“BIM+三维激光扫描技术”助力苏州古建筑保护项目创新应用与研究以既有建筑环秀山庄数字化应用为例一等奖

诚信金泰建设(苏州)管理有限公司王超

摘要:BIM技术引入我国工程建设行业后,在各类大型公建等较为复杂的工程项目中的应用已经取得了成果,然而在历史古建保护领域,BIM技术应用处于起步阶段,在研究方面存在较多空白。随着新技术的快速发展,可以利用3D激光扫描、无人机倾斜摄影等新技术,对古建筑进行三维空间信息生成点云数据的获取,对古建筑的二维图纸、三维模型进行反向还原,并导入平台系统,实现数据共享,便于后续工程的数字化汇报与沟通工作。鉴于此,本文针以环秀山庄项目既有建筑物逆向建模为例进行电子存档保护,为后续修复、更新、维护、文化传播、CIM数字孪生等提供可靠的数据支持,以供参考。

关键词:BIM技术;修缮;无人机倾斜摄影;三维激光扫描;保护途径

图(1)四扇厅测绘原理及现场照片

引言

最终形成一系列能反映古建筑精密几何形态、空间结构及纹理的数字化产品,完整保存古建筑的高精度三维原貌并实现有关数据的永久存档和应用。

图(2)无人机倾斜摄影及三维激光扫描点云数据

1数字化建模关键技术路线

利用三维激光扫描技术得到的点云数据可以作为几何信息建立模型,以环秀山庄数字化应用为例。

图(3)架站、无人机、手持三维扫描点云数据采集

图(4)四面厅室内家具三维扫描以及贴图纹理数据处理

主要建模工作分为三个部分。

图(5)三维激光扫描的工作流程

2项目背景研究及意义

图(6)环秀山庄项目历史背景及数字化意义

所谓古建筑数字化,是将现实古建筑的尺寸、构造、图像等资料的虚拟化和数据化,能够在电脑中进行三维立体展示。

环秀山庄数字化项目就是利用最新的数字技术如数字化扫描、摄影、三维建模、虚拟现实等技术再现、保存、传播环秀山庄园林世界文化遗产,从而让文化和基于延绵长存。

环秀山庄数字化建设不仅有利于保存其真实尺度与面貌、精确还原其空间结构关系,更可借助网络平台(如苏州道APP上传数字古建、数字园林、数字三维模型)实现苏州古典园林文化遗产资源传播与共享,让遗产更富“活”力。

图(7)数字古建文化传播参考示例

3环秀山庄数字化建设的必要性

图(8)全面的项目展示

4环秀山庄数字化建模的难点分析及解决措施

4.1三维激光扫描存在盲点

图(9)三维激光扫描布置站点

解决措施:

针对三维扫描中存在上述盲点,我们团队在项目咨询服务过程中,梳理测站盲点位置并结合传统的测绘方式进行互补,现场勘查测量后,对扫描模型进行细节补充。

图(10)测绘盲点部位数据补充

4.2构件种类多样,造型复杂

在环秀山庄项目中,共有“门厅、有穀堂、四面厅、边楼、边廊、问泉亭、补秋舫、半潭秋水”8处单体。其中每个单体的门窗、雕花、斗拱、瓦片、屋顶制式都不尽相同,对Revit建模带来了极大的不便与挑战。

图(11)现场勘察细部摄影

针对环秀山庄项目,我们团队结合点云模型、无人机倾斜摄影模型数据,搭建柱、梁、斗拱、门窗、瓦片等构件的参数化族。以门窗与瓦片为例,参数化族可以快速的调整相应尺寸大小及摆放位置。

图(12)如斗拱、瓦片参数化族创建

4.3屋顶等内部结构无法观测

环秀山庄建筑结构精妙绝伦,屋顶木制构架可简单分为抬梁式、穿斗式、井干式。其中,部分亭、廊的构架可以直接扫描测绘。而一些有天花的楼阁,其内部架构被顶棚所遮挡,以至于正常情况下无法观测。

