《SU曲面建?！?0節(jié) 出圖放樣與施工

老怪《SU曲面建?！废盗兄v座第30節(jié)

曲面模型出圖放樣與施工

SketchUp 用戶創(chuàng)建完成3D 曲面模型后，往往只是剛開了個頭，后續(xù)的方案認證、投標、出圖、深度設(shè)計、現(xiàn)場放樣與施工才是最終要實現(xiàn)的目的，每一步都有大量工作要做。

假設(shè)你的曲面模型（或常規(guī)模型的曲面部分）已經(jīng)通過了所有審核，進入了施工圖階段，首先碰到的問題就是如何在圖紙上表達你的曲面模型，然后就是如何在工地上按你的圖紙放樣和施工。這一過程中會遇到曲面偏差如何糾正等一系列大大小小的棘手問題，其中很多問題都是“曲面”所特有的。

本章將從曲面設(shè)計的圖上表達開始，并結(jié)合幾個實例介紹一些對付曲面項目的辦法。項目有大有小，辦法有土有洋，僅供讀者參考。

1，曲面項目放樣施工概述

我們對于曲面項目的規(guī)劃、設(shè)計與建模實戰(zhàn)，往往只是項目的開端，模型完成后，還有大量的工作要做。屬于設(shè)計師直接要做的工作至少還要參與項目論證與相關(guān)文件的制作、繪制施工圖，以及材料與人工成本核算等。

因為我們現(xiàn)在討論的是“曲面模型”，單單從繪制施工圖這一項考慮，就跟常規(guī)的施工圖有很大的區(qū)別，有時還是完全不同的區(qū)別。此外，當曲面模型的設(shè)計師（包括建模者）對于曲面工程的特殊性與現(xiàn)場放樣與施工可用的工具裝備、方式方法、放樣與施工工藝等諸要素完全沒有概念時，設(shè)計的可行性、經(jīng)濟性方面就會存在問題，就可能做出根本無法施工或不符合經(jīng)濟規(guī)律的設(shè)計和模型。因此，真正內(nèi)行、有責(zé)任心的設(shè)計師一定會站在現(xiàn)場施工方的角度提前考慮曲面項目的放樣與施工中可能會遇到的困難，在制作施工文件時一定會考慮到現(xiàn)場施工人員的技術(shù)水平、設(shè)備條件，甚至在全套設(shè)計文件里還包括放樣與施工的詳細指導(dǎo)性文件。本節(jié)的內(nèi)容將為曲面工程的設(shè)計師介紹一些需要注意的重點和參考建議。

2，曲面設(shè)計的圖上表達方法

跟大多數(shù)圖紙的表達方式不同，很多曲面對象在圖紙上的表達并不像常規(guī)圖紙那樣畫個輪廓、剖個面、標注上尺寸和角度、配上點文字說明那么簡單 。

本節(jié)要介紹幾種針對曲線、曲面對象的特殊圖上表達方式，它們中有些是我國建筑制圖標準中指定可用的表達方式，有些是行業(yè)制圖標準（如船舶制圖標準）專用的表達方式，有些是行業(yè)俗成的表達方式等，這些表達方式雖然特殊卻并不少見，尤其是針對本書的讀者，如果你的曲面模型不是習(xí)作而是正式的工程項目，想要把你的設(shè)計（模型）在圖紙上表達清

楚并能為施工人員所接受，其實并不容易，所以要集中起來用一節(jié)的篇幅來介紹它們。

對曲面對象的所謂特殊的圖上表達（標注）可歸納出以下7 種不同的類型（為作者一家之言，可能還不完整），并在后面的篇幅里收集安排了一些對應(yīng)的實例，今后讀者在對曲面模型制圖時，萬一出現(xiàn)類似情況可以借鑒套用。

