CN110188505A - 基于bim+3d激光扫描技术的复杂深基坑监测***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于BIM+3D激光扫描技术的复杂深基坑监测***及方法，监测***包括3D激光扫描***、BIM***和监测***；3D激光扫描***和BIM***分别与监测***相连接；所述3D激光扫描***包括3D激光扫描仪，用于获取真实的深基坑的点云模型；BIM***包括图纸导入单元，用于读取深基坑的图纸信息，获得深基坑的三维BIM模型；所述监测***用于对现场的深基坑进行实时远程监控，监测***包括云平台***与预警***；所述云平台***均与3D激光扫描***、BIM***相连接、预警***相连接。本发明采用优化的BIM***和3D激光扫描技术进行建模，又利用了web平台实现模型的可视化功能，实现了复杂深基坑的实时监测及远程监控。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑管理***，特别是指一种基于BIM+3D激光扫描技术的复杂深基坑监测***及方法。
背景技术
深基坑工程在建筑工程中属于事故高发项目，风险较大，各地对基坑工程的***也十分重视，但基坑工程事故仍然不时发生。这些事故发生的主要原因是工程建设各方主体责任单位没有对深基坑工程从勘查设计到基坑回填的全过程每一环节进行有效的监管。
以目前BIM、互联网、公有云、移动客户端等技术的发展水平，完全可以做到施工信息获取的实时性与准确性，可以实现实时监管，但在基坑工程中的应用还不多见。
例如搜狐网页上的文献[BIM+3D激光扫描技术在珠海IFC项目的应用]介绍了3D激光扫描技术的原理，结合工程案例描述3D激光扫描技术应用过程，探索3D激光扫描技术在建筑施工过程中的实用性。快资讯网页上的文献[三维激光扫描技术与BIM的结合应用]采用三维激光技术与BIM模型的结合，更好的促进了BIM技术在施工阶段的应用。在geowill博客上的文献[GW-Volume三维激光扫描的实景三维土方应用]通过空间坐标转换，将点云数据与BIM基坑设计模型进行叠合，实现真实场景下的数据融合，可动态直观的展示设计效果与现状数据的关系。目前国内已有将BIM和3D激光扫描模型集成并用于建筑施工领域的报道，但此类平台虽然可以模拟真实场景，但无法进行实时监控。
申请号为CN201710259850.7，发明专利名称为利用3D激光扫描技术快速BIM建模的方法，利用3D激光扫描技术进行快速、精确、批量BIM建模，可最大程度上减少人工现场复测的数据量，提高建模精细度及效率，合理利用资源，解决由传统BIM建模所带来的种种不便之处，从而实现高精度、高效率的BIM建模。申请号为CN201510160043.0，发明专利名称为深基坑健康监测管理***及其管理方法，本发明针对深基坑深、大和复杂的特点，利用BIM和三维激光测量技术，实现对深基坑的实时监测。现有采用BIM和三维激光扫描技术的检测平台仍沿用传统算法，未对***进行优化，且3D激光扫描模型无法通过web显示，进而无法有效识别基坑变化及危险源。
申请号为CN201810025950.8，发明专利名称为一种智能化基坑监测***，从数据采集到报表生成大大缩短时间，及时准确向施工方提供基坑状态信息，在不增加人手的情况下，没有因监测频率增加而造成报表延期滞后现象。申请号为CN201810449089.8，发明专利名称为一种基坑在线监测***综合数据存储传输装置，本发明有效的提高了现场数据存储的发送的便捷性和通用性，提高了现场工作效率。现有基坑安全监测平台虽已有采用云平台，但此类平台仍采用传统基坑安全监测管理模式，没有实现监测数据可视化及辅助远程监控功能。
发明内容
