建筑设计行业引入地信技术不是偶然

——与北京市建筑设计研究院项目团队研讨三维扫描技术在海外工程项目中的应用

近几年，随着海量数据增加以及科技的发展，测绘地理信息行业不断涌现出新的技术，从数据采集、处理到使用，再到现在挖掘数据背后的价值，测绘地理信息技术已经被广泛应用在各个领域，尤其是近几年测绘地理信息行业和建筑行业也有了频繁的跨行业的合作。

随着中国在国际舞台上重要性的提升，建筑设计行业新增了许多援外项目和驻外使领馆的新建和改造工程，此类项目现场信息的完整采集至关重要，而三维信息扫描技术又能够实现短期内完整、准确采集信息的目标。所以建筑设计行业引入地理信息手段并不算偶然，而是顺从时代发展的产物。

泰伯网了解到，今年上半年北京市建筑研究院项目团队在某海外改造工程中便尝试应用了三维扫描技术。对此，泰伯网联系到了本次工程中的负责人，对参与本次海外建筑改造的工程设计师和提供三维扫描技术的北京奥腾岩石科技有限公司相关技术人员做了采访，就本次双方合作的工程项目展开了进一步总结和探讨。

采访对象：

北京市建筑设计研究院某海外改造工程设计团队主要设计师：

陈颖，北京市建筑设计研究院方案创作工作室主任工程师，某海外改造工程主持人;

奥京，北京市建筑设计研究院方案创作工作室建筑师，某海外改造工程建筑专业负责人。

北京奥腾岩石科技有限公司：

蒋超，北京奥腾岩石科技有限公司战略与市场总监，某海外改造工程技术负责人

冀然，北京奥腾岩石科技有限公司资深工程师，某海外改造工程测绘技术负责人

岩石科技技术人员与北京市建筑设计研究院设计师合影(从左至右分别为：岩石科技项目工程师冀然、岩石科技战略发展总监蒋超、北京市建筑设计院项目经理陈颖、北京市建筑设计研究院项目设计师奥京)

泰伯网：北京建筑设计研究院在某海外改造工程中应用三维扫描技术的契机是什么?

陈颖：我们公司作为一家大型的、和共和国同龄的设计单位，从历史渊源上，承接过一系列重要的国家级和北京市的重要项目，也因此获得和积攒了很多业主的好评和信任。

近些年，随着中国在国际舞台上重要性的提升，也随着中国经济实力的增强，我们业务范围内一些援外项目和驻外使领馆项目的新建和改造工程量也在不断增加。这些海外项目，是一类特殊的项目类型。这种特殊性体现在由于空间和地域的差异而带来的一系列控制难题上。如当地气候环境影响、当地市政条件影响、当地设计标准、当地规划条件和审批的影响。还有设计和施工是否由国内来完成?材料设备是国内采购，还是当地采购?除此之外，特别是对于改造项目而言，现场信息的采集的完整性，至关重要。如果前期现场信息采集不全，没有做好充分的评估和预判，会直接导致设计过程中的偏差，影响后续招标、施工深化和加工建造。对于国内的常规项目，即使是跨省市的项目，在设计阶段和施工阶段，通过多次的沟通和现场服务，可以将设计意图比较顺畅的传递给加工企业，保障最终的工程完成品质。但是海外项目设计人员或者加工企业直接到达现场进行调研的机会不能是无限的。所以，如何利用仅有的几次调研机会做好前期数据的现场采集工作，很有价值。

目前，正好我们公司又承接了某海外项目的改建任务。以往，我们在开始工程设计前，都有安排设计团队考察。每个专业仅安排1个名额，而且为期不超过5天。对于面积达到2-3万平米以上的项目，很难在短时间内既完成专业的搜资工作，又完成现场的测绘工作。所以，这个项目准备设计考察的时候，我们同时就实施了采用三维信息扫描的构想。这个改造项目，主要是针对内部使用功能的重新调整。而且大楼的内部已经对原有的装修做了拆除，室内几乎为毛坯状态，也是采用三维扫描最为合适的时机。

蒋超：我简要补充一下，这几年建筑行业设计工作正在由传统的二维图纸设计，转向三维数字信息模型设计，也就是我们熟知的BIM，目前整个BIM市场大概有400-500亿规模，其中用到测量相关技术的项目越来越多，大概5%-10%项目比例。

泰伯网：在选取解决方案的过程中，北京建筑设计研究院为什么会选择岩石科技?