图(13)屋顶构造实景

图(14)边楼BIM模型局部效果

5环秀山庄数字化技术应用

5.1三维激光扫描技术

5.1.1扫描站点布置、路线规划

环秀山庄总建筑面积2180平方米,经过实地踏勘,制定了详细的扫描站点方案,在建筑面积为100平方米的门厅和门厅设置了56个扫描站,每个扫描站扫描10min左右。

建筑面积21平方米的涵云阁,扫描22个站点数据,平均每个站点在10min左右进行扫描,配有HDR全景拍照

建筑面积50平方米的边廊,扫描67个站点数据,平均每台用时扫描10min左右,配有HDR全景照相。

图(15)三维站点布置、流程、路线规划、点云模型示意

5.1.2三维激光扫描技术路线

图(16)三维点云数据转化成BIM模型

5.2倾斜摄影技术

图(17)无人机倾斜摄影生成数据模型

5.3逆向工程建模

逆向建模工作流程,首先收集三维激光扫描点云模型,并导入犀牛软件处理点云分割图,消除噪点,绘制平立剖二维参考图纸,导入高清摄影素材,创建BIM模型,并进行图纸输出。具体步骤如下:

图(18)逆向三维建模工作流程

5.4Revit/Dynamo参数化设计

图(19)重复工作参数化编辑

5.5电子文档(BIM出图)

图(20)电子文档管理

5.6BIM可视化展示系统建设

基于生产的各类数据,制作可第一人称漫游的场景三维展示系统,要求展示系统中集成三维模型数据、三维实景数据、平立剖面图数据,同时展示系统应能展现遗产全貌,主要包括建筑、假山、水池、树木等要素。主要建筑内的家具、地铺、碑刻、匾额楹联等均有明确标识。

图(21)边楼、有毂堂室外/内局部数字化展示效果

5.7文化传播(重点文物建筑单体虚拟拆解)

图(22)海棠亭虚拟拆解示意

5.8BIM智慧运维管理平台

图(23)CIM数字孪生大屏驾驶舱系统搭建

6结论

合理的利用数字化BIM技术,将我们环秀山庄项目中每一个构件的信息和特点准确的注入模型中,让不懂古建筑的人都能准确的认识到每个构件的建造意义。

图(24)苏州到数字园林模块已上架示例

图(25)探索苏州古建筑保护与更新新路径

参考文献

[1]郑华海.BIM技术研究与应用现状[J].结构工程师,2015,31(4):233~241

[2]李艳.成功运用BIM技术于历史建筑保护的关键因素分析[J].海南大学学报自然科学版,2015,33(3):258~263

[3]赵景学.BIM技术在文物建筑保护中的应用可能性研究[J].土木建筑工程信息技术,2012,4(1):43~46

[4]石英明.府学胡同36号院古建筑信息模型建立研究[J].北京建筑大学学报,2014,30(4):1~7

[5]刘昊.基于点云的古建筑信息模型(BIM)建立研究[D].北京:北京建筑大学,2014.24~53

[6]刘慧媛.基于CGB技术的河西建筑信息化研究:以河西斗拱为例[D].天津:天津大学,2014.61~64

[7]盛德新,杨振球.基于激光点云数据的古建筑BIM几何模型构建[J].测绘工程,2015,24(7):76~80

[8]王茹,孙卫新,张祥.明清古建筑构件参数化信息模型实现技术研究[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版),2013,45(4):479~486

