一种基于点云的bim模型转化方法
阅读说明：本技术 一种基于点云的bim模型转化方法 (BIM model conversion method based on point cloud ) 是由 郭魁 蔡承刚 于 2021-08-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于点云的BIM模型转化方法,具体涉及建筑模型建造技术领域,包括以下步骤：步骤一、建立测站：根据待测建筑物的室内平面图,将其内部每个单独的房间作为一个测站,并按照顺序依次对每个测站进行标号；步骤二、室内框架点云数据的获取：在同一空间坐标系下,利用三维激光扫描仪依次对每个测站所代表的房间进行测量,所测量的对象主要包括房间内部的八个直角点、门框、窗框；步骤三、室内物品点云数据的获取；步骤四、点云数据的处理。本发明通过对待建模建筑物内部空间进行充分的划分,并以每个房间为测量单位简化需要测量的点云数量,并且将相同的物品统一测量建模,从而能够避免重复工作,以减少工作量、节约时间。(The invention discloses a point cloud-based BIM model transformation method, and particularly relates to the technical field of building model construction, which comprises the following steps: step one, establishing a survey station: according to an indoor plan of a building to be tested, taking each single room inside the building as a testing station, and sequentially marking each testing station according to the sequence; step two, acquiring indoor frame point cloud data: under the same space coordinate system, sequentially measuring the rooms represented by each measuring station by using a three-dimensional laser scanner, wherein the measured objects mainly comprise eight right-angle points, a door frame and a window frame in the rooms; step three, acquiring point cloud data of the indoor articles; and step four, processing the point cloud data. According to the invention, the internal space of the building to be modeled is fully divided, the number of point clouds to be measured is simplified by taking each room as a measurement unit, and the same objects are uniformly measured and modeled, so that repeated work can be avoided, the workload is reduced, and the time is saved.)
技术领域
本发明涉及建筑模型建造技术领域，具体涉及一种基于点云的BIM模型转化方法。
背景技术
随着可视化技术的发展、激光扫描技术的出现，现代建筑物的可视化建模中利用点云数据进行三维建模已经成为了发展的主流。点云技术是一种空间位置信息获取技术，其通过激光，拍照等技术，获取所扫描物体的离散点信息，用空间物体的离散点信息来表达一个物体的空间形态网。而点云则是某个坐标系下的点的数据集，点包含了丰富的信息，包括三维坐标(X、Y、Z)、颜色、分类值、强度值、时间等等。而BIM则是对建筑物物理和功能特性的数字表达，从建筑物诞生开始，为建筑全生命周期提供可信赖的信息共享和知识资源；BIM技术实施的理念是建立涵盖整个建筑工程项目生命周期的数据库信息，实现建筑工程项目中不同阶段不同专业之间的信息集成和共享；BIM理念是数字技术在建筑工程项目中的直接应用，以解决建筑工程项目各个阶段在软件中的描述问题，使设计人员和工程技术人员能够对各种建筑信息做出正确的判断，并为协同工作提供坚实的基础。
点云技术的成熟，为BIM技术的发展提供了一条新思路。在建筑的全生命周期中BIM技术的基础是模型。人工建模的种种不便与误差性让点云技术的应用前景可观。以旧楼改造为例，手动建立的旧楼信息模型必然存在大量误差，而且模型建立周期长。但结合了三维激光扫描仪，能够快速准确的获取建筑的三维点云信息，将这些信息进行逆向建模，导入到BIM软件中，将能大大节约项目成本，帮助设计师更加快速高效的完成改造设计任务。点云技术在辅助BIM建模方面有着巨大潜力。进而在面对大规模工程以及批量产品的要求时，利用点云技术实体建模从而促进BIM产品库的构建。点云技术与产品库相结合，能准确掌握产品信息，帮助建筑全生命周期中的所有相关方能够更好地利用BIM完成计划任务与工程目标。