陈颖：选择岩石科技也是源于Autodesk公司的推荐。Autodesk公司是我们公司的长期合作伙伴，我们共同在设计工作平台和三维前沿科技研究方面有多项合作计划。当时我们设计考察团组出发前的时间非常紧张，在策划海外项目的三维扫描工作时，我们也是借助合作伙伴在相关领域的联络，为我们提供了更多具备合作价值的团队。其实岩石科技之前在我们公司也做过和三维扫描相关的推广普及讲座。但借这个项目的机会，我们就有了初次的合作。另外，我们对三维扫描团队的选择还有几个硬性的要求。一个是我们要求承接三维扫描工作的单位必须是全中资背景。而且承接过国内相关重点工程的任务。这主要是考虑到三维扫描数据的安全性问题。第二个是，建筑三维扫描不同于雕塑或者工业产品的扫描，我们还要求参与单位必须具备测绘的能力，并将测绘方法与三维扫描相结合，为建筑定位创造条件。第三个是，因为时间很紧张，我们还来不及签订合同，但是合作单位必须先期配合我们的时间开始工作。这对岩石科技是很大的风险。以上三个前提，岩石科技都达到了我们的要求。也很感谢岩石科技，在还没有正式合同约定的时候，就全力参与到项目的工作中。

蒋超：感谢北京建筑院提供的项目合作机会，我们公司在此合作之前，就已经和国内大型建筑类公司进行了广泛合作，例如和中建一局望京SOHO项目、平安金融中心项目，中建五局深圳地铁项目，湖南建工集团梅溪湖项目，苏州金螳螂南京青奥会场馆等项目，丰富的项目实施经验，使得我们能很好的把控项目工期、人员、设备、预算、成果，我们知道，海外项目实施现场情况复杂，工期紧，不可控因素多，这些项目经验也是双方能迅速达成一致的重要基础。

泰伯网：本次项目将测量与BIM相结合的过程中，岩石科技提供了哪些技术、产品?最终交付的产品形态是什么?

奥京：岩石科技在配合现场扫描工作时，为我们项目提供了最先进的测绘仪器、并结合我们讨论的，针对项目的特点，采用了固定支架式的GLS-2000高清三维扫描仪及测绘定位用的MS05高精度专业全站仪。并在出发前，和我们沟通了初步的测绘结合三维扫描方案。为什么强调是测绘结合三维扫描?这也是我们建筑项目扫描不同于工业产品扫描的特点。工业产品的尺度是有限的，简单的扫描就能呈现对象的全部。工业产品也是单摆浮搁的，没有和其他参照物相对关系定位的问题。而建筑项目的尺度是巨大的，必须经过分区、分层、分段的扫描，才能将一个完整的建筑体信息采集完全。相对于工业产品，建筑体扫描涉及到站点是无穷多个，那么用什么样的方法和步骤能保证多个站点的拼合信息是准确的，是一个需要提前思考和策划的问题。而且工作现场，我们也找不到原始的工程坐标点，只能自己定义一套相对坐标系统，这就是本次扫描的特点，必须结合测绘。所以，岩石科技这次给我们派驻的现场工程师除了专门负责三维扫描的工程师，还有专业的测绘工程师。

最终的交付产品形态是点云模型，但是基于我们工作的需要，岩石科技还配合我们进行扫描模型和理论模型的比对工作研究。这也是我想在下一个问题里重点说的。

蒋超：考虑的项目精度要求很高，我们使用拓普康MS05最高精度的全站仪(精度远高于原计划中的ES600)，和拓普康GLS-2000三维激光扫描仪联合进行作业，高精度全站仪确保了整个控制网和每个楼层控制点的整体精度，扫描仪在此控制点基础上的扫描，能将每一层的扫描精度都控制在合理的范围以内，刚刚提到，我们是有测绘资质依托的扫描技术公司，我们有对应的测绘设备和技术人员，所以在精度这一个环节，整个项目下来，大概300多个测站，我们和二维图纸比较了一下，在已知的区域精度达到了很高的标准。

泰伯网：在后期三维数据处理方面，岩石科技提供的解决方案是否达到了高效精准自动化处理水平?

奥京：其实在出发前，我们就已经有一个基于改造工程原有图纸的理论模型。但是，大家肯定都知道，图纸和现场三维扫描模型之间的差距肯定是有的。而且，既然是改造工程，那么我们还不能忽视现场的条件。当时在现场时，我们的测绘工程师利用全站仪在场地布网建立了一套自己的相对坐标系，而理论模型又是根据建筑轴网制定的坐标系。所以，从现场扫描回来后，我们有一项重要的工作就是，如何将扫描的点云模型和原有的理论模型的两套坐标系统一到同一坐标系下，并在此基础上有效利用这些扫描的数据。

首先，岩石科技为我们推荐了Geomagic软件，此软件可通过圈选一个面上任意几个区域点云的方式拟合出一个平面，同时也可以通过点或面将点云模型和理论模型进行特征对齐，还可进行全自动分析进行偏差校核。