针对目前深基坑监测***采用的传统算法未进行优化处理以及三维激光扫描模型无法通过web平台显示的技术问题，本发明提出了一种基于BIM+3D激光扫描技术的复杂深基坑监测***，利用优化算法分别对BIM模型和点云模型进行轻量化处理，并合成三维深基坑模型；利用web平台将三维深基坑模型显示，实现了BIM模型的可视化；将现场监测数据传输到web平台，使监控数据能够实时在三维深基坑模型中查看，及时发现危险源并进行相应的处理。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于BIM+3D激光扫描技术的复杂深基坑监测***，包括3D激光扫描***、BIM***和监测***；3D激光扫描***和BIM***分别与监测***相连接；所述3D激光扫描***包括3D激光扫描仪，用于获取真实的深基坑的点云模型；BIM***包括图纸导入单元，用于读取深基坑的图纸信息，获得深基坑的三维BIM模型；所述监测***用于对现场的深基坑进行实时远程监控，监测***包括云平台***与预警***；所述云平台***均与3D激光扫描***、BIM***相连接、预警***相连接。
一种基于BIM+3D激光扫描技术的复杂深基坑监测***的监测方法，其步骤如下：
S1、将深基坑的图纸信息导入Revit软件中，利用Revit软件对深基坑进行三维建模生成BIM模型，并对BIM模型进行优化处理得到轻量化BIM模型；
S2、利用3D激光扫描***对已完成支护的深基坑区域进行3D激光扫描获得点云数据，再对点云数据进行去噪处理、点云拼接和坐标变换建立三维点云模型，并对三维点云模型进行优化处理得到轻量化点云模型；
S3、将轻量化BIM模型和轻量化点云模型分别输入web平台，web平台内设有模型处理单元，在模型处理单元内对轻量化BIM模型和轻量化点云模型的数据分别进行坐标变换转化到工程实际坐标系中得到虚拟场景的数据和真实场景的数据，再通过坐标统一对真实场景的数据与虚拟场景的数据在模型处理单元内进行合成构建三维深基坑模型，并设置三维深基坑模型中每个区域的数据的容错范围，再将三维深基坑模型和容错范围通过web平台显示；
S4、监测人员利用全站仪和水准仪对已完成支护的深基坑进行现场监测获得监测数据，并将监测数据上传至web平台与三维深基坑模型作对比，通过web平台显示对比结果，判断监测数据的临界点与危险点，当监测数据超出容错范围的预警阈值时，监测***向手机端发送预警信号，工作人员采取及时补救措施，同时返回步骤S4，循环地将监测数据与三维深基坑模型做对比，直至满足终止条件，从而实现深基坑的安全监测。
优选地，所述步骤S1中对BIM模型进行优化处理得到轻量化BIM模型的方法为：
S11、选定BIM模型的参考标志点并记录参考标志点的坐标，再对参考标志点的坐标进行移动处理，使其与现场测量放线的坐标保持一致；
S12、选定BIM模型的压缩精度；
S13、选定要导出的BIM模型的几何结构和属性信息，并将几何结构和属性信息无损的输出到云平台中的lbp文件中，得到轻量化BIM模型。
优选地，所述步骤S2中对三维点云模型进行优化处理得到轻量化点云模型的方法为：对三维点云模型的点云数据进行流式传输和渲染，再采用按需加载的多分辨率点云层次结构进行压缩存储；同时剔除视锥体外的点云数据，以较高细节渲染近处的区域，以较低细节渲染远处的区域，获得轻量化点云模型。
优选地，所述步骤S2中的轻量化点云模型是已完成支护的深基坑结构的实际三维模型。
优选地，根据步骤S4中根据预警阈值将预警信号分为黄色预警、橙色预警和红色预警三个等级。
优选地，根据步骤S4中终止条件为：监测数据不超出三维深基坑模型对应位置的数据的容错范围。
本技术方案能产生的有益效果如下：
1.基于BIM模型和点云模型对比的综合检测平台，使监控数据能够实时在三维BIM场景中查看。
2.采用优化算法，对BIM模型和点云模型进行轻量化处理，可将三维模型的几何数据和属性信息无损的输入云平台上，便于利用浏览器或手机端展示应用。