2.1坐標表達法

如圖21.2.2 所示的中國傳統(tǒng)亭子頂部的屋脊曲線就屬于這種特殊的情況。我們在計算機上繪制時只要用貝塞爾曲線工具拉出一條曲線，然后偏移縮放即可，非常簡單。但是到了施工現(xiàn)場，施工人員并沒有“貝塞爾曲線”工具可用，作為工程設(shè)計人員的你就必須考慮在施工現(xiàn)場如何“放大樣”的問題，所以就有了這種以坐標形式來標注特殊對象的方法?，F(xiàn)場工人只要有這些坐標，即使用最簡單的直尺都可以完成“放大樣”，讓你的創(chuàng)意成真。 該實例的詳細說明可查閱系列教程的《LayOut 制圖基礎(chǔ)》一書 ，該書已由清華大學(xué)出版社出版

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圖21.2.2　兩個坐標標注的例子

2.2 表格表達法

圖21.2.3 所示為一個表格標注的例子（貝殼）。從圖①②③可見對3D 模型的切片細節(jié)，⑤是放樣用坐標原點，⑥為Y 軸向的剖面線與編號，⑦⑧⑨⑩是以表格形式給出的每個剖面對應(yīng)的“弦長”與“弧高”數(shù)據(jù)。這個例子相對簡單，至于如何對一個已有的復(fù)雜曲面模型進行切片與標注的問題，《SketchUp曲面建模思路與技巧》21章有詳細討論。

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圖21.2.3　表格標注示例

3. 坐標加表格復(fù)合表達法

圖21.2.4 所示為一個坐標加表格標注的例子，它集中了前面介紹的坐標與表格兩種方式的優(yōu)點，并且可以清晰地標注出比較復(fù)雜的坐標數(shù)據(jù)。

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圖21.2.4　坐標加表格的標注

2.4公式表達法

圖21.2.5 所示為另一個坐標加表格的標注方式，同時還以簡單公式的形式比較清楚地表達了不同變量之間的關(guān)系，通過簡單換算就可以得到具體的尺寸。

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圖21.2.5　公式標注

2.5 網(wǎng)格表達法

設(shè)計師在繪制圖樣的過程中，會碰到大量無法以簡單方法標注尺寸形狀的難題，例如之前提到的貝塞爾曲線、拋物線等，雖然可以通過相關(guān)的高階方程去表達和標注，但是這種賣弄小聰明的標注到了施工現(xiàn)場必定成為難題。所以，制圖的人一定要多為施工現(xiàn)場著想，為施工人員提供方便，網(wǎng)格標注方法就是一種很好的解決方法。就像你現(xiàn)在看到的圖21.2.6 就是蘇州滄浪亭大門右側(cè)的“平升三級”花窗的圖案，圖21.2.7 是蘇州園林里的花窗圖樣。到了施工現(xiàn)場，工匠們不用精通高等數(shù)學(xué)，也不用解高次方程，只要在網(wǎng)格上依葫蘆畫瓢，就能搞得九分以上相像。顯然網(wǎng)格的密度越高，相像的程度也越高。

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圖21.2.6 花窗圖案

2.6 切片表達法

圖21.2.9 ①②③所示為批量生產(chǎn)的混凝土或玻璃鋼材質(zhì)的“鯨魚”小品，布置在公園里任孩子們騎上嬉戲。如果施工的是雕塑家，隨便搞一下就是作品，連圖紙都不用。但是相信用SketchUp 創(chuàng)建這個模型的設(shè)計師未必都有親臨現(xiàn)場施工的能力與愿望，那么圖21.2.9 ④⑤所示的以“切片”表達的方式就能在設(shè)計師與工匠之間搭起一座橋梁。工匠只要按照給出的形狀與位置把切片排列起來，就能還原設(shè)計師的創(chuàng)意?！禨ketchUp曲面建模思路與技巧》21章里有專門討論。