然后，我们根据软件的特点制定坐标对齐的方案——先进行单层点云模型和理论模型的对齐，在单层点云中做出三个坐标参照点，随点云联动性变动。利用Geomagic软件作出单层点云和理论模型较为关键的12个角点(一一对应)，然后再在点云和理论模型的12个角点中各任取4个对应点，进行特征对齐，多次计算取误差最小的一次。其余各层也均按此方式进行对齐取最优结果，得出此对齐结果下随点云变动的三个坐标参照点的坐标。最后将点云由原来的坐标参照点移动对齐到现求得的三坐标下，我们即认为此位置是点云与理论模型最终坐标对齐的位置。

过程说起来较为复杂，总结一句就是从几何逻辑出发，利用两个坐标系统对应的坐标参照点进行对齐，且又通过多次计算的方式减少误差，最终求得一个较为稳定的结果。

据此，我们分析点云模型和理论模型的偏移差距，也是方便以后我们在工程设计中，制定出一些合理的工作原则，来平衡新设计和实际状况之间的差距。

泰伯网：目前，测量技术和BIM互操作性发展如何?3D测量在建筑信息化领域应用，优势是什么?

陈颖：我理解三维扫描技术相对于传统的、单一的测绘手段来说，最大的优点是能提高获取信息的效率，同时能保证对象信息的完整性。有了这项技术，我们可以对早期没有完整模型数据的建筑进行后续的信息录入，相当于为已有的建筑补充一份档案。大到城市中重点的文物建筑、重要的地标建筑;中国政府在海外投资的多项房产;小到一幢普通的民用建筑。这一项应用无论是对于城市的管理者，还是对于项目的业主、或者是建筑大楼的运营商，都是极具价值的。但是，目前我所了解的三维扫描技术的辅助工程项目的服务实例还是有限的，所以，能总结出来的成熟的服务内容和流程，也是有限的。主要还是应用在对已有建筑的信息采集方面，对于后续如何更好的使用和分析数据，还有很大的待开发空间。

蒋超：测绘技术和BIM的互操作性在这几年有了很大的改进和提高，大概3-4年前，我们扫描获取的点云还需要第三方插件才能读入到Autodesk软件里来，现在这个问题早已不存在，不仅如此，现在Autodesk公司还专门为拓普康放样机器人做了一个插件，能将BIM模型无缝、三维立体的进行放样和测量工作。3D测量在建筑信息化领域发展很快，除了我刚刚提到的三维激光扫描仪，BIM放样机器人，我们还和万达商业规划院一起合作了重庆万达城项目，采用的也是测绘无人机技术，大量的实际项目经验可以告诉我们，测量技术在建筑信息化领域大有可为，主要优势在于测量技术注重精度和效率，这一点与BIM应用中精细化管理趋势是完全一致的。

泰伯网：在BIM领域内，使用更为精准的测量产品是否已经成为一种主流趋势?您如何看待3S技术在该领域的应用前景?

陈颖：目前，三维扫描还是一项出于起步阶段的技术，至少对于建筑行业还是这样。虽然这项技术的出现，从我听说开始，已经有8年左右的时间，但是在建筑行业的应用还并不普遍。2010的时候，我们有主持形态复杂的建筑类型，当时建筑还在施工过程中，有三维扫描技术的推广厂家，找到我们项目的业主，说可以提供针对项目的三维扫描技术，通过将点云模型和实际建筑设计模型比对，来考量现场的工程实施情况。当时，对于那个非线性的复杂形态的建筑来说，的确很有吸引力。但是据说最后还是服务费用的问题，业主没有采纳。到了2015年左右，随着我们公司新主持的中国尊项目的推进，我们看到施工总包自己掏钱购买了时下最为先进的三维扫描设备，在施工现场通过三维扫描，对现场施工情况进行管控。不得不说，从我所了解的这两个项目的、5-6年之间的变迁，就可以感受到三维扫描技术的发展空间是巨大的。今后还会有更多高品质项目的施工单位，甚至业主，可能会更加主动的去触及三维扫描的领域。

通过三维扫描，我们可以在有限的时间内获得更加准确、且完整的数据，这数据量是传统通过人工测绘无法企及的。而且，随着目前建筑行业中，从业主方、设计方、监理方到施工方对于BIM技术的全面认知、接纳到实施觉悟的提高，三维扫描技术将能获得更好的比对基础，这也是三维扫描技术有更加广阔发展前景的时代环境。

蒋超：我刚刚提到了测量技术在BIM应用领域中优势，和项目经验，陈经理也分享了设计院对于三维的理解和分析，这几年我们国家的BIM应用发展很快，测绘能丰富的地理数据成果，和BIM的联系会越来越紧密，至于能否成为主流趋势，我们的判断是新兴的测量技术会成为重要的BIM工艺，就像现在的建筑施工都离不开全站仪、水准仪，未来可能离不开三维扫描、测绘无人机、BIM放样机器人等。关于3S技术在该领域的应用前景，目前来看，BIM已经在融合越来越多的测量数据采集产品和技术，未来我相信，BIM也会融合越来越多的GIS数据、模型和分析方法，彼此都会打破专业的界限，提供给业主呈现一个更加美好的解决方案。