但是现有技术中在应用点云数据创建BIM三维模型时，常常需要处理大量的点云数据，而且大部分的点云数据比较杂乱，处理起来工作量较大，而且比较浪费时间和人力，此外大批量点云数据的获取不仅会浪费时间，而且工作量繁重。
发明内容
为此，本发明提供一种基于点云的BIM模型转化方法，通过对待建模建筑物内部空间进行充分的划分，并以每个房间为测量单位简化需要测量的点云数量，并且将相同的物品统一测量建模，从而能够避免重复工作，以减少工作量、节约时间，以解决现有技术中由于点云数据多导致的工作量大、浪费时间的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种基于点云的BIM模型转化方法，包括以下步骤：
步骤一、建立测站：根据待测建筑物的室内平面图，将其内部每个单独的房间作为一个测站，并按照顺序依次对每个测站进行标号；
步骤二、室内框架点云数据的获取：在同一空间坐标系下，利用三维激光扫描仪依次对每个测站所代表的房间进行测量，所测量的对象主要包括房间内部的八个直角点、门框、窗框，通过测量直角点以确定室内房间的空间大小、测量门框和窗框则是为了确定房间内部门窗的分布，测量的同时利用移动通信系统将数据上传到处理中心，然后处理中心需要将每个测站的点云数据单独存放，并且需要将存储的数据按照测站的标号进行排序；
步骤三、室内物品点云数据的获取：首先，根据待测建筑物的室内平面图对建筑物室内的物品进行研究分析，找出每个测站所代表的房间所具有的相同的物品，例如管道、灯具、门和窗户，然后再找出每个房间内部所独有的物品；其次，在与步骤二相同的空间坐标系下，选择标号第一的房间作为代表，利用三维激光扫描仪测量该房间与其他房间所共有的物品，并利用移动通信系统将测量的数据上传到处理中心，然后该处理中心会将接收到的数据单独对其进行存储；最后，同样在与步骤二相同的空间坐标系下，并按照步骤一中的标号依次对每个测站中所独有的物品进行测量，在测量的过程中通过移动通信系统将测量的结果上传到处理中心并且需要单独进行存储；
步骤四、点云数据的处理：对三维激光扫描仪所获得的各个测站的点云数据进行坐标转换，将基于该三维激光扫描仪测量坐标下的点云数据转换为建模软件Revit所需要的空间坐标下的空间点云数据；
步骤五、BIM模型的创建：首先、利用建模软件Revit读取步骤四中处理后的点云数据，并将不同测站下的数据单独进行存储；然后，以每个测站上的室内框架点云模型为基础进行三维模型的绘制，以绘制出不同测站下的内部房间三维模型；接着，先以每个房间所共有的物品的点云数据为基础绘制出多个房间共有物品的三维模型，再以每个房间所独有的物品的点云数据为基础绘制出每个房间多独有物品的三维模型；接着，将每个测站下的内部房间三维模型进行拼接，以组成一个完整的待测建筑物三维模型，再将多个房间共有的物品和独有的物品依次拼接在每个内部房间三维模型中，以还原室内的建筑结构；最后，根据待测建筑物的室内平面图上的建筑构件的材质信息，给三维模型中的不同构件赋予不同的材质参数。
进一步地，在步骤二中，三维激光扫描仪输出端设有无线传输设备，该无线传输设备能够基于移动通信系统将测量的数据实时传递给处理中心。
进一步地，在步骤二中，所述处理中心由建筑行业常用的计算机充当，该计算机存储器的内存为128G。
进一步地，在步骤四中，处理位于三维激光扫描仪测量坐标下的点云数据时，也可以将该数据转换为其他三维建模软件所需要的空间坐标系下的点云数据：Autodesk中的3D建筑设计软件、Tekla、Bentley、NemetschekAG和GehryTechnologies。
进一步地，在步骤五中，将多个房间的共有物品的三维模型组成一个“库”，比如门库、窗库和灯具库，这些共有物品的三维模型的尺寸能够在三维建模软件中灵活编辑。
进一步地，在步骤一中，所述室内平面图包括的信息有：房间的长、宽、高、门的位置及长和宽、窗的位置及长和宽以及各个建筑构件的材质。
进一步地，在步骤二和步骤三中，所述三维激光扫描仪搭载在无人机上，该无人机由测量人员进行操控。
本发明具有如下优点：
1、本发明通过利用三维激光扫描仪对建筑物的内部进行扫描，并且获得建筑物内部的点云数据，然后通过对点云数据进行处理得到建筑内部空间点云模型，再通过将测量坐标系的下的点云数据转换成三维建模软件的空间坐标系下的空间点云数据，利用三维建模软件将空间点云数据转化为实体BIM模型，该实体BIM模型能够最大程度上模拟室内建筑物的真实真实情况，从而能够为后期建筑内部空间改造提供精准模型的基础；
2、本发明通过对待建模建筑物内部空间进行充分的划分，并对划分的空间进行排序标号，然后以每个室内房间作为一个测站进行测量，而且在测量的过程中只需要测量整个房间内部的八个直角点、门框、窗框的坐标位置就能够确定整个室内房间的构成情况，在该过程中所获得的点云数据较少，从而能够有效的降低整个建模过程中点云数据处理的工作量，而且再将房间内部的物品分为共有物品和独有物品，并分别对共有物品和独有物品进行建模，而无需重复在不同的房间中建立已有的共有物品模型，只需要对应房间的信息调整相对应的共有物品的信息，然后再将其拼接在该房间的模型中即可，从而能够进一步减少三维建模过程中的工作量，进而能够提高工作效率。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