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圖21.2.9　曲面小品的切片表達

2.7 展開表達法

很多曲面模型，在計算機上創(chuàng)建起來并不復(fù)雜，然而到了工地就可能變成不大不小的難題，根本無法（或很難）放樣施工，這種尷尬在設(shè)計與施工實踐中并非罕見。在手工制圖的年代，很多專業(yè)的學(xué)生都要學(xué)一門“展開圖畫法”的課程，就是為了解決類似問題。

進入計算機輔助設(shè)計后，很多軟件也有類似展開的功能，如UG、SolidWorks、Pro/E、Solideage、鋼構(gòu)CAD 等，雖然SketchUp 模型本身就是若干多邊形的組合（見圖21.2.8 ②），但是它本身卻沒有對應(yīng)的展開功能，不過有些辦法與插件可以部分解決上述難題，將復(fù)雜的曲面分解成若干多邊形，圖21.2.8 是一個最簡單、典型的展開圖，有了如圖21.2.8③所示的展開圖，就可以按圖上的尺寸（略）放樣施工，該例材質(zhì)是鈑金，但展開畫法絕不限于鈑金。因為展開表達是常用的表達辦法之一，后面附上一些例子。

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圖21.2.8　彎頭的展開表達

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圖21.3.2　盒子底部與展開圖（平面曲面展開）

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圖21.3.4　單純錐面展開

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圖21.3.5　Oloid（奧洛伊德）曲面（事實證明它是可展曲面）

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圖21.3.7　展開Oloid（奧洛伊德）曲面

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圖21.3.8　曲線回轉(zhuǎn)面的經(jīng)線方向展開

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圖21.3.9　曲線回轉(zhuǎn)面的緯線方向展開

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圖21.3.10　無極點球體展開例

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圖21.3.12　蝦米腰彎頭的展開

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圖21.3.13　扭曲對象的展開示例

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圖21.3.14　螺旋面的展開

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圖21.4.1　曲面模型（小艇）的剖面表示法

6，從大佛到曲面放樣施工

這里有兩座大佛的尊容，如圖21.5.1 所示，左面兩幅圖是四川樂山大佛，全高71m，開鑿于公元713 年，歷時90 年，公元803 年完成，距今已有1200 余年，好幾代人的貢獻，是非常了不起的人文歷史奇觀。

右側(cè)是中原大佛，位于河南平頂山魯山縣佛泉寺，大佛總高為208m，身高108m，歷時12 年于2008 年建成。該巨型大佛打破了吉尼斯世界紀錄，取代了曾經(jīng)第一名的樂山大佛，成為世界最大佛像，用銅3300 噸，表面積為11300m2，由13300 塊銅板焊接而成。

現(xiàn)代的中原大佛，頭臉部高度約20m，借用現(xiàn)代技術(shù)放樣（后面還會討論）且為銅材焊接而成，施工時材料可增可減，甚至局部割掉返工重做也非難事，工程雖然不易，但在現(xiàn)代條件下實現(xiàn)起來卻并沒有太大難度。

而1200 年前的大佛面容雖然沒有現(xiàn)代的俊俏傳神，從美學(xué)的角度看，約15m 高的頭臉部的五官模樣也還說得過去；但從工程角度考慮，大佛以石為材，僅以“減材”為工藝，難度在于“落手無悔”，任何錯誤都根本沒有返工修理的余地，從這個角度考慮，石像放樣施工的難度比現(xiàn)代銅像要大得多。這個問題一直令作者困惑：1200 年前的幾代人是如何設(shè)計又如何放樣完成如此的大工程？反復(fù)搜索也找不到相關(guān)的線索。

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圖21.5.1　相隔1200 多年的兩座大佛

6.1 一個放樣的故事

約40 年前，改革開放不久，作者在某大學(xué)科研處工作，有個單位接到一項大業(yè)務(wù)，感覺頗為棘手，找我們幫忙：任務(wù)是要在剛落成的高逾100多米的大樓頂部做6 個大字“XX 國貿(mào)大廈”，已請到了某知名書法家的墨寶，要求每個字必須按樣放大到6到8m 高，字太小了放在逾100m 高的屋頂上看不清，要求白天醒目，晚間有霓虹燈，大字的材料是3mm 厚的鋼板，當然還有配套的型材支架等。雖然100多米的高處常年大風(fēng)嗚嗚，型材支架的設(shè)計卻不難，學(xué)校建筑系和機械系的老師都能解決。

