CN111102926A - 一种基于bim的工程质量检测方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM的工程质量检测方法及***，所述方法包括：获取被扫描物体表面的空间位置三维点数据，以形成一个扫描的三维实体点云；对所述点云进行数据处理，得到所述被扫描物体的完整空间几何尺寸，并逆向生成一三维点云模型；将所述三维点云模型与预先生成的BIM模型进行对比分析，以得到质量检测报告；其有益效果是：利用获取被扫描物体的点云数据，逆向生成一三维点云模型，将所述三维点云模型与工程设计的BIM模型进行对比分析，从而可以比对出实体与设计的偏差，使得施工质量评价准确、快速、客观和全面，通过导出的电子报告，利于找出偏差的原因，便于在后续施工中进行改正，为现场施工质量提供了保证。

Description

一种基于BIM的工程质量检测方法及***

技术领域

本发明涉及工程检测技术领域，具体涉及一种基于BIM的工程质量检测方法及***。

背景技术

在建筑施工的过程中，施工质量管控极为重要。BIM技术是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，通过三维建筑模型，实现工程监理、物业管理、设备管理、数字化加工、工程化管理等功能。

但现有技术中，对BIM技术大多停留在其独立的应用上，未与质量检测进行相结合，一般工程检测都是通过人工操作设备进行质量检测，人为记录后再与标准数据进行逐项判定，费时、费力，同时检测过程中难免出现检测误差和主观因素，从而造成施工质量评价不准确，无法为后续的施工过程提供科学、合理的施工建议。

发明内容

本发明的发明目的在于：提供了一种基于BIM的工程质量检测方法及***，以克服现有技术中施工质量评价不准确、存在主观因素的缺陷。

第一方面：一种基于BIM的工程质量检测方法，所述方法包括：

获取被扫描物体表面的空间位置三维点数据，以形成一个扫描的三维实体点云，其中，所述空间位置三维点数据通过测量装置识别所得；

对所述点云进行数据处理，得到所述被扫描物体的完整空间几何尺寸，并逆向生成一三维点云模型；

将所述三维点云模型与预先生成的BIM模型进行对比分析，以得到质量检测报告。

作为本申请一种可选的实施方式，所述方法还包括：

在扫描之前，划分扫描区域，选择扫描设站位置；

然后根据设站位置布置扫描标靶和控制标靶，扫描标靶和控制标靶的布置条件为，相邻两站至少有三个不共面的公共点。

作为本申请一种可选的实施方式，所述测量装置包括全站仪和三维激光扫描仪。

作为本申请一种可选的实施方式，所述全站仪在布设时，每个可通视区段只架设一站全站仪，所述全站仪架设在施工时设置的固定参考坐标点上；

所述三维激光扫描仪在布设时，若对单站扫描即可覆盖的建筑单体时，则对所述三维激光扫描仪取消配准过程；

对于单站扫描无法覆盖的建筑实体或进行所述对比分析时，则根据现场布置的标靶点进行配准拼接后，再进行检测。

作为本申请一种可选的实施方式，所述三维点云模型与预先生成的BIM模型进行对比分析，具体包括：

将所述三维点云模型与BIM模型建立于同一统一的坐标系中；

在所述扫描区域建立统一控制网，利用所述三维激光扫描仪对每一区域进行扫描，同时利用所述全站仪实测控制标靶的坐标，得到所述控制标靶在所述统一坐标系下的第一坐标；

提取所述控制标靶在当前所述三维激光扫描仪坐标系下的第二坐标；

利用所述控制标靶的两套坐标，即可获取每一区域的三维激光扫描仪坐标和全站仪变换参数；

利用每一个区域的变换参数将每站的扫描数据转换至全站仪坐标系下，以得到在统一控制网与坐标系下的点云数据，从而直接完成多站点云的配准，进而比对出所述三维点云模型与BIM模型的偏差，并生成可导出的电子文档。

