基于MS60的BIM施工放樣精度研究

黃恒，劉國(guó)棟，冉東，涂禮操，曾有財(cái)，蒲小聰

（1重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶 400074；2中國(guó)五冶集團(tuán)有限公司，四川成都 610063）

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)初，BIM不再僅僅是狹義的兩層含義，即建筑信息模型 （Building Information Model）[1]和建筑信息建模（Building Information Modeling）[2]，并且已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)建筑全生命周期管理BLM（Building Lifecycle Management）的核心技術(shù)[3]，包含新的工程建設(shè)管理理念及其相關(guān)的技術(shù)、方法、軟件和平臺(tái)等[4]。目前，國(guó)內(nèi)建筑領(lǐng)域?qū)IM技術(shù)的主要應(yīng)用是BIM施工放樣，通過(guò)MS60測(cè)量機(jī)器人可以把三維模型與施工現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合起來(lái)[5]。

傳統(tǒng)施工放樣是用全站儀進(jìn)行施工放樣[6]，由于放樣過(guò)程中至少需要兩個(gè)人，并且受現(xiàn)場(chǎng)和人為因素影響較大，導(dǎo)致放樣精度不高、效率低等問(wèn)題。本文首先將BIM施工放樣流程與傳統(tǒng)的全站儀施工放樣流程進(jìn)行對(duì)比[7]，然后通過(guò)中國(guó)五冶公司在重慶市仙桃數(shù)據(jù)谷異形建筑BIM施工放樣項(xiàng)目中的具體實(shí)驗(yàn)案例，把基于MS60測(cè)量機(jī)器人的BIM施工放樣與基于TS-802N全站儀的施工放樣進(jìn)行精度對(duì)比分析，驗(yàn)證了BIM施工放樣的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也總結(jié)了BIM施工放樣存在的不足[8]。

1 傳統(tǒng)施工放樣原理

施工放樣中放樣點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算的原理是：根據(jù)已知測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)O（x0，y0，h0）以及與放樣點(diǎn)P（xi，yi，hi）間的距離Si、天頂距αi和水平方向值βi，計(jì)算得到放樣點(diǎn)的坐標(biāo)值。公式如下：

xi=x0+Sisinαicosβi

yi=y0+Sisinαisinβi

hi=h0+Sicosβi

原理示意圖如圖1所示。

圖1 施工放樣原理示意圖

2 BIM施工放樣方法

基于MS60測(cè)量機(jī)器人進(jìn)行BIM施工放樣是目前BIM技術(shù)結(jié)合測(cè)繪領(lǐng)域的主要應(yīng)用之一，具體放樣流程包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、提取放樣點(diǎn)、數(shù)據(jù)導(dǎo)入測(cè)量機(jī)器人、設(shè)定測(cè)站和放樣五部分。

（1）數(shù)據(jù)預(yù)處理：通常選用Revit軟件進(jìn)行BIM模型處理，因?yàn)锽IM模型的數(shù)據(jù)量通常很大，所以需要進(jìn)行測(cè)區(qū)的模型提取處理以減少數(shù)據(jù)量。通過(guò)隱藏模型中不需要的部分，然后將模型對(duì)象提取出來(lái)并導(dǎo)出為dxf格式文件，用來(lái)作為移動(dòng)端上的參考底圖使用。

（2）提取放樣點(diǎn)：在Revit軟件中安裝Leica Building Link插件進(jìn)行放樣點(diǎn)的選取工作。在模型中選取所有放樣點(diǎn)并將其導(dǎo)出為xml數(shù)據(jù)格式文件，選取的放樣點(diǎn)如圖2所示。

圖2 模型上選取的放樣點(diǎn)示意圖

（3）數(shù)據(jù)導(dǎo)入MS60：首次使用MS60時(shí)要先在儀器中安裝Leica Capativate軟件，進(jìn)行放樣工作前需要在MS60中新建一個(gè)項(xiàng)目，然后在項(xiàng)目中依次導(dǎo)入上一步中準(zhǔn)備的dxf格式文件和xml格式文件。操作界面如圖3所示。

圖3 在MS60中導(dǎo)入.dxf文件和導(dǎo)入.xml文件示意圖

（4）設(shè)定測(cè)站：使用MS60設(shè)定測(cè)站的方法同全站儀設(shè)定測(cè)站基本一樣，區(qū)別在于精平操作過(guò)程中MS60是根據(jù)儀器界面的動(dòng)態(tài)提示進(jìn)行，能夠快速準(zhǔn)確的完成精平操作。如圖4所示。

（5）放樣：利用CS20手簿可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)人的BIM施工放樣操作。首先在手簿界面上選擇BIM模型中的放樣點(diǎn)，MS60測(cè)量機(jī)器人能夠?qū)Ψ艠狱c(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)定位；然后依靠MS60的自動(dòng)識(shí)別棱鏡功能瞄準(zhǔn)棱鏡，進(jìn)行測(cè)距操作，在手簿界面會(huì)動(dòng)態(tài)提示棱鏡的偏移方向和距離；最后根據(jù)MS60的棱鏡自動(dòng)追蹤功能調(diào)整棱鏡位置，直到尋找到測(cè)距結(jié)果滿(mǎn)足限差的放樣點(diǎn)為止。放樣過(guò)程中手簿界面如圖5所示。