文字放樣的任務(wù)落實到了學(xué)校的美術(shù)系，要請老師幫忙把書法家寫的字（每個約300mm高）放大到6m 高以上，多數(shù)老師都沒有這方面的經(jīng)驗，最后落到曾搞過舞臺美術(shù)的某老師頭上。所用的辦法就是前面介紹的“網(wǎng)格放樣”的方法：他帶了幾位學(xué)生，用1200mm 寬的卷筒牛皮紙拼接成七八米見方的大張，然后脫了鞋在上面畫格子，再按照原稿上的格子用墨筆畫線，弄了兩三天才完成了一個字。看著這些師生這么做不容易，后來作者給他們出了個主意，把書法原稿拍成膠片，做成幻燈片（學(xué)校就有現(xiàn)成的條件），再從電化教室借來一臺幻燈機，安置到體育館鋼構(gòu)房梁上，鏡頭朝下，調(diào)校好高度與垂直度；地面上鋪開大紙，換用載有文字的幻燈片投影，依葫蘆畫瓢描邊就成，一天工夫就完成了剩下5 個大字的放樣。

當時剛剛改革開放，條件有限，用幻燈機投影描邊討巧的辦法也是利用了學(xué)校的現(xiàn)成條件，換個沒有這種條件的單位也只有網(wǎng)格放樣的傳統(tǒng)笨辦法可用。換了現(xiàn)在，能用的好辦法太多了，下面就簡單介紹幾種。

6.2 中小型曲面圖形的放樣

40 年后的現(xiàn)在，小到前面介紹的鯨魚小品截面放樣，大到萬噸巨輪鋼板切割，都有對應(yīng)的數(shù)控設(shè)備可用。譬如前面的鯨魚小品，所有剖面切片用圖21.5.2 左側(cè)的繪圖機就足以對付，更大的曲面模型切片可以分開打印后拼接。像上面提到的六七米見方的大字，甚至再大若干倍的放樣任務(wù)，都可以用圖21.5.2 右側(cè)的闊幅打印機，單幅可達3.2m，當然也可以分段打印后拼接，寬10m、20m 輕松應(yīng)對，長度無限。

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圖21.5.2　不同寬度的打印機

6.3 曲面模型的施工

上面說的是“放樣”，現(xiàn)在再說說各種曲面模型的“施工”。常見的普通形式與規(guī)格的設(shè)備，如鋼筋加工、彎管、焊接、切割等就免去不提了，以壓縮篇幅。

7，BIM 放樣機器人（RTS）放樣概述

本節(jié)的內(nèi)容以普及現(xiàn)代機器人放樣知識為初衷，并以Trimble（天寶公司）代理商天拓集團李振先生提供的大量資料為基本素材，摘錄要點、改編撰寫而成，希望通過這小節(jié)的介紹，能對“機器人放樣（Robotic Total Station Layout，RTS Layout）”的概念提供些基礎(chǔ)信息。

7.1 傳統(tǒng)現(xiàn)場放樣方式

把深化后的CAD 圖紙或3D 模型的平面位置和高程測量設(shè)置到工地現(xiàn)場上去的工作稱為施工放樣（也稱施工放線）。傳統(tǒng)的放樣工作由配置卷尺、墨斗（現(xiàn)在或者還有激光水平儀等），測量標高或依據(jù)軸網(wǎng)進行位置偏移定位。