作为本申请一种可选的实施方式，所述点云数据中超过测站距离预设值的点定义为噪点，并对所述噪点进行剪切删除。

作为本申请一种可选的实施方式，所述三维激光扫描仪在扫描前，包括下列步骤：

为单面墙扫描时，所述三维激光扫描仪的架设距离与墙体不超过设定阈值，所述三维激光扫描仪与墙面最大水平夹角的范围为45°～135°；

为顶棚扫描时，所述三维激光扫描仪的架设距离与顶棚垂直距离不超过设定阈值，所述三维激光扫描仪与顶棚最大垂直夹角的范围为45°～90°。

作为本申请一种可选的实施方式，所述三维激光扫描仪在扫描前，还包括下列设置步骤：

根据所述扫描区域选择室内或室外；

选择扫描的分辨率和质量；

选择扫描的区域范围。

第二方面：一种基于BIM的工程质量检测***，所述***包括测量装置和处理装置；

所述测量装置用于获取被扫描物体表面的空间位置三维点数据，以形成一个扫描的三维实体点云；

所述处理装置用于对所述点云进行数据处理，得到所述被扫描物体的完整空间几何尺寸，并逆向生成一三维点云模型；

所述处理装置还用于将所述三维点云模型与预先生成的BIM模型进行对比分析，以得到质量检测报告。

作为本申请一种可选的实施方式，所述测量装置包括全站仪和三维激光扫描仪；

在所述三维激光扫描仪扫描前，具体包括：

划分扫描区域，选择扫描设站位置；

然后根据设站位置布置扫描标靶和控制标靶，扫描标靶和控制标靶的布置条件为，相邻两站至少有三个不共面的公共点。

采用上述技术方案，具有以下优点：本发明提出的一种基于BIM的工程质量检测方法及***，利用获取被扫描物体的点云数据，逆向生成一三维点云模型，将所述三维点云模型与工程设计的BIM模型进行对比分析，从而可以比对出实体与设计的偏差，使得施工质量评价准确、快速、客观和全面，通过导出的电子报告，利于找出偏差的原因，便于在后续施工中进行改正，为现场施工质量提供了保证。

附图说明

图1是本发明实施例所提供的一种基于BIM的工程质量检测方法的流程图；

图2是本发明实施例所提供的一种基于BIM的工程质量检测***的框图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路，软件或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

参考图1所示，一种基于BIM的工程质量检测方法，所述方法包括：

S101，获取被扫描物体表面的空间位置三维点数据，以形成一个扫描的三维实体点云，其中，所述空间位置三维点数据通过测量装置识别所得。

具体地，所述测量装置包括全站仪和三维激光扫描仪；其中，所述三维激光扫描仪主要由一台高速精确的激光测距仪和一组可以引导激光并以均匀角速度扫射的反射棱镜组成；工作时，由激光测距仪主动发射激光，同时接受由自热物表面反射的信号从而进行测距，扫描仪可以测得测站至扫描点的斜距，再配合扫描的水平和垂直方向角，可以得到每一个扫描点与测站的空间相对坐标；

本实施例中的三维激光扫描仪有效测量距离为0.6～130m，采用安全的1级激光(波长大于1400mm，不可见)，辐射功率低于1Nw，测距精度±2mm，测量速度高达976000点/秒，最大垂直扫描速度可达5820rpm，对于建筑表面平整度和垂直度测量误差可达到0.15mm，精度为传统测量仪器的6倍，可实现可视范围内无死角测量；所述全站仪为TS60高精度全站仪采用ATRplus***，可实现自动测量技术，采用双相机***，粗瞄范围更广，精瞄准确性更高，测速快，距离大于500m时，精度3mm，测量时间6秒；利用全站仪、三维激光扫描仪通过识别、提取目标物体的关键几何特征快速获取被扫描物体表面的空间位置三维点数据，形成一个扫描的三维实体点云(即点云数据)；

应用时，在扫描开始之前，首先检查三维激光扫描仪的状态是否良好，其次需要对待扫描区域进行实地勘察，对其结构形态、周围的场平环境状况、天气因素和人为影响进行充分地了解，提前做好扫描规划，杜绝意外事件发生。

具体地，在扫描之前，划分扫描区域，选择扫描设站位置；扫描区域包括多个扫描区域段或是多个区域；

然后根据设站位置布置扫描标靶和控制标靶，扫描标靶和控制标靶的布置条件为，相邻两站至少有三个不共面的公共点；这样设置，是在多测站时，为了保证后期点云的拼接精度和确保点云数据顺利拼接。