[9]王轩,张其林.某古建筑加固平移施工的BIM技术应用[J].施工技术,2015,44(10):101~104

[10]唐三元.明清古建筑构件参数化三维构件库研究[D]陕西:西安建筑科技大学,2012,21~47

THE END
1.湖北省博物馆《曾侯乙尊盘三维数字化复原》研究成果发布发布会以高清视频方式立体呈现了《曾侯乙尊盘三维数字化复原》研究成果,有关研究人员从项目背景、目的等方面进行介绍,并对成果进行详细解读。曾侯乙尊盘作为湖北省博物馆的十大镇馆之宝之一,堪称商周青铜器的巅峰之作。由于尊盘复杂的结构,无法使用传统三维扫描技术进行数字化建模。近年来,湖北省博物馆在中央宣传部宣传http://www.ncha.gov.cn/art/2024/6/14/art_723_189619.html
2.古董文物在线三维扫描建模:保护历史遗产的技术突破在过去,当我们想要研究或复制一件古董文物时,我们只能借助照片、手绘或雕塑进行描述。然而,这些方法不仅耗时耗力,而且难以保证精确性和完整性。然而,随着三维扫描技术的迅猛发展,我们终于可以以在线三维扫描建模的方式保护和传承这些宝贵的古董文物。 一、技术原理:古董文物在线三维扫描建模的技术原理主要包括:视觉捕捉、点https://www.web3di.com/article-1716.html
3.3D文物数字化展示VR文物三维扫描建模圆桌3D数字化藏品平台提供3D打印文物数字化建设,数字化文物修复,数字博物馆藏品文物数字化展示案例,文物三维模型采集,VR文物三维扫描服务文物3D建模,3D文物展示文物三维建模公司https://www.3dyz.com/help/wenwu.html
4.文物三维扫描建模和贴图:揭开文化珍宝的数字之谜考古学是一门重要的学科,通过揭示古代文明和文物的历史,为我们理解人类文化演变提供了珍贵的线索。 随着科技的进步,文物考古三维数字化三维扫描建模技术应运而生,为考古学研究带来了全新的机遇。 本文将带您踏上一场穿越时空的考古之旅,探索文物考古三维数字化三维扫描建模技术的原理、应用场景以及对考古学研究的重要意https://b2b.baidu.com/land?id=f78d1b9332c9b7636067c60476c8e61b10
5.泰来三维三维扫描文物拍照模型制作建立文物数字化标准规范体系,健全数据管理和开放共享机制,加大文物数据保护力度。支持国家和省级文物数据中心、重点文博单位信息基础设施建设,加强文物领域新型基础设施建设。泰来三维提供文物三维数字化服务,通过三维扫描技术获取文物三维尺寸信息,建立文物等比例真彩模型,可用于文物的数字化管理及展示。https://www.bilibili.com/read/cv35418963/
6.新型测绘技术在文物保护的应用新闻中心三维激光扫描仪我国拥有悠久的历史,历史文化遗产众多.文物是先辈留给我们的无价之宝,文物在古代历史文化的研究中有着举足轻重的地位.然而,受自然和人为因素的影响,文物损毁严重,因此,要对文物采取保护措施,而传统的文物保护技术存在诸多不足.现如今三维建模技术已成熟应用于各行各业,将此技术运用到文物保护中,均采用非接触式采集数http://www.whtcch.com/cont/319.html
7.文物三维扫描建模数字化解决方案文物三维扫描建模数字化解决方案 文物三维数字化起因 根据《“十四五”文物保护和科技创新规划的通知》内容: 系统整合全国不可移动文物资源数据库、国有可移动文物普查数据库、革命文物数据库等,加强文物资源大数据应用。将文物资源空间信息纳入国土空间基础信息平台。加强文物数字化保护,以世界文化遗产、全国重点文物保护https://blog.csdn.net/2401_84437098/article/details/143181975
8.三维扫描服务工厂三维扫描服务变电站三维扫描建模服务北京光德路达致力于向客户提供专业三维扫描服务、三维扫描建模服务,三维激光扫描精度高,可应用于工厂三维扫描、文物三维扫描服务、炼钢厂三维扫描服务、变电站三维扫描建模服务、燃气站三维扫描建模服务等,光德路达三维激光扫描测量服务积累了丰富的项目经验!http://www.52scan.com/
9.三维扫描文物逆向建模存档三维扫描文物逆向建模存档 文物对于每个国家来说,都是非常珍贵的宝物,特别是因其难以再生性,我们国家对文物的保护一直是十分看重的。因此,对文物进行保护、记录存档是一直都有在做的工作。以前对文物进行存档多是以图片和拓片的形式,这也导致了文物的很多信息并没有被保存下来,而三维扫描技术的出现很好地弥补了这一http://blog.fcc.qinggl.com/page-162034.html