3.采用web平台可实时查看监测数据与三维深基坑模型数据的对比，实现三维深基坑模型的可视化及辅助远程监控。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的***框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种基于BIM+3D激光扫描技术的复杂深基坑监测***，包括3D激光扫描***、BIM***和监测***；3D激光扫描***和BIM***分别与监测***相连接；所述3D激光扫描***包括3D激光扫描仪，用于获取真实的深基坑的点云模型；BIM***包括图纸导入单元，用于读取深基坑的图纸信息，获得深基坑的三维BIM模型；所述监测***包括云平台***和预警***，对现场的深基坑进行实时远程监控；所述云平台***与3D激光扫描***相连接，云平台***与BIM***相连接，将点云模型和BIM模型分别输入云平台中合成三维深基坑模型并通过云平台显示；云平台***与预警***相连接，对现场的深基坑进行实时远程监控，及时发现危险点并采取补救措施，同时返回云平台***，对深基坑进行实时监控，实现深基坑的安全监测。
一种基于BIM+3D激光扫描技术的复杂深基坑监测***的监测方法，具体步骤如下：
S1、将深基坑的图纸信息导入Revit软件中，利用Revit软件对深基坑进行三维建模生成BIM模型，并对BIM模型进行优化处理得到轻量化BIM模型。
所述对BIM模型进行优化处理得到轻量化BIM模型的具体步骤为：
S11、选定BIM模型的参考标志点并记录参考标志点的坐标，再对参考标志点的坐标进行移动处理，使其与现场测量放线的坐标保持一致；其中，参考标志点一般选择BIM模型中的轴网交叉点。
S12、选定BIM模型的压缩精度；压缩精度在0.1到1之间，默认选定压缩精度为0.5，即为原始模型所占磁盘空间的20%左右，选定压缩精度越小压缩体积越小。
S13、选定要导出的BIM模型的几何结构和属性信息，并将几何结构和属性信息无损的输出到云平台中的lbp文件中，得到轻量化BIM模型；其中，几何结构包括去除BIM模型中的非几何信息，仅保留了BIM模型的结构和几何拓扑关系，属性信息包构件的族类型、名称、构件ID等自定义属性以及限制条件、材质、尺寸标注、标识数据。
S2、利用3D激光扫描***对已完成支护的深基坑区域进行3D激光扫描获得点云数据，再对点云数据进行去噪处理、点云拼接和坐标转换建立三维点云模型，并对三维点云模型进行优化处理得到轻量化点云模型；轻量化点云模型即是已完成支护的深基坑结构的实际三维模型。其中，3D激光扫描***中的3D激光扫描仪采用的是Riegl VZ-400型三维激光扫描仪，通过Riegl VZ-400型三维激光扫描仪对深基坑现场扫描后通过配套的Riscan pro软件生成las格式的点云数据。
所述对三维点云模型进行优化处理得到轻量化点云模型的方法为：对三维点云模型的点云数据进行流式传输和渲染，再采用按需加载的多分辨率点云层次结构进行压缩存储；同时剔除视锥体外的点云数据，以较高细节渲染近处的区域，以较低细节渲染远处的区域，获得轻量化点云模型。
S3、将轻量化BIM模型和轻量化点云模型分别输入web平台，web平台内设有模型处理单元，在模型处理单元内对轻量化BIM模型和轻量化点云模型的数据分别进行坐标变换转化到工程实际坐标系中得到虚拟场景的数据和真实场景的数据，再通过坐标统一对真实场景的数据与虚拟场景的数据在模型处理单元内进行合成构建三维深基坑模型，并设置三维深基坑模型中每个区域的数据的容错范围，再将三维深基坑模型和容错范围通过web平台显示；如果真实场景的数据和虚拟场景数据不一致时，对BIM模型进行修改，将虚拟场景数据修改为真实场景数据。
