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BIM之旅:改建工程

  • 来源:建筑网   2019-03-06 14:22:28
摘要:

如果你跟别人提起BIM,他们脑袋里跳出来的可能是房屋的3D电脑模型和藏在墙内复杂的机电管线。但在改建项目中, BIM的使用带来了一个全新的视角:各种测量数据能用于计划各种改建、翻新和保护项目,或者计划与既有建筑关联的新建项目。

如果你跟别人提起bim,他们脑袋里跳出来的可能是房屋的3D电脑模型和藏在墙内复杂的机电管线。但在改建项目中, BIM的使用带来了一个全新的视角:各种测量数据能用于计划各种改建、翻新和保护项目,或者计划与既有建筑关联的新建项目。

新的软件和扫描技术提高了BIM改建模型的准确度,同时节省了组件模型的时间和成本。最新的3D激光扫描可以在大面积表面以正负3毫米的误差和每秒100万个点的速度捕捉图形几何数据。最新的数字摄影测量软件可以让用户用手机、飞行器或无人机上的摄像头制作出简单的3D测量图,这些软件有AutoDesk的ReCap Photo和它的免费版本123D Catch。

但是BIM进入改建工程领域并不是没有挑战的。承包商认为bim软件(比如AutoDesk NavisWorks或Bentley AECOsim)需要简化3D激光测量点云转化为BIM对象(比如窗户或柱)的过程,但是实际上这步工作仍然是手工操作的。另外,把大量3D数据文件上传到桌面系统也非常浪费时间。

Studio Klaschka的建筑总监Robert Klaschka解释道,BIM的从业人员至今不能统一激光测绘的使用范围,以及在BIM改建模型中应包含的内容。Studio Klaschka最近为Bouygues英国分公司地处Enfield的the Ark John Keats Academy既有建筑改造制作了BIM模型。

Klaschka说:“承包商雇佣的测量公司会制作出非常清楚细致的3D激光测绘图,然后会觉得自己花了大价钱制作模型的建筑居然要全部拆掉,连室内家具和设备完全不剩。”

“最新的激光扫描设备可以制作出高清的细节和精度,但是如果你只是重新装修一间屋子使用那种精度完全没有必要。”

复杂度

激光测绘也会把BIM模型制作得非常复杂,Klaschka补充道:“如果发现测量出的墙面或楼面不是完全平整的,那么你还会花时间把不平的墙面或楼面在BIM中建模么,或者还是先模拟平整的墙楼面,然后再补充属性信息加以解释?实业界仍然有很长一段路要走。”

因为变更的2D图纸经常有错或者不完整,所以对既有建筑的BIM建模可以说是非常困难的。使用高端扫描仪(比如Leica ScanStation)进行完整3D扫描可以弥补2D图纸带来的问题,但是一次扫描价格不菲,在小型项目中使用也有些捉襟见肘。

Vinci公司是东伦敦在建的Whitechapel Crossrial地铁站的测量总承包商。在编制该地铁站的BIM模型时,Vinci公司也是在处理一大堆测量信息。

该项目由承包商Balfour Beatty和Morgan Sindall联合承揽。该项目包括2个30米深的混凝土竖井、一个集成式售票大厅、以及Crossrail、Hammersmith和City, District和Overground几条地铁线的换乘、站台、1200吨的汇集桥和顶棚。

该项目的BIM模型是在Bentley公司开发的AECOsim软件中建立的,BIM模型用来协调经过竖井设备管线的设计和安装,并指出新建元素中与既有车站的碰撞区域。BIM模型也和4D进度计划软件连接协调在建中的工程。
Yazhe Li是Vinci公司的BIM模型制作员,她说:“Crossrail的设计方提供了3D测绘模型,之前还有更多传统的2D测绘图,把这些测量资料综合起来重新模拟这座既有结构可以说不是一件小事。因为这些文件都是DMG格式的文件,所以比较容易整合;但是测绘的信息经常出现冲突,这就意味着很难决定哪些是必须加入BIM模型中最准确信息。Vinci的一部分工作是转移已有的信号光缆,但是我们手上又没有这些光缆的测绘信息,我们只有场地图片,所以我们只能将光缆从模型中剔除。”

尽管3D点云数据可以提供既有结构细节,但是手动把这些转化成可以附上属性信息的BIM对象非常消耗人力,Yazhe继续说道:“我们需要有一种更加便利的做事方法,比如某款软件可以自动识别出某种形状并转化成BIM对象。我希望未来的软件能往这个方向发展。”

这套把点云转化成BIM模型的过程,称作“扫描至BIM”(Scan-to-BIM),但是它仍然处于初期阶段。尽管市场上已经有一些软件可以处理点云(比如找出垂直面并定义为墙面),但是这项技术还有很长一段路要走。

都柏林工业大学在这个领域做了重要的研究,并开创了Historic BIM(简称HBIM)的概念。

BIM建模主要是基于三维CAD图纸,将构成房屋的对象库加上参数和其他信息。都柏林工业大学拓展了这一概念,并针对历史建筑建立了BIM参数对象库,比如维多利亚(Victorian)时代和乔治王(Georgian)时代的窗户,以及希腊传统多立克柱式(Doric order)爱奥尼亚柱式(Ionic order)和科林斯柱式(Corinthian order)。另外,开发出的软件可以把历史建筑的复杂表面快速绘制成点云。

