最終坐標(biāo)對齊的位置。

過程說起來較為復(fù)雜，總結(jié)一句就是從幾何邏輯出發(fā)，利用兩個坐標(biāo)系統(tǒng)對應(yīng)的坐標(biāo)參照點(diǎn)進(jìn)行對齊，且又通過多次計(jì)算的方式減少誤差，最終求得一個較為穩(wěn)定的結(jié)果。

據(jù)此，我們分析點(diǎn)云模型和理論模型的偏移差距，也是方便以后我們在工程設(shè)計(jì)中，制定出一些合理的工作原則，來平衡新設(shè)計(jì)和實(shí)際狀況之間的差距。

泰伯網(wǎng)：目前，測量技術(shù)和BIM互操作性發(fā)展如何?3D測量在建筑信息化領(lǐng)域應(yīng)用，優(yōu)勢是什么?

陳穎：我理解三維掃描技術(shù)相對于傳統(tǒng)的、單一的測繪手段來說，最大的優(yōu)點(diǎn)是能提高獲取信息的效率，同時能保證對象信息的完整性。有了這項(xiàng)技術(shù)，我們可以對早期沒有完整模型數(shù)據(jù)的建筑進(jìn)行后續(xù)的信息錄入，相當(dāng)于為已有的建筑補(bǔ)充一份檔案。大到城市中重點(diǎn)的文物建筑、重要的地標(biāo)建筑;中國政府在海外投資的多項(xiàng)房產(chǎn);小到一幢普通的民用建筑。這一項(xiàng)應(yīng)用無論是對于城市的管理者，還是對于項(xiàng)目的業(yè)主、或者是建筑大樓的運(yùn)營商，都是極具價(jià)值的。但是，目前我所了解的三維掃描技術(shù)的輔助工程項(xiàng)目的服務(wù)實(shí)例還是有限的，所以，能總結(jié)出來的成熟的服務(wù)內(nèi)容和流程，也是有限的。主要還是應(yīng)用在對已有建筑的信息采集方面，對于后續(xù)如何更好的使用和分析數(shù)據(jù)，還有很大的待開發(fā)空間。

蔣超：測繪技術(shù)和BIM的互操作性在這幾年有了很大的改進(jìn)和提高，大概3-4年前，我們掃描獲取的點(diǎn)云還需要第三方插件才能讀入到Autodesk軟件里來，現(xiàn)在這個問題早已不存在，不僅如此，現(xiàn)在Autodesk公司還專門為拓普康放樣機(jī)器人做了一個插件，能將BIM模型無縫、三維立體的進(jìn)行放樣和測量工作。3D測量在建筑信息化領(lǐng)域發(fā)展很快，除了我剛剛提到的三維激光掃描儀，BIM放樣機(jī)器人，我們還和萬達(dá)商業(yè)規(guī)劃院一起合作了重慶萬達(dá)城項(xiàng)目，采用的也是測繪無人機(jī)技術(shù)，大量的實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)可以告訴我們，測量技術(shù)在建筑信息化領(lǐng)域大有可為，主要優(yōu)勢在于測量技術(shù)注重精度和效率，這一點(diǎn)與BIM應(yīng)用中精細(xì)化管理趨勢是完全一致的。

泰伯網(wǎng)：在BIM領(lǐng)域內(nèi)，使用更為精準(zhǔn)的測量產(chǎn)品是否已經(jīng)成為一種主流趨勢?您如何看待3S技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用前景?

陳穎：目前，三維掃描還是一項(xiàng)出于起步階段的技術(shù)，至少對于建筑行業(yè)還是這樣。雖然這項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)，從我聽說開始，已經(jīng)有8年左右的時間，但是在建筑行業(yè)的應(yīng)用還并不普遍。2010的時候，我們有主持形態(tài)復(fù)雜的建筑類型，當(dāng)時建筑還在施工過程中，有三維掃描技術(shù)的推廣廠家，找到我們項(xiàng)目的業(yè)主，說可以提供針對項(xiàng)目的三維掃描技術(shù)，通過將點(diǎn)云模型和實(shí)際建筑設(shè)計(jì)模型比對，來考量現(xiàn)場的工程實(shí)施情況。當(dāng)時，對于那個非線性的復(fù)雜形態(tài)的建筑來說，的確很有吸引力。但是據(jù)說最后還是服務(wù)費(fèi)用的問題，業(yè)主沒有采納。到了2015年左右，隨著我們公司新主持的中國尊項(xiàng)目的推進(jìn)，我們看到施工總包自己掏錢購買了時下最為先進(jìn)的三維掃描設(shè)備，在施工現(xiàn)場通過三維掃描，對現(xiàn)場施工情況進(jìn)行管控。不得不說，從我所了解的這兩個項(xiàng)目的、5-6年之間的變遷，就可以感受到三維掃描技術(shù)的發(fā)展空間是巨大的。今后還會有更多高品質(zhì)項(xiàng)目的施工單位，甚至業(yè)主，可能會更加主動的去觸及三維掃描的領(lǐng)域。

通過三維掃描，我們可以在有限的時間內(nèi)獲得更加準(zhǔn)確、且完整的數(shù)據(jù)，這數(shù)據(jù)量是傳統(tǒng)通過人工測繪無法企及的。而且，隨著目前建筑行業(yè)中，從業(yè)主方、設(shè)計(jì)方、監(jiān)理方到施工方對于BIM技術(shù)的全面認(rèn)知、接納到實(shí)施覺悟的提高，三維掃描技術(shù)將能獲得更好的比對基礎(chǔ)，這也是三維掃描技術(shù)有更加廣闊發(fā)展前景的時代環(huán)境。

蔣超：我剛剛提到了測量技術(shù)在BIM應(yīng)用領(lǐng)域中優(yōu)勢，和項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，陳經(jīng)理也分享了設(shè)計(jì)院對于三維的理解和分析，這幾年我們國家的BIM應(yīng)用發(fā)展很快，測繪能豐富的地理數(shù)據(jù)成果，和BIM的聯(lián)系會越來越緊密，至于能否成為主流趨勢，我們的判斷是新興的測量技術(shù)會成為重要的BIM工藝，就像現(xiàn)在的建筑施工都離不開全站儀、水準(zhǔn)儀，未來可能離不開三維掃描、測繪無人機(jī)、BIM放樣機(jī)器人等。關(guān)于3S技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用前景，目前來看，BIM已經(jīng)在融合越來越多的測量數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品和技術(shù)，未來我相信，BIM也會融合越來越多的GIS數(shù)據(jù)、模型和分析方法，彼此都會打破專業(yè)的界限，提供給業(yè)主呈現(xiàn)一個更加美好的解決方案。

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