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【BIM技术】BIM技术在测量领域中的应用

2017-7-20 22:18
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引言随着BIM技术应用于建筑业全生命周期中的各个阶段,服务于建筑业各阶段也要求测量过程必须引入BIM技术,不仅如此,各领域对测量的要求均发生了较大变化。例如,以前的二维地图早就不能满足相关领域对测量的需求了 ...

引言随着BIM技术应用于建筑业全生命周期中的各个阶段,服务于建筑业各阶段也要求测量过程必须引入BIM技术,不仅如此,各领域对测量的要求均发生了较大变化。例如,以前的二维地图早就不能满足相关领域对测量的需求了。甚至三维地图也正在被淘汰,需要的至少是还应包含时间信息等其他要素的4D地图。

 

BIM技术引入中国始于2003年,开始时以设计公司引进、开发软件为主[1]。随着BIM技术的发展,建筑相关专业也逐渐引起重视,同时政府部门在设计和施工过程中也提出了相关要求。但现阶段BIM的使用者主要是设计人员,在中国的应用也只是处于初级阶段。但是纵观全球,BIM技术在建筑行业中必将带来一场革命性的变化。在测量领域BIM技术也必然是大势所趋,然而将BIM技术应用于测量领域还鲜有人提及。

 

本文就BIM技术如何在测量领域中发挥更好的作用进行探讨,对BIM技术如何更好应用于测量,如何让测量更好的服务于建设项目提出一些观点。首先对比分析了测量领域目前BIM的各种应用,并试图给出BIM在测量学科中发展所遇到的硬软件问题及其解决思路。

 

1、BIM技术概述

BIM(Building Information Modeling建筑信息模型),其实就是一个建立、运行与维护建筑全生命周期的各种信息的专业数据库。它能够将建筑生产及运营各个阶段串联起来,从而提高工作效率。BIM也是一个共享的资源库,在建筑生产的各个阶段,利益相关方都可以通过BIM查看、提取、更新、编辑相关的建筑信息,从而为各方协同工作提供必备的技术条件。建筑信息模型(BIM)技术的出现和发展,一方面为工程建筑领域带来了新的革命,另一方面为建筑空间的数字化提供了技术途径。BIM的最早应用来自于美国总务局2003年推出的从3D4D然后到BIM的发展计划。2009年,美国的威斯康辛州第一个对州内新建大型公共建筑项目提出必须使用建筑信息模型的要求,与此同时德州设施委员会也宣布政府投资的项目也必须使用BIM技术的要求。目前日本BIM应用已扩展到全国范围,并上升到政府推进的层面[2]。欧洲、韩国也已有多家政府机关致力于BIM应用标准的制定[34]

 

2、BIM技术在测量领域的应用

其实测量领域早就采集目标的三维信息,只是限于硬软件的限制一直得不到更好的体现。随着BIM技术在各个领域的兴起,测量各个学科也不断引入了BIM技术以适应未来的发展。

 

2.1、在基础地图方面的应用

地形图的上一次革命性的变化是由于计算机的出现使地图从纸质向电子地图转化。极大地提高了地图的生产、使用、共享和更新等各领域的生产效率。随着BIM技术的不断成熟,在地图领域的又一次变革正在发生,随着BIM技术的不断深入和普及,BIM技术将更广泛的应用于各类地图。BIM技术引入到地图领域,主要表现在生产、使用和管理各阶段中。在地图生产阶段,以往的数据采集方式数据量不大,采集的速度也有限,同时生产的自动化程度也较低。而BIM技术的引入,地图的生产采用三维激光扫描仪、倾斜摄影测量、卫星遥感等数据量大、速度快、自动化程度高的方式。相比传统方式,单点数据采集最快至少以秒为单位,三维激光扫描仪可以每秒采集107个点,且具有mm级的精度。由于引入BIM技术的地图具有直观、信息丰富等优点。所以识读方便,不再像以前的地图需要很多的专业地图符号,给读图带来较大的技术难度。同时BIM其实就是一个数据库,所以可同时存放相关的各种专业信息,这给地图的管理也带来了很大的便利。

 

2.2、在古建筑测量方面的应用

世界各国对古建筑的保护都是十分重视的,随着时间的侵蚀,世界上很多具有很高研究价值的文物以及古建筑都受到不同程度的破坏。欲对其进行保护,首先得对保护目标进行测量从而确定破坏程度和保护的方案。以前的测量手段其测量过程本身就是一种破坏,同时由于古建筑构造通常比较复杂,信息量很大,例如古建筑中存在很多雕刻、文字、色彩及曲线构造使得测量受限,同时具有很大危险性。所以传统手段不能很好地进行古建筑测量。如今三维激光测量、移动三维测量背包等测量手段可以用遥感的方式采集测量目标的包括位置、色彩、构造等信息。同时,数据量以每秒上百万的点位信息来量度。所以能够为复杂的、大型的实体建立更加精细、精确、丰富的三维模型。同时还能为这样的模型加入很多其他专业信息,便于对古建筑信息进行管理和设计保护及恢复方案。例如采用BIM技术测量成都武侯祠主要建筑仅需2h外业和3h内业即可形成直观形象的、可量测的三维模型。

 