10.光束三维(天津)光束三维(天津)科技有限公司,我们为客户提供专业的三维数据化服务。主要包括以下方向:3d打印,三维扫描,逆向工程,三维扫描仪,三维测量,工业3d打印机,3d扫描仪,三维扫描服务,三维建模。我们具备10年的3D行业经验,一定会为您提供最优质最高效的解决方案。https://luxes3d.com/
11.三维扫描3d扫描三维扫描建模三维测量亿嘉维度专业提供:三维扫描、三维测量、三维建模、三维扫描仪、工厂三维扫描、数字化工厂、博物馆三维扫描、逆向工程、古建筑三维扫描。咨询电话:15802264217http://www.yijiaweidu.com/
12.馆藏文物三维数字化建模线上交互展示制作商迪借助3D扫描、VR虚拟现实技术、全景技术、3D建模等先进技术,通过对博物馆藏品的三维数据化重建,观众可以交互浏览,让游客仿佛突破了时空限制,在鲜活的历史场景中行走、触摸和体验,展示出了三维数字技术在文博行业的巨大发展潜力,三维扫描建模技术在加强文物修复、考古发掘、文博展览、展示、科学研究、社会教育等方面都http://www.bibibubu.com/article-1214.html
13.中观三维扫描仪助力三星堆数字考古文物建模三维扫描仪文物数字档案,使得历史文化遗产的“永久保存”成为可能,并为日后的研究和保护修复工作储备全面精准的第一手资料。 通过三维激光扫描仪,能够在不接触文物的情况下,快速获取文物表面三维数据,实现立体造型、局部细节、色彩纹理等的完整展示,最大限度还原文物的原始性、真实性。 https://www.zg-3d.com/case/598.html
14.三维建模中扫描建模很厉害么?通过3D扫描仪可以快速获取物体的三维数据 后面再建模也方便了 大大提高了建模效率 可能有朋友就要说了 https://www.zhihu.com/question/61284669/answer/2705935783?utm_id=0
15.实物三维建模3D建模VR全景制作文物数字化保护实物三维建模很好的弥补了传统建模以及三维激光扫描仪存在的不足,注定了它将是今后三维建模的一个重要发展方向,其建模特点和批量处理特点适用于多个行业。 三维激光扫描建模的不足 三维激光扫描后再进行三维重建,虽然它在一定程度上满足了高精度复原的要求,但是也存在几个问题: https://www.plucc.com/
16.古建筑三维扫描激光点云三维建模数字孪生园区专业三维3d激光扫描技术、数字孪生园区建模服务商-北京义乐智能科技有限公司。17年项目实操经验的技术团队曾服务于700余项大型三维技术扫描建模服务、技艺精湛,欢迎广大用户前来咨询!https://www.yireh.cn/xianmu/
17.可移动文物三维数字信息采集与建模指南ICS 35.020 CCS L 70 34 安徽省地方标准 DB34/T 4863—2024 可移动文物三维数字信息采集与建模指南 Guidelines for 3D digital information acquisition and modeling of movable cultural relics 2024 - 07 - 30 发布 2024 - 08 - 30 实施 安徽省市场监督管理局 发布 . 前言 DB34/T 4863—2024 本文件按照GBhttps://dbba.sacinfo.org.cn/attachment/downloadStdFile?pk=791c3d89344335fcbb1b6e838a7f598cdeca4428d41e38a7dbed69881ab7f738
18.三维扫描仪三维建模,古建筑三维激光扫描三维扫描仪三维建模,古建筑三维激光扫描 一、三维扫描技术 三维激光扫描采用非接触式高速激光测量方式,来获取地形或复杂物体的几何图形数据和影像数据,通过后处理软件对采集的点云数据和影像数据进行处理分析,转换成绝对坐标系中的三维空间位置坐标或者建立结构复杂,不规则场景的三维可视化模型,既省时又省力,同时点云还可https://www.elecfans.com/d/2446671.html
19.文物三维扫描仪,让损坏的文物破镜重圆新拓三维新拓三维XTOM-MATRIX文物三维扫描仪,可以保留文物的3D数字模型,可修复文物,或者是复制文物。它能够获取对象的高精度造型点、云数据及材质贴图后,生成数据模型,使用数字雕刻/建模软件对数据进行模拟修复,专家能直观地看到修复的模拟效果,也为建立数字博物馆提供重要的三维数据支撑。 http://www.xtop3d.com/case_digital_art_wwswsmy.html
