DIGITAL CONSTRUCTION
史琦王永生王贺
中国建筑第二工程局有限公司华东公司 上海 200135
摘要：以北京某主题乐园大型塑石假山为例，对大型塑石假山的建造技术进行了研究。采用三维扫描与逆向建模技 术，扫描假山模型，采集点云数据，利用Revit、3D S M a x等软件逆向创建模型，经钢筋网片切片设计、钢结构设 计等过程，优化整合，形成附有信息的数字三维模型指导现场施工，实现了建造过程的精益化，为类似项目积累了 经验。 关键词：三维扫描；逆向建模；数据采集；假山切片
中图分类号：TU17 文献标志码：A文章编号：1004-1001(2021)04-0675-02 D O I：10.14144/jki.jzsg.2021.04.045 Research and Application of 3D Scanning and Reverse Modeling Technology
for Large Plastic Stone Rockery
S H IQ i W ANG Yongsheng W ANG He
China Construction Second Engineering Bureau Co., Ltd. East China Com pany, Shanghai 200135, China
Abstract: Taking a t h e m e park in Beijing as an e x a m p l e,the construction technology of large plastic stone rockery i s studied.3D scanning an d reverse modeling technology are used to scan the rockery m o d e l,collect point cloud data,an d create the m odel by using software such as Revit,3D S M a x a n d so o n;through the process of steel m e s h slice design, steel structure design,optimization a n d integration,a digital 3D m o d e l with information is formed to guide the onsite construction,so as to realize the fine construction process,a n d accumulates experience for similar projects. Keywords: 3D scanning;reverse modeling;data acquisition;rockery slice
数字模型主题乐园在规划时，会设计一些较大型的构筑物来满足创意需求，这些构筑物没有实际的使用功能，主要是通过外形来模拟山峰、湖泊、动植物等。假山的运用是主题乐园场景营造最为常用的•种手段，主题乐园假山往往具有规模宏大、造型奇特的特点。为了逼真地还原电影大片中的场景，假山的建造必须要完美呈现创意设想，而二维图纸无法准确传达出设计师的创意效果，无法体现出三维的空间位置关系，使假山的施工难度变得十分巨大m。
北京某主题乐园，采用三维扫描与逆向建模技术，应 用于塑石假山的建造过程之中，解决了设计意图到工程实体的转化问题，实现了主题乐园场景营造的精益建造。
1技术原理与技术路线
i.i三维扫描与逆向建模原理
三维激光扫描技术，是一种非接触主动式快速获取物体表面三维密集点云的技术，它主要利用向被测对象发
作身简介：史琦（ 1995—)，女，本科，助理工程师。
邋信地址：上海市浦系軒区民生路1518号金麾大展A雇
4褛（200135 )。
电子卹掮：****************
收瑞 a 期：2020-10-23射激光后获取被测对象反射回来的信号来获取被测物体表面的空间信息。三维激光扫描技术精度高、数据获取速度快、数字化程度高，可快速获取一些大型非规则构筑物的信息lW
1。而逆向建模技术是通过三维激光扫描，采集实体模型的三维信息数据，对三维点云数据进行处理，导入相关专业的建模软件中，根据处理后的点云数据对信息采集对象实体的三维特征进行逆向重建，并以此模型为基础进行一系列的应用扩展的过程|WI。对于塑石假山这种大型非规则构筑物，利用三维扫描缩小的假山模型，可以得到能反映其外观的海量点云数据，通过对点云数据的处理，得 到三维模型。相较于反映设计意图的二维图纸，三维点云数据模型可以清晰而完整地反映出假山的造型情况。
1.2技术路线
本文以北京某大型主题乐园塑石假山为研究对象，通 过三维激光扫描缩小的假山模型，采集表面的点云数据，然后将数据导入ZB ru sh进行局部处理，处理后导入R e vit、3D S M ax软件进行逆向建模设计，经钢筋网片切片设计、钢结构设计等深化过程，指导假山建造施工。
2 实例应用
2.1北京某主题乐园大型塑石假山概况
北京某主题乐园大型塑石假山是基于电影《侏罗纪公