同时，在全站仪和三维激光扫描仪布设时，根据以下方法布设：

所述全站仪在布设时，每个可通视区段只架设一站全站仪，所述全站仪架设在施工时设置的固定参考坐标点上，这样可减少所述全站仪移站误差；

所述三维激光扫描仪在布设时，若对单站扫描即可覆盖的建筑单体时，则对所述三维激光扫描仪取消配准过程；

对于单站扫描无法覆盖的建筑实体或进行所述对比分析时，则根据现场布置的标靶点进行配准拼接后，再进行检测。

进一步地，在应用时，为了更加贴合实际的应用情况和便于灵活处理，所述三维激光扫描仪在扫描前，包括下列步骤：

为单面墙扫描时，所述三维激光扫描仪的架设距离与墙体不超过设定阈值，所述三维激光扫描仪与墙面最大水平夹角的范围为45°～135°；

为顶棚扫描时，所述三维激光扫描仪的架设距离与顶棚垂直距离不超过设定阈值，所述三维激光扫描仪与顶棚最大垂直夹角的范围为45°～90°；这样设置以保证精度，其中，这里的设置阈值优选为40m；同时需调整云台水平，然后打开该扫描仪的管理界面，选择传感器的倾角仪，根据电子倾角仪，配合使用云台调整仪器水平。

在其他实施例中，在前述实施例的基础上，所述三维激光扫描仪在扫描前，还包括下列设置步骤：

根据所述扫描区域选择室内或室外；

选择扫描的分辨率和质量；

选择扫描的区域范围。

具体地，首先，根据作业范围的划分选择室内或室外；其次选择扫描的分辨率和质量，该参数关系点云数据的精度，分辨率和质量越高，扫描也精细，需要扫描的时间也就越长，该参数视扫描数据精度要求而定；然后，选择扫描区域，默认的扫描区域范围是360°球形范围扫描，唯一的盲区为扫描仪底部的三脚架区域，即垂直扫描区域为-60°～90°，水平扫描区域为0～360°，同样的，该参数视扫描区域要求决定，本实施例只是进行举例，并不是对其进行限制。所述三维激光扫描仪的相关参数设置完成后，开始扫描，扫描期间保证仪器静止，严禁有震动干扰，也不允许人员在仪器与标靶周围来回走动，以免影响标靶点位的拾取，所述标靶点位包括前述所指的扫描标靶和控制标靶。

S102，对所述点云进行数据处理，得到所述被扫描物体的完整空间几何尺寸，并逆向生成一三维点云模型。

具体地，上述步骤可由包括中央控制器的处理装置执行，例如，计算机、服务器等；本实施例以计算机为例进行举例说明，该计算机加载有点云数据处理软件Realworks；利用事先布置的标靶点将所有测站数据拼接在一起，形成建筑物(即被扫描物体)的整体三维点云模型；

例如，在Realworks软件中的办公室测量模块下，进行墙体偏移检测、墙体垂直度平整度检测、阴阳角检测、开间进深净高测量、洞口尺寸测量的一系列建筑实体外观测量。

S103，将所述三维点云模型与预先生成的BIM模型进行对比分析，以得到质量检测报告。

具体地，将所述三维点云模型与BIM模型建立于同一统一的坐标系中，同时三维激光扫描仪点云数据不配准或采用基于控制点的单站配准方法；BIM模型为根据施工图纸、项目数据、地图数据等相关信息数据预先生成；

在所述扫描区域建立统一控制网，利用所述三维激光扫描仪对每一区域进行扫描，同时利用所述全站仪实测控制标靶的坐标，得到所述控制标靶在所述统一坐标系下的第一坐标；

提取所述控制标靶在当前所述三维激光扫描仪坐标系下的第二坐标；

利用所述控制标靶的两套坐标(指代所述第一坐标和第二坐标)，即可获取每一区域的三维激光扫描仪坐标和全站仪变换参数；

利用每一个区域的变换参数将每站的扫描数据转换至全站仪坐标系下，以得到在统一控制网与坐标系下的点云数据，从而直接完成多站点云的配准，进而比对出所述三维点云模型与BIM模型的偏差，并生成可导出的电子文档。

相当于，为了更精确地分析所述三维点云模型与BIM模型的相对精度，两种模型要建立于同一坐标系中，首先在待扫描区域建立统一控制网，利用三维激光扫描仪对每一段区域进行扫描，同时利用全站仪实测控制标靶坐标(X，Y，Z)，得到控制标靶在统一坐标系下的坐标，提取控制标靶在当前扫描仪坐标系下的坐标(x，y，z)，利用控制标靶的两套坐标，即可获取每一子区域扫描仪坐标和全站仪变换参数；由于全站仪测得的标靶坐标已经在一个统一的控制网坐标系下，因此，利用每一个区域的变换参数将每站扫描数据转换至全站仪坐标系下，就已构成了在统一控制网坐标系下的点云数据，从而直接完成多站点云的配准，从而可以比对模型与实体的偏差，导出电子文档，为后续施工质量的提高提供指导依据。此方法由于与控制网相连，因此能直接将点云数据转换至外部坐标系中，而且精度高，作业时间相对较短。

