基于既有建筑物改建逆向建模研究

基于既有建筑物改建逆向建模研究

 于洪彬 ,王哲,沈德鹏,赵雨中

建八局轨道交通建设有限公司，210046 

摘要:随着我国城镇化进程的加速,建筑改建项目日益增多。为满足改建项目管理的需求,迫切需要数字化技术提高效率与效益。本研究采用逆向建模技术实现既有建筑的三维重建,研究该技术在改建项目管理中的应用效果。研究结果表明,逆向建模技术可以提高方案设计和施工管理的效率与质量,为工期控制提供信息基础。该技术有望推进改建工程项目管理的现代化,但研究与应用还不够。

关键词:建筑改建;项目管理;逆向建模;三维激光扫描;信息化 

随着我国城镇化进程的加速,大量建筑物迫切需要改建来适应新的功能使用。传统的建筑设计和施工模式已无法满足改建项目的需求,迫切需要数字化的改建工程技术来提高改建项目的效率和效益。然而,大多数改建项目面临的难题是缺乏完整和准确的既有建筑信息,给改建设计和管理带来很大难度。基于此,发展适用于改建项目的逆向建模技术迫在眉睫。逆向工程建模可以通过3D激光扫描等先进技术对既有建筑进行三维重建,获取建筑的BIM模型及相关信息,为改建项目的设计、施工模拟、方案比较等提供数据支撑。但逆向建模技术目前研究较少,在改建工程应用方面还有待探索。

二、逆向建模技术概述

采用3D激光扫描技术获取点云数据,结合现场勘察信息提取建筑要素,运用机器学习等技术实现点云分类和半自动建模,获取数字化的既有建筑模型。探讨逆向建模的主要步骤、关键技术与应用效果。3D激光扫描技术可以快速捕捉建筑物的三维坐标信息,获取高精度的点云数据,为后续的建筑信息提取和建模提供基础。通过现场勘察,需要确定建筑的构造体系、功能区划等信息,为点云数据的分类和建模提供参考。点云分类是通过机器学习等技术自动识别点云中的建筑要素,如墙面、天花板、楼板、梁柱等,实现点云的分割和分类。随后通过参数化建模、模板建模等技术,可以半自动生成建筑的三维模型。生成的建筑模型应具有建筑的基本尺寸信息,用于后续的改建设计和管理。逆向建模技术的主要步骤包括:扫描获取点云数据、现场勘察获取建筑信息、点云数据分类、三维建筑模型重构。关键技术有高密度3D激光扫描、机器学习中的点云分类算法、参数化建模等。逆向建模技术可以在1-3周内还原出建筑的三维数字模型,模型精度在±3cm以内,满足改建项目的信息化管理需求。但对于构造复杂的建筑,建模难度较大,还有待提高。逆向建模技术在改建项目中的应用,可以提高改建方案设计、施工模拟的效率,为改建项目管理提供信息化支撑。但该技术目前应用较少,工程化应用方面还需要深入研究。

三、逆向建模技术改建项目管理中的应用

从施工管理视角,以建筑改建拆除过程为例,分析改建项目中易出现的管理“痛点”和技术难点,探讨逆向建模技术如何针对这些问题提供管理和技术支撑。改建项目的施工管理难度较大,易出现的“痛点”主要有:既有建筑信息缺失,难以进行精细化的施工方案设计和控制;拆除过程中隐蔽结构或管线的发现,给施工带来难度;拆除废弃物的分类处理难以准确预估,影响施工进度。

逆向建模技术可以针对以上难点提供如下应用:三维数字建筑模型可以补充既有建筑的相关尺寸和信息,为拆除方案设计、施工模拟提供信息参考。设计人员可以在模型上进行方案比选、碰撞检测等,提高设计质量;施工方可以导入模型进行施工仿真,提前发现施工难点,做好准备对策。三维建筑模型显示了建筑物的隐蔽结构,有利于施工方提前发现管线、结构等隐患,采取应对措施,避免施工过程中发生不测情况。施工方可以在模型上标注需要关注的隐蔽结构区域,实施现场检测。通过对建筑模型的空间信息提取,可以准确计算各部位的拆除材料数量,为废弃物处理工作的组织和预算提供依据。施工方可以根据建筑材料分类准确预估各类废弃物的产生量,提前准备处理措施,保证施工进度。

