2015年7月，泰來興業(yè)信息技術(shù)（北京）有限公司項目部與一汽大眾汽車有限公司達(dá)成合作，針對一汽大眾長春廠區(qū)進(jìn)行三維數(shù)字化工程。歷時半年，終于完成。現(xiàn)就該項目與大家分享如下，希望對大家有借鑒。

一、 項目概述

一汽大眾汽車有限公司成立于1991年，廠區(qū)占地面積180萬平方米，是中國第一個現(xiàn)代化轎車工業(yè)基地。廠區(qū)之間和廠區(qū)內(nèi)部縱橫交錯著大量用于設(shè)計、生產(chǎn)、總裝、測試、實驗等廠房、車間、辦工區(qū)等建筑及管道橋架，隨著新建裝置和廠區(qū)的發(fā)展，老舊廠區(qū)的改造，原有的設(shè)計圖紙和資料已經(jīng)無法快速、準(zhǔn)確地提供指定位置和指定管線的相關(guān)資料信息，同時原有的圖紙無法提供一個完整的覆蓋整個廠區(qū)的建筑、橋架及管線的表達(dá)。對于地面廠區(qū)的車間、設(shè)施設(shè)備和車間內(nèi)部的具體信息不能進(jìn)行處理和顯示。而且經(jīng)過多次改造，地面設(shè)施設(shè)備和進(jìn)站埋地管道(線路)錯綜復(fù)雜，管道的使用狀況、走向等也不能及時準(zhǔn)確地掌握，給規(guī)劃、設(shè)計、施工、管理等部門查尋、維護(hù)、防腐檢測與更新改造帶來諸多困難。

 三維GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)和三維激光掃描技術(shù)的出現(xiàn)，為建立一套覆蓋完整、數(shù)據(jù)更新及時的三維橋架信息系統(tǒng)提供了可能。通過新的技術(shù)，可以幫助我們快速建立一套完整的基于一汽大眾現(xiàn)場運(yùn)營現(xiàn)狀的、直觀的、地理位置準(zhǔn)確的、基于數(shù)據(jù)庫服務(wù)可快速響應(yīng)的三維地理信息系統(tǒng)，把連接廠區(qū)之間的及連接廠區(qū)內(nèi)部的橋架及橋架相關(guān)管線準(zhǔn)確創(chuàng)建到一個三維GIS平臺中，供三維瀏覽、聯(lián)網(wǎng)查看、檢索。可為廠區(qū)規(guī)劃、人員培訓(xùn)、事件應(yīng)急提供快速、準(zhǔn)確地服務(wù)。領(lǐng)用該系統(tǒng)為領(lǐng)導(dǎo)層決策提供完善的數(shù)據(jù)依據(jù)，為廠區(qū)的規(guī)劃和更新提供直觀的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為安全評估、危急事件處理提供現(xiàn)場基礎(chǔ)資料，可基于平臺完成三維空間分析、人員虛擬培訓(xùn)等。

 真三維數(shù)字化工廠基礎(chǔ)的工作就是建筑實體模型，3D模型是數(shù)字化工作的起點，也是開發(fā)數(shù)字化工廠功能的基礎(chǔ)，此項目一期將對整個廠區(qū)和部分車間進(jìn)行真掃描掃描、建模、貼圖。

二、項目主要工作

1、廠區(qū)部分

（1）對廠區(qū)和部分建筑內(nèi)部進(jìn)行高精度全景3D掃描，獲得準(zhǔn)確尺寸和顏色；

（2）三維建模及貼圖，要求建模精確到cm，與原結(jié)構(gòu)尺寸偏差小于2cm，模型顏色貼近實際顏色；
（3）掃描建模范圍見附圖紅線框內(nèi)，場內(nèi)施工和規(guī)劃中部分按照設(shè)計效果進(jìn)行處理；
（4）全部有資產(chǎn)實物必須準(zhǔn)確建模，無資產(chǎn)部分按甲方要求建模；
（5）模型渲染和特效效果制作，要求效果接近或優(yōu)于現(xiàn)實效果；
（6）三維虛擬現(xiàn)實工能，結(jié)合固定手觸屏設(shè)備特點進(jìn)行編程開發(fā)，具有飛行、漫游、測量、導(dǎo)覽簡單設(shè)置；其中建筑模型預(yù)留信息編輯按口，由甲方負(fù)責(zé)編輯信息；

2、車間部分

（7）對奧迪二總裝車間內(nèi)部土建和工藝設(shè)備全方位掃描，得到完整的彩色點云，無缺失、無破面、不失真，并對全部土建、部分生產(chǎn)線和設(shè)備進(jìn)行建模，包括建筑結(jié)構(gòu)水暖動電、工藝設(shè)備、輔具等；
（8）對土建和共用部分基于點云和二維圖建模；
（9）對局部設(shè)部和生產(chǎn)線建模，生產(chǎn)線做動態(tài)仿真；

3、其他

（10）在工作過程或出租設(shè)備時，對甲方相關(guān)人員進(jìn)行必要的技能培訓(xùn)；
（11）建筑模型中信息，連接部分要可編輯、部門信息查看查詢和網(wǎng)絡(luò)接口與具有權(quán)限設(shè)置功能，
（12）交付點云和3D模型格式必須被Microstaterm兼容，Web端和移動端發(fā)布要一鍵進(jìn)入；

