三维扫描技术在工厂改建中的应用

三维扫描技术在工厂改建中的应用

 

一、工厂改建的意义

随着工业的发展，一些老旧工业厂房逐渐被废弃，完全保留不动或是全部拆除都不是很好的方法。老旧工业厂房是历史的产物，展现了工业技术发展的轨迹。一个发达并有吸引力的城市，除了拥有一批代表着现代技术和趋势的新潮建筑外，也一定要有城市的文化底蕴和完整的城市历史遗迹，两者结合起来才能营造出新老对比、相映成趣的城市风貌。作为老旧工业厂房这样一种特殊工业遗产建筑，虽然它不属于历史遗址建筑保护范畴，但仍是城市历史文化的一个要素，完全把它从城市中抹除并不是最好的方法，因此工业厂房的改造就显得意义重大。

若能成功地改造工业厂房，使其焕发新的光彩，将更有利于完善城市形象，带动周边地区的发展，形成一个城市中心区，达到新旧建筑共存共荣的多元化发展。改造工业厂房成其它用途建筑，相对于新建建筑更加节省资金，避免拆迁费用，节省能源，更有利于节约。

 

二、新技术的应用

为给设计师提供基础数据资料，并且为后续运营和维护提供很好的基础数据平台，需要对老旧工厂进行现状测量，对现有空间结构进行分析。现代常规测量方法是采用手工测量或全站仪单点测量法，但是这些手段对于工厂复杂内部来说，极易造成测量盲点，且建筑物老化导致结构的不稳定，对设备和工作人员来说都存在一定隐患。

随着现代科技文明及信息技术的不断发展，经济的快速进步，三维激光扫描技术因其技术优势，快速进入行业应用。三维激光扫描技术是近些年来发展起来的一项高新技术，它能够快速获取被扫描对象的三维信息，并提供多种数据接口，为建立精准的数据模型提供了一个全新的思路和方法。

 

三、实施方案

陕西省某县城一旧烟草厂需改建为现代化博物馆，因年代久远，房体结构不符现代化理念，结构承受力有限，空间布局需重新规划等。原平面图纸无法快速准确构建三维模型，以应变后期的改建运营维护等。经各方面综合考虑，三维激光扫描技术能够很好的解决这些顾虑。需将扫描仪获取的三维点云数据导入Revit建模软件进行精细化建模设计及信息化管理。

 

1、设备介绍：

图1 FARO FocusS 350三维激光扫描仪

 

FARO FocusS 350三维激光扫描仪精确快捷获得点云，976,000点/秒构成一个毫米级三维影像系统距离误差1mm。仪器操作界面为中文触碰面板，可直接使用，不用外接电缆或笔记本。内置集成彩色相机，扫描数据储存在内存卡中，24*20*10cm体积更方便工作。主要参数如下：

扫描距离： 0.6-350米；

测量速度：122,000/244,000/488,000/976,000（点/秒）；

测距误差：±1mm；

角精度：19角秒（竖直角/水平角）

三维位置精度：10m:2mm/25m:3.5mm

分辨率：高达1亿6千5百万像素，彩色;

高动态范围（HDR）：曝光2x，3x，5x；

视差：同轴设计，无视差；

重量（包括电池）：4.2 KG;

尺寸：230x183x103毫米；

 

2、软件介绍：

图2 SCENE 软件

 

与硬件配套使用的项目软件为SCENE三维激光点云处理软件，能够完成FARO FocusS 350三维扫描仪获取的点云预处理，包括点云过滤、点云拼接、颜色匹配、空间测量、项目管理、Webshare共享、支持ATSM格式等。

 

3、       解决方案

 

（1）       扫描前踏勘：在进行点云数据采集之前，需要对扫描环境进行实地踏勘，根据工厂大小和结构复杂程度等，以避免重复扫描和漏扫，提高外业工作效率，保证在扫描仪的扫描有效范围内发挥其最大作用。

图3 现场扫描房顶照片

 

图4 现场扫描室内照片

 

（2）       扫描测站设置：FARO S30扫描仪支持无目标靶球配准，软件可实现高精度自动拼接。在楼梯转折多次情况下，可适当选则目标拼接，以便内业软件处理过程顺利。在空旷视线良好区域则可以直接采用架站扫描方式。

 

图5 SCENE软件中测站位置标志

 

图6 SCENE软件中扫描楼梯点云数据

 

（3）       获取扫描数据：扫描仪根据不同场景和后期数据应用，有不同的扫描等级选择，这样即可减轻外业操作时长，同时也减少数据量，提高软件数据处理效率。扫描时，可打开相机设置，在获取全空间的三维点云数据时，同时拍摄同轴360全景照片。在SCENE软件中，点云数据和照片可自动贴合。每一测站扫描时长为3-5分钟，包括三维点云数据的采集和全景照片的拍摄。

  

图7 现场扫描架站位置

 

（4）       点云数据的处理：在SCENE软件中，我们可以对数据进行预处理，对各测站数据进行一键拼接，点云照片着色，点云去噪，对不需要的点云进行删除等。与建模人员沟通，因整个建筑物点云量较大，可对数据进行简化和分割，以方便不同结构楼层的建模，最后导出建模软件兼容格式。

 

图8 SCENE软件中工厂的全部点云数据

 

 

 

图9 SCENE软件中工厂室内点云数据

（5）       数据成果：

图10 工厂点云数据

  

图11 工厂俯视图数据

 

图12 工厂内部梁柱扫描数据

 

 

图12 工厂扫描的立面点云数据

 

图13 在Revit软件中的工厂点云数据

 

 

图14 在Revit软件中的工厂点云数据

 

4.       总结

基于激光扫描数据的三维建模技术可以为新建厂房的信息化管理及老旧厂房的升级改造提供基础信息平台。将三维激光扫描技术应用于工业建筑的三维建模并对工业建筑进行三维重构，不仅能够实现工业建筑信息化，工业设备管理(FM)自动化，还可及时掌握工业建筑的实时数据及变化，为工业的升级和生产带来巨大的现实意义和生产价值。

总之，透过老旧工业厂房可以看到工业革命时期的盛况，留下历史的回忆。我们需要借鉴历史街区保护的方法，对现有老旧厂房进行动态保护即改造，在保留其外表特征的前提下，让它变成适合现代功能需要的建筑，既传承了历史也使其物有所用，这也是工业厂房改造的真正意义。