都柏林工业大学的Maurice Murphy博士负责领导了这项研究,他说道:“当前模拟历史建筑BIM模型的困难是很多历史建筑在对象库中找不到他们的一些参数。针对这个问题,我们提出了一种解决方案,并引入了一种脚本语言叫做“几何描述语言”(geometric descriptive language),这样就可以更加自动化地在绘制3D对象。”

为了加快测绘,另一些技术已经开发完成,这些技术可以让点云更简单、更直接可用。传统上,激光扫描要在建筑内部搭设参照点,然后完成测绘扫描,最后软件自动识别并同步进入预制格网。
但是,Autodesk的ReCap可以不需要参照点就同步测绘数据,节省在工地上的时间,这样工程师就不用返回办公室打开Revit来查看,而是直接在笔记本电脑上查看捕捉到的数据。

意大利的米兰市政府最近用ReCap系统模拟了卡利亚里剧院(the Teatro Lirico)。这座剧院建于1779年,主要用于歌剧和芭蕾舞表演,是全市最早的公用剧院之一。该剧院后来经过几次改建,包括在墨索里尼法西斯统治时期也经历了改建。开发BIM模型除了为剧院制作宝贵的历史记录,还供接下来剧院翻新的承包商使用。

Autodesk现实捕捉高级产品经理Tatjana Dzambazova说:“这座建筑唯一的记录就是老的2D图纸,而且图纸完全错误。激光扫描是也是能准确捕捉建筑现貌的唯一办法。”

在四天的时间里,一台Leica激光站置于550个不同位置,捕捉了1千万个点。无需设置参照点可以让ReCap快速制成可视化3D彩色点云,方便用户查看这个空间。建筑师把这朵点云作为参照建立BIM模型,然后本地院校的学生在模型中补充材料属性信息。

与此同时,Bentley也在开发可以加速读取点云文件的软件。对于大项目来说,点云文件可以大到太子节(Terabytes,简称TB),但是使用了Bentley开发的软件这些数据就可以一小份一小份地被同步进入BIM模型。
Robert Klaschka说:“如果你只是同步你现在工作区域的100兆数据点进入模型,这样就可以就不用把全部数据都导入软件,这一技术非常强大、非常迅速。这款软件也可以在移动手机平台运行,对改建项目的帮助极大。”

Severn Partnership公司在Brighton医院中率先使用“扫描至BIM”

激光扫描是指在物体表面发出激光束从而收集3D数据。装在激光扫描仪上的摄像头传感器可以捕捉物体表面数据,激光扫描仪可以准确记录空间中的3D点。这些点可以形成可以表征扫描物体表面的点云。

点云可以表示成多彩色(基于信号返回强度)或者数字摄像头返回的真色。这些数据还可以和地形图、立面图和配面图相连。

“扫描至BIM”指的是从3D激光扫描出来数据直接建立3D BIM模型,图示就是地处Brighton的Sussex County医院。专业测绘顾问Severn Partnership公司扫描了2004年竣工地处旧建筑群的亚历山大皇家医院(the Royal Alexandra Children’s Hospital)。待财政部批准,周边的场地会重新改造,设计和施工团队希望建立一个竣工BIM模型。Severn Partnership公司的3D BIM模型制作员可以用激光扫描的数据在Autodesk Revit里面准确重塑整个场地。

Severn公司已经在自己的Seeable软件中进一步开发了“扫描至BIM”技术。在Unity游戏引擎中,激光扫描数据用来重塑3D模型,辅以BIM属性数据。开发的成果是一个可以让用户探索整个模型并读取属性数据的一款游戏。

Laing O’Rourke的BIM 模型到达Waterloo地铁站

Laing O’Rourke为Network Rail建造了伦敦地铁Waterloo Station一站的完整BIM模型。
BIM模型中包括整个地铁站的基础设施,包括主要站台、中央大厅、国际航站楼、车站下的地下管道、外部表面。这个模型是由已有图纸和新的激光扫描数据一并建立完成。

业主会用这个BIM模型规划Waterloo地区未来7-10年的大型项目。这个制作BIM模型的合同是单独发包给Laing O’Rourke的,不包括任何工程建造工作。

这个BIM模型包含了充足的信息,包括柱、H钢梁和部分轨道的材料、装饰和尺寸属性信息。

承包商的测绘团队不得不值晚班以避免对乘客干扰,比如晚间12点半后最后一班车停运后在上百个位置设置Leica激光扫描仪。

Laing O’Rourke的数码工程主管Chris Northwood说:“把大量的点云转化成3D对象非常困难。我们的扫描员记录了上百万个密密麻麻的点,从而对房间的几何形状和特性给出一个非常的展示。”

“之前,扫描的数据可以用来制作一团对象,但是我们必须让各个对象可以点击开,并展示出各自的信息。这样做比以前智能多了。”

这个BIM模型是使用Autodesk Revit和Graphisoft ArchiCAD共同完成的。该区域国际航站楼是建筑绘图师Nicholas Grimshaw设计的,其锯齿形的屋面尤其复杂,这也意味着必须使用一款特制的软件来完成工作。