（13）交付點云和3D模型可進(jìn)入三維GIS平臺軟件應(yīng)用；

三、項目實施

1、廠區(qū)：車載三維激光掃描系統(tǒng)對整個廠區(qū)進(jìn)行三維掃描，對于廠區(qū)車載不能獲得原始數(shù)據(jù)的用地面掃描儀進(jìn)行彌補(bǔ)，無人機(jī)輔助獲取廠區(qū)建筑頂部數(shù)據(jù)，與車載數(shù)據(jù)融合；

2、車間：利用2套地面三維激光掃描儀分別對樓上、樓下進(jìn)行全面三維數(shù)據(jù)描獲取；

3、內(nèi)業(yè)：利用TRW、3Dmax進(jìn)行數(shù)據(jù)的去噪、拼接、建模等工作

掃描分為三部分：人工掃描車間，車載掃描廠區(qū)，無人機(jī)掃描廠區(qū)房頂。

四、項目中使用的儀器設(shè)備和所獲取的數(shù)據(jù)成果

1、地面測量型三維激光掃描儀進(jìn)行廠區(qū)、車間數(shù)據(jù)掃描

    根據(jù)現(xiàn)場、設(shè)備形狀和環(huán)境以及三維激光掃描儀的有效測程合理的布設(shè)掃描儀的架站點，然后在每個站點根據(jù)后續(xù)成圖需求設(shè)置合適的分辨率進(jìn)行掃描。在掃描過程中，可以通過架設(shè)標(biāo)靶以提高后續(xù)點云拼接的精度。地面掃描我們采用的是FARO330和Trimble TX5。將全部站點的掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入到 Trimble Realworks軟件中，執(zhí)行自動拼接命令。 Trimble Realworks軟件自動拼接命令完全不需要人為干預(yù)，可以簡單、快捷的得到高精度的整體點云數(shù)據(jù)。

2、車載移動三維激光掃描儀設(shè)備獲取廠區(qū)整個室外三維點云數(shù)據(jù)

    車載三維激光掃描儀是將三維激光掃描設(shè)備、衛(wèi)星定位模塊、慣性測量裝置、里程計、360°全景相機(jī)、總成控制模塊和高性能板卡計算機(jī)集成并封裝于汽車的剛性平臺之上，在汽車移動過程中，快速獲取高精度定位定姿數(shù)據(jù)、高密度三維點云和高清連續(xù)全景影像數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)一的地理參考和攝影測量解析處理，實現(xiàn)無控制的空間地理信息采集與建庫。我們采用的車載是Topcon IP-S2移動測量系統(tǒng)：

3、無人機(jī)空中航測照片獲取廠區(qū)空中三維模型點云數(shù)據(jù)

    無人機(jī)是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置的不載人飛機(jī)，可以實時、動態(tài)、大量采集空間點云信息，可快速獲取高密度、高精度的點云數(shù)據(jù)。無人機(jī)航測我們采用的是Motoar Sky MS-970，機(jī)身采用碳纖復(fù)合材料及鈦合金連接件，翼臂可折疊，可搭配2D/3D云臺，高負(fù)載掛接微單、專業(yè)單反、紅外、激光雷達(dá)等多種傳感器，地面站全程監(jiān)控,一鍵起飛、懸停、返航遙控器、平板、三防筆記本多種控制方式。

五、利用高精度測量設(shè)備獲取的數(shù)據(jù)創(chuàng)建高精度三維實景模型

    拼接、去噪處理后的點云在Trimble Realworks 和3Dmax軟件中，根據(jù)點云進(jìn)行廠區(qū)和車間的模型建立和貼圖，以達(dá)到其真實性。以下是車間和廠區(qū)的部分模型：

六、項目總結(jié)

   通過此項目業(yè)主方利用高新科技設(shè)備完成對廠區(qū)的完整真三維原始數(shù)據(jù)的采集和保存，真三維的點云、模型為數(shù)字化工廠提供了直觀、可靠的依據(jù)，完成了對現(xiàn)有設(shè)備和廠區(qū)的高精度建模和三維數(shù)字可視化，繼而為后繼BIM及三維信息管理提供了原始數(shù)據(jù)模型。

項目難點：

1：國內(nèi)首例工廠大范圍三維數(shù)字化，在保證精度的前提下融合多渠道數(shù)據(jù)的統(tǒng)一；

2：廠區(qū)內(nèi)地形起伏較大，為地表模型的構(gòu)建與廠房模型的對位帶來很大的影響；

3：廠房房頂部的三維數(shù)據(jù)難以獲取，單靠某一種技術(shù)很難實現(xiàn)，需要多手段實現(xiàn)；

項目亮點：

1：車載三維掃描、地面三維掃描、無人機(jī)航測新技術(shù)在工廠三維數(shù)字化中首次完美結(jié)合應(yīng)用；

2：廠區(qū)、車間三維原始數(shù)據(jù)的保存，為以后規(guī)劃應(yīng)用提供真實數(shù)據(jù)依據(jù)；

3：三維模型的建立為后繼BIM及三維信息管理平臺搭建提供了原始數(shù)據(jù)模型；

                                                泰來興業(yè)信息技術(shù)（北京）有限公司

                                                                      三維掃描項目部

                                                      2016年3月30日

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