圖4 MS60精平提示界面

圖5 放樣過(guò)程中的手簿界面示意圖

3 案例分析

重慶仙桃數(shù)據(jù)谷規(guī)劃建筑面積40.4萬(wàn)m2，本文選擇仙桃數(shù)據(jù)谷數(shù)據(jù)庫(kù)工程中商務(wù)辦公樓二期一標(biāo)段五號(hào)樓二層外輪廓作為研究對(duì)象，如圖6所示。實(shí)驗(yàn)案例采用基于TS-802N全站儀進(jìn)行傳統(tǒng)施工放樣，用基于MS60測(cè)量機(jī)器人進(jìn)行BIM施工放樣，并且對(duì)放樣結(jié)果進(jìn)行精度對(duì)比分析。

圖6 重慶仙桃國(guó)際數(shù)據(jù)谷建設(shè)項(xiàng)目中實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象示意圖

圖7 實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線(xiàn)示意圖

實(shí)驗(yàn)的技術(shù)路線(xiàn)如圖7所示。

實(shí)驗(yàn)采用獨(dú)立坐標(biāo)系，用（x0，y0，h0）表示放樣點(diǎn)的原始坐標(biāo)，用（x1，y1，h1）表示用MS60采集的放樣點(diǎn)坐標(biāo)，用（x2，y2，h2）表示用TS-802N采集的放樣點(diǎn)坐標(biāo)，如下表1所示為p1至p10點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

表1 放樣點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)

表2 MS60放樣點(diǎn)偏差量

表3 TS-802N放樣點(diǎn)偏差量

用△X代表X方向上的距離偏量，△Y代表Y方向上的距離偏量，△H代表H方向上的距離偏量，σi代表測(cè)量中誤差，（Xi，Yi，Hi）代表測(cè)量結(jié)果，（Xj，Yj，Hj）代表放樣點(diǎn)設(shè)計(jì)坐標(biāo)，有如下數(shù)學(xué)模型：

△X=Xi-Xj

△Y=Yi-Yj

△H=Hi-Hj

MS60放樣點(diǎn)測(cè)量結(jié)果對(duì)比理論值偏差量如表2所示。

TS-802N全站儀放樣點(diǎn)測(cè)量結(jié)果對(duì)比理論值偏差量如表3所示。

由表2和表3可以得知基于MS60的BIM施工放樣精度比基于TS-802N的傳統(tǒng)施工放樣的精度高，MS60測(cè)量機(jī)器人進(jìn)行BIM施工放樣的精度能夠達(dá)到1mm，而TS-802N全站儀進(jìn)行傳統(tǒng)施工放樣的精度只能達(dá)到2mm。

4 結(jié)論和建議

本文主要是將BIM施工放樣流程與傳統(tǒng)施工放樣流程作對(duì)比，并且用基于徠卡MS60測(cè)量機(jī)器人的BIM施工放樣精度與基于TS-802N全站儀的傳統(tǒng)施工放樣精度作對(duì)比分析。得出了BIM施工放樣的優(yōu)點(diǎn)在于：①BIM施工放樣的效率高于傳統(tǒng)施工放樣；②BIM施工放樣操作比傳統(tǒng)全站儀施工放樣操作簡(jiǎn)單；③BIM施工放樣能夠?qū)崿F(xiàn)可視化操作；④BIM施工放樣的自動(dòng)化程度高，可以實(shí)現(xiàn)棱鏡的自動(dòng)追蹤和自動(dòng)瞄準(zhǔn)放樣點(diǎn)操作；⑤基于MS60進(jìn)行BIM施工放樣的精度能夠達(dá)到1mm,優(yōu)于傳統(tǒng)全站儀TS-802N進(jìn)行施工放樣的2mm。BIM施工放樣存在的不足在于：①技術(shù)性更強(qiáng)，不僅需要借助專(zhuān)業(yè)軟件處理數(shù)據(jù)，還需要借助測(cè)量機(jī)器人進(jìn)行施工放樣操作；②儀器成本高，傳統(tǒng)全站儀的市場(chǎng)價(jià)格要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于測(cè)量機(jī)器人的市場(chǎng)價(jià)格。BIM施工放樣在建筑領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，針對(duì)國(guó)內(nèi)進(jìn)行BIM施工放樣過(guò)程中存在的不足，我們需要制定統(tǒng)一的BIM標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行規(guī)范管理，開(kāi)發(fā)新的儀器設(shè)備用來(lái)降低成本，從而推動(dòng)實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)在各領(lǐng)域帶來(lái)革命性的變化。