傳統(tǒng)放樣團隊從已知位置或高程參考點繪制出需要放置的某個構(gòu)件位置，代表性的例子有暖通空調(diào)管道的支吊架、消防管道的吊筋、給排水管道、電纜橋架的吊架等。在傳統(tǒng)的放樣過程中，難免會出現(xiàn)一些錯誤和遺漏，為了彌補這些過失，常常需要調(diào)整施工進度或變更方案來應(yīng)對意外情況的發(fā)生，并將伴隨時間與投資等多方面的損失。

7.2 傳統(tǒng)放樣的主要問題

（1）“不精確”或許是傳統(tǒng)放樣最根本的問題。它不僅需要多人手動重復(fù)工作，數(shù)據(jù)多由肉眼觀測，各專業(yè)圖紙也可能存在不同的版本。很多步驟中都可能存在著不可估量的誤差：比如怎樣確保參考點準確？如何確保測量工具沒有移動？如何確保標線弧度沒有發(fā)生改變？如何確保各專業(yè)的圖紙保持統(tǒng)一？如何確保圖紙與現(xiàn)場一致？……每個細小的誤差都會造成潛在的嚴重后果，其中一些甚至可能影響工程造價。

（2）“效率低下”也是傳統(tǒng)方法的問題所在：用傳統(tǒng)手動方式進行現(xiàn)場放樣會耗費很長的時間。有經(jīng)驗的工作人員知道不精確測量所產(chǎn)生的后果，所以他們會花費很多時間來確保放樣過程不出任何差錯，這可能導(dǎo)致施工延誤，也會產(chǎn)生額外的勞務(wù)費用。

（3）更加遺憾的是，這種傳統(tǒng)放樣的應(yīng)用范圍較窄，傳統(tǒng)放樣方式很難或不能對復(fù)雜對象、曲面對象或以預(yù)制構(gòu)件、設(shè)備為基礎(chǔ)的建筑等進行放樣。

7.3 BIM RTS 概述

使用BIM RTS，只需一兩個人便可以完成復(fù)雜的放樣工作，相比常規(guī)的放樣團隊，不僅明顯提高了效率，還大大提高了精準度。施工放樣的開始階段將2D 圖紙或3D 模型發(fā)送到便攜的工業(yè)平板電腦；在平板電腦的專用軟件中設(shè)置，將模型的控制點與現(xiàn)場的控制點建立映射關(guān)系，然后儀器定位出自身坐標。RTS 定位完成之后，操作員就可以參照平板電腦上的模型并選擇某些點進行放樣。

使用棱鏡放樣的方式，在棱鏡桿模式下，只要單人即可放樣，RTS 將告訴操作員與所選點之間的精確距離（精度到毫米），然后通過“前后左右還相差多少毫米”的方式引導(dǎo)操作者移動至準確的放樣點，操作員可在該點標記并前往下一個點。

另一種先進的RTS 可視化放樣方式（Visual Layout）能通過高亮激光點標記放樣點（免棱鏡模式），操作員僅需跟隨激光到每個點并標記其位置。RTS 可以在同一時間、不同施工段進行多專業(yè)、多工種、多作業(yè)面的綜合放樣，快速進行三維的空間定位。

4. RTS 的優(yōu)點

（1）高效率。BIM RTS 與包括SketchUp 在內(nèi)的主流軟件相兼容，采用相同的2D 圖紙或是3D 模型，支持更多的專業(yè)與工種，使團隊協(xié)作更加簡單、快捷。RTS 可以直接從建筑模型中讀取放樣坐標信息，也可以在放樣時記錄放樣位置的偏差。這種方式不僅加快了“模型/設(shè)計/BIM/ 外業(yè)操作”之間的數(shù)據(jù)傳遞，同時也確保放樣點的質(zhì)量控制，最終放樣數(shù)據(jù)會回傳到辦公室，結(jié)果都將反饋到2D 圖紙或3D 模型。

因為RTS 直接通過建筑模型進行工作，且在放樣過程中沒有涉及手動測量，所以規(guī)避了人為操作的錯誤。放樣的點都由平板電腦計算出來后自動指揮BIM 放樣機器人主機工作。因為設(shè)計文件的數(shù)字化，使得在與其他專業(yè)分享數(shù)據(jù)與結(jié)果時變得容易。

