论文总字数：26926字

摘 要

近年来，三维激光扫描技术凭借其扫描速度快、精度高、表现细节能力突出的特点，在诸多领域得到了广泛的应用。在建筑业，从业人员将BIM技术和三维激光扫描技术相结合，逆向建立建筑构件的“族”模型，在实现对建筑物的逆向建模的同时，保存并管理其相关信息，为建筑项目的设计、施工、运营提供了有力的数据支撑，有效地提高了施工效率，并减少材料的浪费。

本文使用FARO 3D X 330三维激光扫描仪，获取南京工业大学体育场旁亭子的点云数据，使用SCENE软件对其进行配准，并基于该点云数据在Revit软件中构建其BIM模型。实践表明，基于点云数据的BIM技术在异形建筑的逆向建模过程中，有较高的实用价值。主要研究成果如下：

（1）使用三维激光扫描仪，完成目标建筑物的点云数据的采集工作，并结合点云数据处理理论，对点云数据进行处理（配准）。

（2）对目标建筑物以构件为单位进行拆解，利用点云数据所提供的几何信息，逆向建立其“族”模型，完成其BIM模型的建立，并生成图纸。

（3）通过实例分析基于点云数据的BIM技术在建筑领域的优点和局限性，并总结建模的经验。

关键词：三维激光扫描；点云数据；建筑信息模型（BIM）；逆向建模

BIM Establishments of a Building Based on 3D Laser Scanner

Abstract

Three-dimensional laser scanning has been widely applied in recent years for its high efficiency, accuracy and outstanding presentation. In construction industry, people combine it with BIM technology in order to build the “family” model of each architectural component for reserve modeling, storing and managing associated information, which statistically supports the design, construction and operation of a construction project, effectively raising its efficiency and reducing its material waste.

This paper takes the pavilion near the playground of Nanjing Tech University as an example, uses FARO 3D X 330 laser scanner to obtain its point data, registers it by SCENE and builds its building information model on the basis of the processed point cloud data in Revit. The practice shows that BIM technology based on point cloud data has a high practical value in the reserve modeling of irregular buildings. Main contents are as below:

(1)This paper uses 3D laser scanner to obtain point cloud data and processes it by the point cloud data processing method.

(2)This paper classifies the target building by components, reversely builds its “family” model on the basis of the geometric information provided by point cloud data and builds its BIM model.

(3)This paper analyzes the pros and cons and possible application of BIM technology based on point cloud data by experiments.

Key words: 3D Laser Scanning; Point Cloud Data; Building Information Modeling; Reserve Modeling

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 研究的背景和意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国内外BIM的发展 1

1.2.2 三维激光扫描技术 2

1.3 论文研究内容及结构安排 3

1.3.1 论文研究内容 3

1.3.2 论文结构安排 3

第二章 BIM技术和三维激光扫描技术 5

2.1 BIM技术 5

2.1.1 BIM技术的通用解释 5

2.1.2 BIM含义的演变 6

2.1.3 BIM技术的特点 6

2.2 BIM技术的应用 7

2.2.1 BIM技术在工程设计阶段的应用分析 7

2.2.2 BIM技术在工程施工阶段的应用分析 8

2.2.3 BIM技术在项目维护阶段的应用分析 8

2.3 三维激光扫描系统 9

2.3.1 三维激光扫描系统工作原理 9

2.3.2 三维激光扫描系统的特点 10

2.3.3 三维激光扫描系统的分类 11

2.4 BIM设计与三维设计的比较 12

第三章 建筑物点云数据的获取和处理 13

3.1 点云数据采集 13

3.1.1 目标建筑物选取 13

3.1.2 站点架设 13

3.1.3 点云数据采集 14

3.2 点云数据的误差分析 16

3.2.1 误差概述 16

3.2.2 误差的分类 17

3.2.3 误差对精度的影响分析 17

3.3 点云数据处理 19

3.3.1 点云配准的概念和模型 19

3.3.2 基于ICP算法的点云配准 20

3.3.3 SCENE点云处理 22

第四章 基于点云的BIM模型的建立 24

4.1 BIM软件介绍 24

4.1.1 BIM软件分类 24

4.1.2 Revit软件介绍 25

4.1.3 Revit数据结构 27

4.2 点云BIM模型“族”的建立 29

4.2.1 建筑模型构件的分类 29

4.2.2 “族”的建立 30

4.3 实例展示——亭子BIM构建 32

4.3.1 链接点云数据 32

4.3.2 建立轴网和标高 32

4.3.3 建立“族”模型 33

4.3.4 建立完整模型 33

4.3.5 添加属性信息 34

第五章 建模成果展示及质量分析 35

5.1 建模成果展示 35

5.2 建模成果质量分析 36

第六章 总结与展望 37

6.1 毕业设计总结 37

6.2 不足与展望 38

参考文献 39

致谢 41

第一章 绪论

1.1 研究的背景和意义

近年来，人们关于事物的认知已由早期的平面二维空间，逐步转向三维立体空间，并随之提出三维模拟、实物重构、虚拟现实（VR）、增强现实（AR）等理论^[1]。在此背景下诞生的三维激光扫描技术，又被称作“实景复制技术”，为这一问题提供了崭新的解决方案。与传统的全站仪单点测绘相比，它可以实时化、数字化、智能化扫描建筑物，获取其表面的三维数据，快速重构出其三维模型^[2]。该项技术大幅节省了建筑物信息采集的时间和人工成本，同时获取结果精度高，重构出的模型真实可靠。因此，三维激光扫描技术受到了相关行业专家的推崇。

与此同时，随着建筑行业信息化发展的不断加速，建筑信息模型技术（BIM）正为越来越多的从业人员所熟知。BIM技术以三维信息模型为核心，整合项目的相关信息，对模型进行传递、共享和应用，为建设项目的设计、施工、运行、后期维护全过程提供支持。考虑到BIM技术具有可视化、协调性、完备性的特点，使得工程人员可以凭借其提供的及时、关键的决策支持，对各种建筑信息正确理解和高效应对^[3]。

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