建筑施工•第43卷■第4期67571
史琦、王永生、王贺：大型塑石假山三维扫描与逆向建模技术研究与应用
园》中山环绕的场景，制作的假山造景。其山体高度约49.6 m 、纵向投影长度约90 m 、深度约50 m ，表面积约为 12 691.26 m 2，总质量约2 500 t ，由3座山峰、3座瀑布，近 9 400根钢构件组成。山体表皮采用钢筋塑形网片+主题立 面雕刻（T C P ) +主题上制作而成。不仅是乐园的最高 建筑物，也是园区的主场景之一。
本工程采用三维扫描与逆向建模技术，根据业主的创 意模型制作假山实体模型，对实体模型进行3D 扫描，采集 假山表面的点云数据，利用Revit 、Design -X 、Rhino 等软件 逆向建立数字模型，并进行优化整合，形成附有信息的数 字三维模型，指导现场施工，满足工程需求。2.2制作缩小假山实体模型
根据外方创意团队的效果图使用Sketchup 创建假山空 间模型，Sketchup 模型应包含假山的空间位置关系，根据 假山的体积大小以及要求肌理的精细程度确定假山模型的 比例为1 : 25，1 : 50或者丨：100。模型的制作一般需要以 下几个工序：打印等比例的轴网平面图一搭设假山骨架一 焊接假山表皮一油泥雕刻覆盖一雕刻效果确认一纤维增强 复合材料（F R P )翻模一上。此阶段要雕刻师与创意设 计师经过几轮沟通，不断调整假山表皮肌理与山形，使其 完全符合原创设计理念。2.3三维扫描与数据采集处理
假山模型制作完成后，在假山表皮与四周粘贴若干个 传感器原件，本项目采用FA R O Focus Laser Scanner 系列激 光扫描仪对假山模型进行三维扫描，记录假山表面点的三 维坐标、反射率、纹理等信息，获取假山的几何图形数据 和影像数据，快速复建出假山的三维模型。
三维扫描与数据采集工序为：信息采集一信息记录一 泛化一信息融合一模型优化。采集过程需从各种角度、分 多个阶段实施，以确保所有相关细节信息都能被捕获。在 扫描时，一般先扫描一个较大的范围，争取使扫描范围内 有尽可能多的传感器元件，然后在较大的范围内，针对反 射片的具体位置重复进行多次扫描，以得到精确的三维坐 标。从各个采集阶段获取的数据集会在一致的参考帧内被 参考和校准，在测量值集之间建立联系，有助于将测量值 融入紧密结合的模型中。
经过数据处理，可以实现在数据点之间表面外插或填 充，来自多个阶段的测量值将被组合成单个物体。将采集 的假山点云数据和影像数据转换成绝对坐标系中的空间位 置坐标或模型，以不同的格式输出，满足空间信息数据库 的数据源和不同应用的需要。
借助FA R O S C E N E 2019软件对扫描点云数据进行初步 转换和处理，经过噪声消除、拼接、三角化、贴纹理等步 骤得到假山模型的初步三维模型。对泛化、信息融合、模 型优化3个工序进行若干次重复迭代是必需的，以便产生一
个精确的模型。2.4逆向建模技术
利用R e v it 软件识别rep 格式的点云文件，在插入选项 卡下，选择点云，以链接的方式将三维扫描数据载入Revit 文件中，这样就可以在软件中进行浏览。依据点云模型 逆向建模，使用3D S M ax 或R h in o 对假山表皮模型进行分 割，一般使用等分线切割成投影面积2 m X 2m 的网片，此 分割线作为假山网片的边筋设计依据。使用等分线按照设 计钢筋的间距将网片进行第二次分割，此分割线作为网片 分布筋的设计依据，一般网片分布筋为单层双向，间距为 150 m m X 150 mm »边筋作为网片的固定筋，为小10 mm 的 圆钢，分布筋为网片的塑形钢筋，为必6 mm 的圆钢。
假山表皮切割完成后，移交设计院进行主结构设计， 依据假山整个表皮自重及全部施工荷载进行整体计算和评 估。根据假山网片的切割图，首先要满足网片4个角点的 结构布设，其次要根据施工方案的需求，将次结构悬挑出 网片，作为施工阶段的操作平台使用，一般宽度为1.2 m 左 右。其他配套专业设计，则在假山的主次结构设计完毕后 在模型中进行正向设计，避免出现碰撞而影响结构施工， 导致山形的变化。
3 结语
三维扫描与逆向建模是塑石假山施工的前提和基础， 由于假山造型的非规则、非常规，利用图纸准确地表述塑 石假山造型并指导施工一直是假山建造的难题，三维激光 扫描逆向建模技术是建筑施工信息化应用领域的新方向， 利用三维激光扫描获得假山的点云数据，将数据导入相关 软件逆向创建数字信息模型，将二维图纸转化为三维信息 模型，准确、形象地表达了设计师奇妙的创意设想。
本文以北京某大型主题乐园为例，详细介绍了三维扫 描与逆向建模在塑石假山施工中的应用，解决了大型主题 乐园塑石假山造型奇特、图纸准确表达难度大的问题，为 今后文旅类工程施工提供了参考。
随着人们对美好生活的需要日益增长，文化旅游己成 为新时期人民众追求精神生活的重要内容，本文的总结 与研究，对文旅工程非规则构筑物的精益建造具有一定的 引领意义。
....一'二参考文献
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绘，20丨4(5>:9-11.
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