S4、监测人员利用全站仪和水准仪对已完成支护的深基坑进行现场监测获得监测数据，并将监测数据上传至web检测平台与三维深基坑模型作对比，通过web平台显示对比结果，判断监测数据的临界点与危险点，当监测数据超出容错范围的预警阈值时，web平台显示异常，预警***向手机端发出预警信号，预警信号的等级分为黄色预警、橙色预警和红色预警三个等级，工作人员根据预警等级采取相应的补救措施，同时返回步骤S4，循环地将监测数据与三维深基坑模型作对比，直至满足监测数据不超出三维深基坑模型对应位置的数据的容错范围的要求，从而实现深基坑的安全监测。通过web平台可实时查看深基坑的数据和监测数据，实现监测***的远程监测，便于工作人员及时发现问题、解决问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于BIM+3D激光扫描技术的复杂深基坑监测***，其特征在于，包括3D激光扫描***、BIM***和监测***；3D激光扫描***和BIM***分别与监测***相连接；所述3D激光扫描***包括3D激光扫描仪，用于获取真实的深基坑的点云模型；BIM***包括图纸导入单元，用于读取深基坑的图纸信息，获得深基坑的三维BIM模型；所述监测***用于对现场的深基坑进行实时远程监控，监测***包括云平台***与预警***；所述云平台***均与3D激光扫描***、BIM***相连接、预警***相连接。
2.一种基于BIM+3D激光扫描技术的复杂深基坑监测***的监测方法，其特征在于，其步骤如下：
S1、将深基坑的图纸信息导入Revit软件中，利用Revit软件对深基坑进行三维建模生成BIM模型，并对BIM模型进行优化处理得到轻量化BIM模型；
S2、利用3D激光扫描***对已完成支护的深基坑区域进行3D激光扫描获得点云数据，再对点云数据进行去噪处理、点云拼接和坐标变换建立三维点云模型，并对三维点云模型进行优化处理得到轻量化点云模型；
S3、将轻量化BIM模型和轻量化点云模型分别输入web平台，web平台内设有模型处理单元，在模型处理单元内对轻量化BIM模型和轻量化点云模型的数据分别进行坐标变换转化到工程实际坐标系中得到虚拟场景的数据和真实场景的数据，再通过坐标统一对真实场景的数据与虚拟场景的数据在模型处理单元内进行合成构建三维深基坑模型，并设置三维深基坑模型中每个区域的数据的容错范围，再将三维深基坑模型和容错范围通过web平台显示；
S4、监测人员利用全站仪和水准仪对已完成支护的深基坑进行现场监测获得监测数据，并将监测数据上传至web平台与三维深基坑模型作对比，通过web平台显示对比结果，判断监测数据的临界点与危险点，当监测数据超出容错范围的预警阈值时，监测***向手机端发送预警信号，工作人员采取及时补救措施，同时返回步骤S4，循环地将监测数据与三维深基坑模型做对比，直至满足终止条件，从而实现深基坑的安全监测。
3.根据权利要求2所述的基于BIM+3D激光扫描技术的复杂深基坑监测***的监测方法，其特征在于，所述步骤S1中对BIM模型进行优化处理得到轻量化BIM模型的方法为：
S11、选定BIM模型的参考标志点并记录参考标志点的坐标，再对参考标志点的坐标进行移动处理，使其与现场测量放线的坐标保持一致；
S12、选定BIM模型的压缩精度；
S13、选定要导出的BIM模型的几何结构和属性信息，并将几何结构和属性信息无损的输出到云平台中的lbp文件中，得到轻量化BIM模型。
4.根据权利要求2所述的基于BIM+3D激光扫描技术的复杂深基坑监测***的监测方法，其特征在于，所述步骤S2中对三维点云模型进行优化处理得到轻量化点云模型的方法为：对三维点云模型的点云数据进行流式传输和渲染，再采用按需加载的多分辨率点云层次结构进行压缩存储；同时剔除视锥体外的点云数据，以较高细节渲染近处的区域，以较低细节渲染远处的区域，获得轻量化点云模型。
5.根据权利要求2所述的基于BIM+3D激光扫描技术的复杂深基坑监测***的监测方法，其特征在于，所述步骤S2中的轻量化点云模型是已完成支护的深基坑结构的实际三维模型。
6.根据权利要求2所述的基于BIM+3D激光扫描技术的复杂深基坑监测***的监测方法，其特征在于，根据步骤S4中根据预警阈值将预警信号分为黄色预警、橙色预警和红色预警三个等级。
7.根据权利要求2所述的基于BIM+3D激光扫描技术的复杂深基坑监测***的监测方法，其特征在于，根据步骤S4中终止条件为：监测数据不超出三维深基坑模型对应位置的数据的容错范围。
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