20.3D扫描仪三维扫描仪逆向三维建模专家知象光电Revopoint所研发的3D扫描仪、三维扫描仪、高精度3D扫描仪、手持式3D扫描仪、工业3D扫描仪等产品性能出色、便携易用,是一家专注于高精度3D视觉技术创新的硬科技企业,在多个领域实现了落地应用。https://chishine3d.com/
21.利用3D三维扫描技术进行逆向工程的最佳实践14米高的妈祖进行三维扫描,用的就是大空间扫描仪 一、古建文物保护领域 根据扫描获取的点云数据,生成古建正射影像。再根据正射影像可绘制古建平面、立面及剖面图等传统施工图纸。 根据三维点云模型可辅助建模,细节更加丰富,模型更加真实准确,方便后续对古建的修复、维护及展示等工作。 http://www.wanxiang3d.com/h-nd-307.html
22.3d扫描仪扫描后怎么建模3D扫描仪作为现代科技的重要工具,广泛应用于工业设计、文物保护、医疗健康和娱乐游戏等多个领域。通过3D扫描仪获取物体的三维数据后,如何将其转化为精确的三维模型,是许多用户关心的问题。以下将分点详细介绍3D扫描仪扫描后建模的步骤。 ### 1. 数据采集与预处理 https://g.pconline.com.cn/x/179/17911542.html
23.文物保护与数字化技术的结合研究传统文物保护过程中,需要通过手工测量或者使用接触式扫描仪来获取文物的三维数据,这可能会对文物表面造成伤害。激光三维扫描技术通过激光束扫描文物的表面,完全避免了与文物的接触,并且可以快速地获取大量的数据。其次,激光三维扫描技术可以保留文物的细节信息。文物通常具有复杂的形态和表面纹理,传统的测量方法难以完整地https://www.chinaclzl.com/jtzx_1/945.html
24.近距离三维技术让文物修复如虎添翼 三维数字建模——唐代彩绘仕女俑。(西安博物院供图)一件青铜器的树脂模型和复仿制品。韩宏摄即将进行三维扫描的罗汉木雕。韩宏摄制图:冯晓瑜 手握“手持式三维扫描仪”,对着座椅上小朋友伸出的胳膊慢慢移动,在不同角度扫描,连线的计算机上就会实时显现出“绿色”的、“蓝色”的胳膊……https://www.whb.cn/zhuzhan/jjl/20180902/210960.html
25.三维扫描检测服务尺寸3D逆向测绘建模优尔鸿信三坐标测量官方报告3d逆向测绘建模技术具有广泛的应用领域,包括但不限于以下几个方面: 1.文物保护和修复工程:该技术可用于对文物进行三维扫描,从而生成精细的数字模型或进行虚拟展示,减少对文物的破坏性操作。 2.城市规划和建设:通过扫描城市建筑物或景观,获取其三维模型,为城市规划和设计提供数据支持,便于空间分析和可视化演示。 3.工业https://m.11467.com/product/d30621884.htm
26.三维扫描仪三维扫描服务3d抄数画图设计逆向建模服务在线展示本网站是一个分享三维扫描相关知识的网站,其中包括逆向设计服务,汽车三维扫描,模具三维扫描,铸件3d扫描,文物3d扫描,3d抄数服务,抄数画图,在线展示技术等等,以及分享一些产品逆向三维建模的方法技巧,另外还提供三维扫描服务抄数服务,逆向建模服务,让你了解更多的https://www.saomiao3d.cn/
27.技术较真基于点云的古建筑BIM建模应用(3)三维激光扫描技术。三维激光扫描技术被形象的称为“实景复制技术”,这项技术的使用使历史文物建筑的空间信息获取实现了从单点、低效量测进步到了高效高精度模式,在古建筑保护领域是未来的发展方向。 (4)近景摄影测量技术。近景摄影测量技术同样是非接触式、快速采集数据方法,但其数据通常为栅格影像,提取尺寸较三维http://www.tianbaonet.com/xyxw/5841.jhtml
28.北京手持三维扫描仪三维逆向建模厂家三维激光扫描仪北京几何维度科技有限公司主要业务有手持三维扫描仪、三维逆向建模、三维激光扫描、三维扫描实景建模、三维扫描工程服务、实景三维建模、历史建筑测绘、文物数字化、数字化工厂、数字孪生应用及改造测量扫描,客户覆盖北京、天津、山东、河北、山西等地。http://www.jwedo.cn/
29.小型文物摄影测量三维建模主体对象识别徐建民 5 ,赵峻弘 5 2021年25卷第12期 页码:2409-2420 纸质出版日期: 2021-12-07 DOI: 10.11834/jrs.20211185 扫描看全文 引用 论文导航 摘要 通过拍照进行三维建模的摄影测量技术是文物数字化的重要手段,然而,在摄影测量文物三维重建过程中,文物所在的场景背景也同时参与计算和建模,需要设法删除,以获得文物单体https://www.ygxb.ac.cn/thesis/91/20714326/zh/