进一步地，为了保证精度，点云数据中超过测站距离预设值的点定义为噪点，并对所述噪点进行剪切删除；其中，所述预设值优选为50m。

通过将BIM模型导入到Realworks软件，在该软件中利用大地坐标系转换功能，提取点云中控制点的坐标，然后与用全站仪测出的现场控制点坐标进行三维坐标转换，将BIM模型与点云数据进行配准后，进行BIM模型与点云数据对比及位置偏差分析，导出电子报告后，找出偏差的原因，在后续施工中进行改正，为现场施工质量提供保证。

根据上述的方案，可将其应用在混凝土表面成形质量检测上，通过该方案对后续混凝土施工提供了质量保证，施工更加精确，减少了不必要的浪费和返工情况，从而减少了混凝土抹灰面积，不仅节约了经济成本，还从源头降低了材料生产、运输和使用过程中的能耗和污染，环保效益明显。

基于上述同样的发明思路，参考图2，本发明实施例还提供了一种基于BIM的工程质量检测***：

所述***包括测量装置和处理装置；

所述测量装置用于获取被扫描物体表面的空间位置三维点数据，以形成一个扫描的三维实体点云。

具体地，所述测量装置包括全站仪和三维激光扫描仪；

在所述三维激光扫描仪扫描前，具体包括：

划分扫描区域，选择扫描设站位置；

然后根据设站位置布置扫描标靶和控制标靶，扫描标靶和控制标靶的布置条件为，相邻两站至少有三个不共面的公共点。

所述处理装置用于对所述点云进行数据处理，得到所述被扫描物体的完整空间几何尺寸，并逆向生成一三维点云模型；

所述处理装置还用于将所述三维点云模型与预先生成的BIM模型进行对比分析，以得到质量检测报告。

具体地，所述处理装置装载有Realworks软件，进行对比分析时，将BIM模型导入到Realworks软件，在软件中利用大地坐标系转换功能，提取点云中控制点的坐标，然后与用全站仪测出的现场控制点坐标进行三维坐标转换，将BIM模型与点云数据进行配准后，进行BIM模型与点云数据对比及位置偏差分析，导出电子报告后，找出偏差的原因，在后续施工中进行改正，为现场施工质量提供保证。

进一步地，所述全站仪在布设时，每个可通视区段只架设一站全站仪，所述全站仪架设在施工时设置的固定参考坐标点上；

所述三维激光扫描仪在布设时，若对单站扫描即可覆盖的建筑单体时，则对所述三维激光扫描仪取消配准过程；

对于单站扫描无法覆盖的建筑实体或进行所述对比分析时，则根据现场布置的标靶点进行配准拼接后，再进行检测。

进一步地，所述三维点云模型与预先生成的BIM模型进行对比分析，具体包括：

将所述三维点云模型与BIM模型建立于同一统一的坐标系中；

在所述扫描区域建立统一控制网，利用所述三维激光扫描仪对每一区域进行扫描，同时利用所述全站仪实测控制标靶的坐标，得到所述控制标靶在所述统一坐标系下的第一坐标；

提取所述控制标靶在当前所述三维激光扫描仪坐标系下的第二坐标；

利用所述控制标靶的两套坐标，即可获取每一区域的三维激光扫描仪坐标和全站仪变换参数；

利用每一个区域的变换参数将每站的扫描数据转换至全站仪坐标系下，以得到在统一控制网与坐标系下的点云数据，从而直接完成多站点云的配准，进而比对出所述三维点云模型与BIM模型的偏差，并生成可导出的电子文档。

进一步地，所述点云数据中超过测站距离预设值的点定义为噪点，并对所述噪点进行剪切删除。

进一步地，所述三维激光扫描仪在扫描前，包括下列步骤：

为单面墙扫描时，所述三维激光扫描仪的架设距离与墙体不超过设定阈值，所述三维激光扫描仪与墙面最大水平夹角的范围为45°～135°；

为顶棚扫描时，所述三维激光扫描仪的架设距离与顶棚垂直距离不超过设定阈值，所述三维激光扫描仪与顶棚最大垂直夹角的范围为45°～90°。

进一步地，所述三维激光扫描仪在扫描前，还包括下列设置步骤：

根据所述扫描区域选择室内或室外；

选择扫描的分辨率和质量；

选择扫描的区域范围。

需要说明的是，上述***与前述的方法实施例所对应，具体实施方式以及有益效果，参见前述的文字记载，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种基于BIM的工程质量检测方法，其特征在于，所述方法包括：