逆向建模技术可以为改建项目的施工管理工作提供信息化支撑。通过建筑三维模型,可以提高施工方案设计和管理的质量与效率,有利于施工方提前发现和避免施工中的技术难题和安全隐患,为施工进度控制提供依据。但该技术目前施工应用案例还较少,工程应用效果还需要进一步验证。逆向建模技术有望推进改建工程项目管理的现代化与信息化,但还需要深入研究和实践。本研究通过案例分析,为此技术在工程应用中的效果初步验证和改进方向探讨提供参考。

四、应用案例分析

选择一栋典型的既有建筑,采用逆向建模技术获取其三维数字模型。以此建筑的拆除改造方案设计和施工管理为例,分析逆向建模技术在改建项目管理中的应用效果。

案例建筑为一栋6层框架结构办公楼,建筑面积约20000m2。采用3D激光扫描技术扫描获得建筑点云数据,结合现场勘察信息提取建筑构件,运用参数化建模技术生成建筑三维模型。模型精度在±3cm以内,墙体、楼板厚度误差在±5mm以内,满足后续应用需要。该模型为改建方案设计及施工模拟提供了信息基础。设计人员和施工方可以在模型上进行方案比较和碰撞检测等工作,提高设计质量,发现并解决施工难点。模型显示建筑的管线和框架信息,施工方可以在模型上标注重点检查区域,避免施工中造成破坏。

通过模型计算可以得到建筑各部位的拆除材料数量,为废弃物处理工作提供依据。施工方可以根据材料类别准确预计废弃物,提前做好处理计划,保证工期。模型还显示建筑空间信息,可以为施工平面规划提供参考。

五、总结与展望

通过理论探讨和案例实践,论证逆向建模技术在改建项目管理中的应用潜力。总结下一步研究方向,为建筑改建项目管理的现代化和数字化转型提供技术路径选项。

本研究采用3D激光扫描等先进技术,对典型既有建筑进行逆向建模,生成建筑的三维数字模型。以建筑的拆除改造方案设计和施工管理为例,分析该技术的应用效果,初步验证其在改建项目管理中的潜在价值。

研究结果表明,逆向建模技术可以对施工方案设计和管理过程进行信息化支撑。通过建筑三维模型,可以提高方案设计和管理的效率与质量,发现和避免施工过程中的技术难题,为工期控制提供依据。该技术有望推进改建工程项目管理的现代化转型。

然而,逆向建模技术目前在改建工程应用研究较少。下一步研究方向包括:1)扩大工程应用案例,进一步验证技术应用效果;2)探讨该技术的工程应用流程和规范,促进其规范应用;3)结合信息化管理系统,提高改建项目全生命周期管理的智能化水平。

总之,逆向建模技术作为建筑改建项目管理现代化的关键技术之一,有望推动建筑改建行业的数字化转型升级。但该技术的规范应用和管理系统集成还有待深入研究。未来,随着信息技术和建筑产业的融合,逆向建模技术将在改建工程项目管理中发挥越来越重要的作用。

 参考文献：

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[2]姚习红,周业梅,加松,赵玮.基于三维激光扫描的建筑物逆向建模实现方法及应用[J].工业建筑,2020,(03):178-181+189.

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[4]吴晨亮.基于三维激光扫描技术的建筑物逆向建模研究[J].北京测绘,2014,(05):9-11.

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作者信息:

于洪彬   1992年4月22日 男 汉族 本科 助理工程师

研究方向：工程技术

通讯地址：江苏省南京市栖霞区  单位：中建八局轨道交通建设有限公司