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BIM+3D扫描和MR技术在既有公共建筑改造的应用

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摘要:BIM技术在建筑行业中的不断深化应用,更高的施工质量、更短的工期需求以及沿着科技化、智能化施工方向深化拓展,成为各建筑企业未来的发展方向。而3D扫描仪、MR混合现实和BIM体系结合而成的建筑解决方案给BIM技术注入了新的力量,将虚拟和现实打通,成为连接BIM模型和施工现场的有效纽带。大奖888一局将该技术应用于既有公共建筑改造中,提升了改造施工技术水平,实现绿色化施工,具有推广应用价值。

关键词:既有公共建筑改造、建筑信息模型BIM技术、3D扫描、MR混合现实

1.背景

当前我国正处于城镇化快速发展阶段,城镇建设逐步由“新建建筑”转变为“新建建筑”与“既有建筑”并重,既有建筑改造工作成为我国城镇化发展的一项重要任务。2014年国家发布的《国家新型城镇化规划(2014-2020年)》提出“有序推进旧住宅小区综合整治、危旧住房和非成套住房改造,全面改善人居环境”、“加快既有建筑节能改造”等要求,对进一步推动我国既有建筑改造工作的进展具有重要意义。

大奖888一局2016年承担了国家重点研发计划“既有公共建筑综合性能提升及改造技术集成与示范”课题,在开展课题研究的同时承接了一些既有公共建筑改造的项目。在既有建筑改造的施工过程中始终践行央企社会责任,利用建筑信息模型(BIM)技术手段不断提高企业整体绿色施工水平,节能减排,在为社会奉献高品质建筑的同时,大力推行既有公共建筑综合性能提升及改造技术的研究和实践。

2.责任行动

我国既有建筑改造正面临双重挑战,一是相对落后的传统设计方法无法满足日益复杂的旧建筑改造的危机,二是既有建筑领域高能耗的现状急需向可持续发展模式转变的急迫性。3D扫描和BIM技术的出现已经解决了传统的设计弊端并逐步发展完善。一些年代久远的建筑设计图纸缺乏,既有建筑改造的设计具有不确定性和不可预知性,3D扫描和BIM技术相结合的优势恰好能解决设计和施工问题。大奖888一局2016年-2017年完美履约的北京东三环国贸桥的航华科贸中心项目创新性的将3D扫描、BIM技术、MR混合现实技术相结合,成功的应用在该项目改造施工中。具体应用点如下:

2.1 3D扫描仪与BIM技术结合对机电管线扫描

在3D扫描技术与BIM技术结合的前提下进行机电管线的深化设计,并不是以设计图纸为基础进行深化工作,而是以现场实际情况为基础进行的深化设计。应用BIM技术进行管线的深化设计和碰撞检查,彻底消除管线的硬碰撞、软碰撞问题,减少在施工阶段可能存在的返工的可能性,保证了室内管线的间距和吊顶标高,还可以利用碰撞优化后的三维管线方案,进行施工交底、施工模拟,保证施工进度。施工完成后扫描的点云数据与BIM模型进行对比,检查现场与BIM模型的偏差,为业主运维及以后的改造提供真实可靠的信息和数据。现场完成机电改造施工后,利用3D扫描技术进行施工验收,完成无接触式的实测实量。对管道安装的水平度、垂直度及坡度都可以在计算机中进行详尽的复查,确保符合设计与规范的要求。

同时,可以将施工完成后扫描的点云数据与BIM模型进行对比,检查现场与BIM模型的偏差。按照点云数据的位置,进一步调整BIM模型,获得与建筑物一致的竣工BIM模型。最后将BIM模型,点云数据,及全景照片一同存档,为业主运营再次改造提供真实可靠的信息与数据。下图为实际应用的案例。

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 图1 3D扫描仪工作状况       图2 通道区域点云数据        

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图3 通道区域BIM模型         图4 通道区域点云数据+BIM模型 

2.2 3D扫描逆向建模技术与MR设备在结构拆除的应用

在该项目球形钢网架结构拆除的应用:采用3D扫描逆向建模技术,经力学软件受力分析后选定拆除方案,并用MR技术进行可视化交底,最终指导现场顺利完成球形钢网架拆除。具体的施工流程是:①3D实体扫描→②逆向建模→③力学分析→④选定拆除方案→⑤MR可视化交底→⑥操作架搭设→⑦球形钢网架拆除。

MR混合现实技术,能够将虚拟的BIM模型及软件生成的施工工艺模拟与真实世界的建筑实体模型相叠加。因拆除施工作业的特殊性,结合MR混合现实技术进行操作交底,着重阐述网架受力点的回顶、各拆除工艺以及拆除工序的交接、安全施工交底,将已经完成的BIM模型进行施工模拟,并通过空间设备定位叠合到本项目需拆除的球形钢网架上,不仅可以检验模型的准确性,更能将模拟带入现实中,为现场操作进行叠合现实的三维影像指导。操作人员直接通过该技术直观明确施工工艺、方法、安全控制点、质量要求等并将现场施工情况实时回传至BIM管理平台进行信息维护,MR混合现实技术交底简单、明确、直接、有效的指导施工。下图为MR技术实地校验与模拟施工的实际应用。

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图5 MR技术实地校验            图6模拟施工               

3.履责成效

在既有建筑改造工程中,应用3D扫描技术与BIM技术,从根本上解决改造前没有竣工资料的问题,以现场实际情况为基础进行机电管线的深化设计,提前发现施工问题与施工工序冲突,缩短工期,提高工程质量。在改造工程完工后,可以利用3D扫描技术进行实测实量,同时为业主运维及再次改造提供真实可靠的信息与数据。

相对于传统测量,3D扫描仪精度较高、工期较短、运用逆向建模技术可形成基于原始结构受力分析所需模型,缩短建模时间。相较于传统网架拆除工艺,综合运用BIM、MR等高新技术,结合3D3S网架专用力学计算软件,使得整体网架受力特点一目了然。相对于传统技术交底,MR技术将模拟带入现实中,直观有效地表现了各道工序的交接、网架受力点的回顶、拆卸等技术要求,便于工人迅速明了的掌握安全和技术要点。这2项技术成功应用于航华科贸项目机电管线改造及球型网架拆除施工,实施效果安全可靠。“基于3D扫描技术与MR混合现实技术的建筑结构拆除方法”已经申请发明专利,后期将致力于工法、论文等科技成果的推广。

4.结语

BIM技术在建筑行业中的不断深化应用,更高的施工质量、更短的工期需求以及沿着科技化、智能化施工方向深化拓展,成为各建筑企业未来的发展方向。而3D扫描仪和BIM体系结合而成的建筑解决方案无疑给BIM技术注入了新的力量,将虚拟和现实打通,完整的记录下施工现场的复杂情况,成为连接BIM模型和施工现场的有效纽带。该技术在既有建筑改造施工中极具推广价值。

在股份公司顶层设计指导下,大奖888一局稳步推进BIM技术的推广应用,不断健全管理体系和组织架构去提升管理水平,切实有效的组织BIM技术在项目管理全过程落地应用,在绿色建造与工程管理实现标准化和信息化“两化融合”。

随着BIM技术研究不断深入,大奖888一局BIM技术应用逐渐与物联网、智能化设备、移动等技术集成应用的趋势,技术优势和应用效果凸显,促进绿色建筑发展、推进智慧城市建造。

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