2.3、应用于基坑监测

BIM技术,能够使工程技术人员对设计人员的设计做出最正确理解和应对,同时也是后续协同施工的基础。BIM同时也是一种建筑全生命周期管理的有力工具,为建筑的全生命周期各个阶段提高工作效率。正是由于这些原因,BIM技术被引入到基坑监测。其最大的优点就是能够让变形体的变形更直观地得以表现。而不再需要借助复杂的、专业性很强的、不直观的图表进行表达。在BIM模型中导入监测点的4D(三维坐标+时间)信息能够方便利益相关方查看和关注变形体的变形情况。将BIM技术引入到基坑监测具备以下优势:淤形象直观地体现变形体的变形情况,可用动画的方式预测未来变形。于快速准确地确定变形危险点,同时为准确制定应急方案提供基础。盂专业性程度降低,利益相关方都能看懂变形监测成果。榆能够结合BIM模型的其他数据信息,例如根据相邻建筑、管道、道路等变形分析基坑变形的原因和对临近建筑的影响程度。

 

2.4、BIM技术用于放样放样

一直在测量学科中占据很重要的位置。就其数学原理和精度的控制其实早就发展得很成熟了,同时也有很多成熟的方法。随着BIM应用的不断深入,也波及到了放样领域,使得放样的作业方法和作业理念都发生了革命性的变化。以往放样时使用的多数是二维的图纸,在放样前需要对放样数据进行计算和整理,在放样过程中直接使用的是一系列坐标,即一串数字。因此放样时不直观,放样点之间的几何关系和相对位置不清楚,同时在放样时出现错误也不易发现。但是BIM技术的引入使得放样过程变得更加简单,配套相应测量设备和BIM图纸就可以在三维模型中直接选择需要放样的点位,直观、方便地将待放样点位直接放样出来。例如拓普康的放样机器人和AutoDesk公司的BIM 360 Layout软件就能实现这一功能。使放样工作的效率和精度得到较大提升。如放样650米墙,60根墩柱和60个地脚螺栓,传统方式需要20工人(整个放样组超过一周的放样)。而采用基于BIM的放样机器人,1工人(1天放样)完成。

 

3、 BIM技术用于测量面临的挑战

BIM技术最早来源于美国总务管理局,目的是提高项目管理的效率。可见最初BIM的作用主要是项目管理领域,现如今扩大到了建筑设计、施工、运营管理。虽然在各个阶段都或多或少涉及到测量,但是从来测量都不是应用的重点内容,而建筑业所有领域都在发展BIM的应用,又从另一个方面迫使测量学科必须重视和发展BIM技术,否则在以后的发展中将和其他领域脱节和不适应。以下就BIM应用与测量遭遇的瓶颈和挑战进行简单分析。

 

3.1、数据采集手段

如今已有一些测量手段可以为测量BIM模型建立提供帮助。如三维激光扫描仪、无人机倾斜摄影测量。但是这些手段目前还处于初步发展阶段,就其本身而言不是很成熟。例如倾斜摄影测量会受到很多因素的影响,同时在后期处理过程中虽然有软件可用于自动处理,但是还是需要大量的人工介入,同时对于不规则的地物如树木等不能建立很逼真的模型。再者测量手段还比较单一,各自的缺点也比较明显。如三维激光扫描仪虽然数据量很大(每秒数百万点),但是其扫描速度较慢,价格昂贵,同时受天气影响也较明显,比如不能在雨天进行扫描。如就价格而言进口扫描仪HDS600价格超过200万,即便是国产设备也超过40万。

 

3.2、测量相关的BIM软件

和以前数字测图变革一样,针对测量也需要开发像南方Cass类似的测量软件。而现如今比较常见的BIM软件都没有专门针对测量的功能。进行三维测量的软件多数都是仪器厂商自身的软件,并且价格昂贵、相互间不兼容。所以,要真正引入BIM技术到测量领域,必须开发专门的通用软件。

 

3.3、测量BIM产品兼容性

由于上诉软件的不兼容和各自为政使得不同方法或不同仪器生产的BIM模型产品类型各异,很难进行数据共享和更新。因此对于整个测量行业至少是某区域的测量行业,应该建立适用于设计、施工、运营及测量通用的数据格式手册,同时测量BIM产品的标准化也是亟待解决的关键问题,这样才能为后续的设计、施工等领域服务。

 

4、结论

通过对BIM技术在测量各领域的应用分析,首先肯定的是BIM技术应用于测量是测量学科未来发展大势所趋,也是其他相关行业的强烈需要。BIM技术将在测量的诸多领域有很好的应用,就目前而言各领域也在不断的发展。同时也应看到发展中所面临的巨大挑战,主要是来自硬件、软件和数据标准三个方面的问题。解决当前BIM技术应用于测量领域所遇到的问题,需做到以下几点:

(1)淤开发新类型的BIM测量设备。主要着力于让测量的设备更加丰富多样,设备的价格与传统测量仪器价格更接近。同时还需解决设备适应不同气候和天气条件下作业的需求。于(2)软件方面需要开发类似于数字测图中南方CASS软件一样的BIM测量专业软件。只有这样才能将测量BIM产品更加全面的应用于设计、施工等阶段。

(3)出台相应的测量技术手册和标准。使得不同的设备、软件所涉及到的数据都能够无缝衔接,为后续的设计等工作做好准备。

(4)只有很好地解决了这些问题才能为BIM在测量学科中的应用扫清障碍,让测量学科向科技含量更高、自动化程度更强的大数据方向发展。随着BIM技术的发展与深入测量领域也将迎来新的发展。

 

参考文献院:

[1]何清华,钱丽丽,段运峰,BIM技术在国内外的应用现状及障碍研究[J]援工程管理学报,2012261:12-16

[2]BuildingSMART国际组织网站[EB/OL]http://www.buildingsmart.com.日本分会。

[3]BuildingSMART国际组织网站[EB/OL]http://www.buildingsmart.com.欧洲分会。

[4]BuildingSMART国际组织网站[EB/OL]http://www.buildingsmart.com.韩国分会。


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