获取被扫描物体表面的空间位置三维点数据，以形成一个扫描的三维实体点云，其中，所述空间位置三维点数据通过测量装置识别所得；

对所述点云进行数据处理，得到所述被扫描物体的完整空间几何尺寸，并逆向生成一三维点云模型；

将所述三维点云模型与预先生成的BIM模型进行对比分析，以得到质量检测报告。

2.根据权利要求1所述的一种基于BIM的工程质量检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

在扫描之前，划分扫描区域，选择扫描设站位置；

然后根据设站位置布置扫描标靶和控制标靶，扫描标靶和控制标靶的布置条件为，相邻两站至少有三个不共面的公共点。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于BIM的工程质量检测方法，其特征在于，所述测量装置包括全站仪和三维激光扫描仪。

4.根据权利要求3所述的一种基于BIM的工程质量检测方法，其特征在于，所述全站仪在布设时，每个可通视区段只架设一站全站仪，所述全站仪架设在施工时设置的固定参考坐标点上；

所述三维激光扫描仪在布设时，若对单站扫描即可覆盖的建筑单体时，则对所述三维激光扫描仪取消配准过程；

对于单站扫描无法覆盖的建筑实体或进行所述对比分析时，则根据现场布置的标靶点进行配准拼接后，再进行检测。

5.根据权利要求4所述的一种基于BIM的工程质量检测方法，其特征在于，所述三维点云模型与预先生成的BIM模型进行对比分析，具体包括：

将所述三维点云模型与BIM模型建立于同一统一的坐标系中；

在所述扫描区域建立统一控制网，利用所述三维激光扫描仪对每一区域进行扫描，同时利用所述全站仪实测控制标靶的坐标，得到所述控制标靶在所述统一坐标系下的第一坐标；

提取所述控制标靶在当前所述三维激光扫描仪坐标系下的第二坐标；

利用所述控制标靶的两套坐标，即可获取每一区域的三维激光扫描仪坐标和全站仪变换参数；

利用每一个区域的变换参数将每站的扫描数据转换至全站仪坐标系下，以得到在统一控制网与坐标系下的点云数据，从而直接完成多站点云的配准，进而比对出所述三维点云模型与BIM模型的偏差，并生成可导出的电子文档。

6.根据权利要求5所述的一种基于BIM的工程质量检测方法，其特征在于，

所述点云数据中超过测站距离预设值的点定义为噪点，并对所述噪点进行剪切删除。

7.根据权利要求3所述的一种基于BIM的工程质量检测方法，其特征在于，所述三维激光扫描仪在扫描前，包括下列步骤：

为单面墙扫描时，所述三维激光扫描仪的架设距离与墙体不超过设定阈值，所述三维激光扫描仪与墙面最大水平夹角的范围为45°～135°；

为顶棚扫描时，所述三维激光扫描仪的架设距离与顶棚垂直距离不超过设定阈值，所述三维激光扫描仪与顶棚最大垂直夹角的范围为45°～90°。

8.根据权利要求7所述的一种基于BIM的工程质量检测方法，其特征在于，所述三维激光扫描仪在扫描前，还包括下列设置步骤：

根据所述扫描区域选择室内或室外；

选择扫描的分辨率和质量；

选择扫描的区域范围。

9.一种基于BIM的工程质量检测***，其特征在于，所述***包括测量装置和处理装置；

所述测量装置用于获取被扫描物体表面的空间位置三维点数据，以形成一个扫描的三维实体点云；

所述处理装置用于对所述点云进行数据处理，得到所述被扫描物体的完整空间几何尺寸，并逆向生成一三维点云模型；

所述处理装置还用于将所述三维点云模型与预先生成的BIM模型进行对比分析，以得到质量检测报告。

10.根据权利要求9所述的一种基于BIM的工程质量检测***，其特征在于，所述测量装置包括全站仪和三维激光扫描仪；

在所述三维激光扫描仪扫描前，具体包括：

划分扫描区域，选择扫描设站位置；

然后根据设站位置布置扫描标靶和控制标靶，扫描标靶和控制标靶的布置条件为，相邻两站至少有三个不共面的公共点。

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