该实施例的一种基于点云的BIM模型转化方法，包括以下步骤：
步骤一、建立测站：根据待测建筑物的室内平面图，将其内部每个单独的房间作为一个测站，并按照顺序依次对每个测站进行标号，室内平面图包括的信息有：房间的长、宽、高、门的位置及长和宽、窗的位置及长和宽以及各个建筑构件的材质，通过该室内平面图建模人员能够清楚直观地了解到整个建筑物大概的情况，以便于帮助建模人员顺利完成建模；对不同的测站进行标号还能够帮助建模人员区分不同的测站的点云数据，以方便后期建模人员将不同测站的点云数据进行有序地拼接；
步骤二、室内框架点云数据的获取：在同一空间坐标系下，利用三维激光扫描仪依次对每个测站所代表的房间进行测量，所测量的对象主要包括房间内部的八个直角点、门框、窗框，通过测量直角点以确定室内房间的空间大小、测量门框和窗框则是为了确定房间内部门窗的分布，测量的同时利用移动通信系统将数据上传到处理中心，然后处理中心需要将每个测站的点云数据单独存放，并且需要将存储的数据按照测站的标号进行排序，所述处理中心由建筑行业常用的计算机充当，该计算机存储器的内存为128G，计算机存储器需要有足够大的内存以便于存储测量过程中的数据，以保证计算机运行的流畅，并且还能够避免计算机运行过程中的卡顿现象；
三维激光扫描仪输出端设有无线传输设备，该无线传输设备能够基于移动通信系统将测量的数据实时传递给处理中心；该移动通信系统是一种无线电通信系统主要有蜂窝系统，集群系统，AdHoc网络系统，卫星通信系统，分组无线网，无绳电话系统，无线电传呼系统等；本发明所应用的是蜂窝系统，该系统是覆盖范围最广的陆地公用移动通信系统，在蜂窝系统中，覆盖区域一般被划分为类似蜂窝的多个小区，每个小区内设置固定的基站，为用户提供接入和信息转发服务，移动用户之间以及移动用户和非移动用户之间的通信均需通过基站进行，基站则一般通过有线线路连接到主要由交换机构成的骨干交换网络；
步骤三、室内物品点云数据的获取：首先，根据待测建筑物的室内平面图对建筑物室内的物品进行研究分析，找出每个测站所代表的房间所具有的相同的物品，例如管道、灯具、门和窗户，然后再找出每个房间内部所独有的物品；其次，在与步骤二相同的空间坐标系下，选择标号第一的房间作为代表，利用三维激光扫描仪测量该房间与其他房间所共有的物品，并利用移动通信系统将测量的数据上传到处理中心，然后该处理中心会将接收到的数据单独进行存储；最后，同样在与步骤二相同的空间坐标系下，并按照步骤一中的标号依次对每个测站中所独有的物品进行测量，在测量的过程中通过移动通信系统将测量的结果上传到处理中心并且需要单独对其进行存储，在步骤二和步骤三中，所述三维激光扫描仪搭载在无人机上，该无人机由测量人员进行操控，利用无人机或却点云数据操作便捷，还能够降低工作难度；
步骤四、点云数据的处理：对三维激光扫描仪所获得的各个测站的点云数据进行坐标转换，将基于该三维激光扫描仪测量坐标下的点云数据转换为建模软件Revit所需要的空间坐标下的空间点云数据；
当处理位于三维激光扫描仪测量坐标下的点云数据时，也可以将该数据转换为其他三维建模软件所需要的空间坐标系下的点云数据：Autodesk中的3D建筑设计软件、Tekla、Bentley、NemetschekAG和GehryTechnologies，每种三维建模软件都有各自的侧重点，所以使用起来也会各有有点缺，其中，Autodesk中的3D建筑设计软件侧重建筑模型与结构配置，采用梁、版、墙及门窗等构件作为命令对象建构3D建筑模型；Tekla软件主要功能为钢筋混凝土结构、钢结构与木质结构等结构系统配置，其建构的结构模型精细度高；Bentley主要发展的应用软件与技术平台，并针对各领域提供各类子系统；NemetschekAG可建构3D建筑模型，模型系由包含结构尺寸、材料、性能与价格等信息的参数化对象所构成；GehryTechnologies的软件功能偏重于建筑工程的设计及施工作业，具备整合大型且复杂项目的能力；
步骤五、BIM模型的创建：首先、利用建模软件Revit读取步骤四中处理后的点云数据，并将不同测站下的数据单独进行存储；然后，以每个测站上的室内框架点云模型为基础进行三维模型的绘制，以绘制出不同测站下的内部房间三维模型；接着，先以每个房间所共有的物品的点云数据为基础绘制出多个房间共有物品的三维模型，在创建模型的过程中可以将多个房间的共有物品的三维模型组成一个“库”，比如门库、窗库和灯具库，这些共有物品的三维模型的尺寸能够在三维建模软件中灵活编辑，当人们需要在其他房间内部安装该结构时只需要从对象的模型“库”中选取合适的模型样本进行尺寸编辑和就可以直接使用，而无需在每个房间中重复进行相同模型的创建，这样不仅能够降低工作强度，还能够有效的提高工作效率；再以每个房间所独有的物品的点云数据为基础绘制出每个房间多独有物品的三维模型；接着，将每个测站下的内部房间三维模型进行拼接，以组成一个完整的待测建筑物三维模型，再将多个房间共有的物品和独有的物品依次拼接在每个内部房间三维模型中，以还原室内的建筑结构；最后，根据待测建筑物的室内平面图上的建筑构件的材质信息，给三维模型中的不同构件赋予不同的材质，从而能够在最大程度上提高建模的真实性，以便于后期人们在对其进行改造时提供有价值的参考。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
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