行业丨手持式3D扫描仪加持下的房屋改造

PPM总裁安迪·麦克法兰说：“房地产市场推动了我们的业务，人们认为把钱花在自己的房子上是值得的。”他还解释说，当住宅市场升温，一个家庭对其现有房屋进行翻新或增建比起购买更大的房子，在经济上来说前者更有意义。这些变化包括通过新增房间来扩大地基，将车库改建为其他住宅单元以及将第二层改建成另一个单元房。

无论是新增厨房还是新增房间，建筑师通常都需要现有房屋结构的竣工资料，以便开始新的设计工作。PPM使用的主要现场测量工具是激光测距仪，它实际上是一种数字卷尺，用于记录两点之间的距离。“对于一个2500平方英尺（约232平方米）的房屋，我们会采集数百个甚至上千个测量值，”麦克法兰说。

激光测距仪最大的缺点是最终的结果缺少很多细节部分。麦克法兰解释说，激光测距仪无法捕捉到拱形天花板或任意弧形墙的奇角，它仅限于矩形房间和900的角；导致创建3D内部空间的完整竣工模型既困难又耗时。

PPM的老客户之一，位于加利福尼亚州卡尔弗市的设计建造公司——Letter Four看到大型AEC企业开始向3D发展的趋势，并决定朝这一方向转变。该公司的主要股东兼共同所有人劳伦·亚当斯说：“未来的制图不再是2D，而是3D。”

随着越来越多的建筑师开始在数字3D环境中进行设计，3D竣工数据采集的需求也随之增长。PPM在2016年发现了一种可行的室内扫描解决方案。

PPM公司测量技术总监格雷戈·戴维斯说：“我们已经有了一个配备SLAM（同步定位与建图）技术的移动激光扫描仪，并将其作为我们需要的解决方案。”

目前，只有少数商用扫描仪采用了SLAM技术，其中PPM公司选择了GeoSLAM的一款解决方案；移动硬件和直观软件相结合的软件包是这一端对端解决方案吸引戴维斯的地方。手持式扫描仪仅重2磅（约0.9千克），它轻便、用途广泛且易于使用，常速行走每秒可收集43000多个点。该软件提供了点云处理、着色、合并和矢量化功能，每一个都具有简单的“拖放”功能。

戴维斯说：“该解决方案将现场作业时间缩短到了以前的四分之一。”这使得该项技术吸引了许多住宅建筑师，因为一般来说屋主不喜欢测量员在自己的房子里停留过长的时间。

PPM公司购买的三个GeoSLAM系统都正在投入使用，从事各种规模的住宅扫描工作，包括从1,500平方英尺（约139平方米）的平房到20,000平方英尺（约1858平方米）的豪宅，以及各种零售和商业场所。目前，Letter Four的建筑师赢得了为该市每一个房屋改造项目进行3D激光扫描的合同。

在房屋扫描项目中，PPM测量员仅携带了与背包中的数据存储笔记本电脑相连的手持式3D扫描仪。现场准备工作非常简单，技术人员通常只需要打开房间和壁橱的所有门，并确保在每个房间中都有一条畅通的道路。

戴维斯说：“得到良好扫描结果的关键是尽可能在每个楼层和每个房间绕行测量。”

测量员手持扫描仪并以常速行走，从房门进入，在房内绕一圈；小巧型扫描仪可以轻松地进入壁橱或其他人无法进入的小空间进行扫描；扫描完成后，测量员会从进来的门离开，以完成整个扫描环路。除了在每个房间绕行扫描之外，如果可行，每个楼层也可以这样操作；最后，对房屋外部进行环绕扫描。

戴维斯说：“平均30-45分钟可以扫描完一个房屋。”

整个住宅区的完整3D点云俯瞰图，根据海拔高度着色

扫描完成后，技术人员将留在现场进行数据处理，数据处理所用的时间与收集数据所用的时间大致相同；技术人员会在屏幕上观察3D点云，并记录数据不完整的区域。“我们在收工之前会仔细检查数据的质量，以防我们需要回来重新扫描某些区域。”戴维斯说。因为扫描的房屋几乎都是摆放了家具的，这会造成物体阴影（或遮挡物），所以对房屋中的某些区域重新扫描是很常见的，但是如果在第一次测量时就能确定需要重新扫描，那么整体项目的预算会少很多，这就促成了现场点云处理的出现。

“过去，我们早上派遣去现场的工作人员（扫描住宅区），一整天甚至两天都回不来，现在他们可以准时回来吃午饭了！”

回到办公室后，会对数据进行进一步处理。根据工作的不同，技术人员可以使用该软件合并多个数据集，查看和操作点云，以及根据不同的应用进行数据分离（如高程）。

随后把点云数据从GeoSLAM系统传输到计算机进一步处理。第一步是Autodesk Recap，根据终端用户的要求，将文件转换为适用于AutoCAD或Revit的格式。PPM技术人员可从3D点云中提取建筑师所需的房屋结构特征。

“（AEC客户）想要数字化施工图，”戴维斯说，“我们准备了图纸，详细说明了楼层平面图、屋顶俯瞰平面图、外部立面图、地基、框架等等装修需要的信息。”

最后得到的3D模型精确度非常高，尤其是考虑到于现场收集数据的速度。对于大多数建筑设计项目，PPM的目标是达到0.5英寸（1.27厘米）的测量精度，但是GeoSLAM系统可以达到0.25英寸的精度。另外，如果两面墙的夹角为89°，移动扫描仪可以精确地捕获到该几何形状，而不会假定它是90°的直角。

一般来说住宅项目的交付资料是2D的AutoCAD文件或3D的Revit文件，以及一系列PDF格式的2D施工图。PPM发现，许多建筑师、结构和机械工程师都可以直接用到Revit形式的数字建筑信息模型。

Letter Four公司的亚当斯说：“3D竣工模型为我们提供了现有房屋的完整概念图，是我们设计过程的重要的组成部分，也是我们进行改造和增建的基础。”

Letter Four对每个项目都会进行整体分析，并在原有竣工模型的基础上建造，确保住宅项目的体量和比例从各个角度都是正确的。尽管地方政府分区和许可机构仍要求提交2D文档，但实际上客户更愿意看到3D的设计方案；管理委员会、设计审查委员会和文物保护委员会通常也会要求3D可视化的翻新方案。