（2）質(zhì)量控制。BIM 放樣機器人可以作為一種先進的工具用于工程質(zhì)量控制過程中。例如在混凝土澆筑前后，可使用RTS 定位吊架、管帶、接頭、錨點等設(shè)備的精確位置。對于依據(jù)原始設(shè)計或者模型放樣后的文件，增加了放樣數(shù)據(jù)的安全設(shè)置，確保了放樣文件的安全?？蓪Σ粶蚀_或是偏離模型的放樣點進行讀取和展示，提供給RTS 用戶的報告中會包括以下內(nèi)容：每日放樣統(tǒng)計；誤差報告；配有圖片的戶外作業(yè)問題和進度報告；所有問題的描述和坐標。

（3）在放樣或安裝完成之后，還可以使用RTS 進行精度校驗?？赏ㄟ^參照設(shè)計的精度來對比已完工的尺寸精度，這樣便可以在完工前輕松發(fā)現(xiàn)誤差，以避免返工。這種質(zhì)量控制模式不僅確保了放樣工作的詳細記錄、BIM 落地施工的能力，同時還保證了施工過程與建筑設(shè)計或模型的一致性。這種一致性既能避免施工中的沖突，也能確保未來施工中的參照模型永遠是準確的。

5.“BIM 到工地”（BIM-to-Field） 解決方案

用一句話來描述就是“模型與設(shè)計匹配，直接在BIM 模型中選取位置進行放樣”。BIM 模型通過對建筑物整個生命周期中基本項目數(shù)據(jù)的生成、調(diào)整和管理，促進業(yè)主和施工隊之間的協(xié)作。將復(fù)雜的建筑模型與詳細的設(shè)計、資產(chǎn)信息相結(jié)合，對于項目的效率以及施工后期管理都是至關(guān)重要的。

一個復(fù)雜的BIM 進程依賴于項目工作中每個參與者的相互協(xié)同，BIM 以項目中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為核心，并圍繞其進行運轉(zhuǎn)，每個工程參與者都可以讀取他們已完成的工作，并且有任何調(diào)整時都可以更新數(shù)據(jù)或模型。隨著向更復(fù)雜的BIM 流程（如4D 和5D 的BIM），在這些BIM 中還要考慮包括施工工藝、施工現(xiàn)場設(shè)備能力、工作方法的約束，還有基于模型的估價等，因此建立與施工現(xiàn)場實時互動非常重要。

在這個過程中，工程負責(zé)人可以使用RTS 在項目完成時參考原始模型對其工程進行跟蹤，在施工過程的下一個準備工作階段中跟蹤并應(yīng)用必要的調(diào)整。例如，在混凝土澆筑前對預(yù)埋件進行放樣，并對模型進行核對。管理者對這些放樣數(shù)據(jù)以及模型上任何調(diào)整進行審核，審核無誤后通知混凝土隊伍進場施工。

BIM 目前最常用且最被認可的是應(yīng)用在規(guī)劃和設(shè)計階段。如果一家公司想將BIM 策略與技術(shù)應(yīng)用在施工和操作等環(huán)節(jié)，則需要一些施工方法來完成任務(wù)，如現(xiàn)場放樣、模型與辦公流程相結(jié)合的方式等。模型中的構(gòu)件元素如何在施工現(xiàn)場中定位建造，這是“BIM 到工地模型現(xiàn)場三維放樣”（BIM to fi eld）成功的關(guān)鍵因素。通過RTS 能有效地建立模型與現(xiàn)場的直接關(guān)系，將模型中的構(gòu)件空間信息直接定位到施工現(xiàn)場。使用BIM 放樣機器人智能戶外放樣設(shè)備，施工現(xiàn)場將會實時保持最新狀態(tài)，減少延時、提高速度，整個施工過程也會變得盡可能的高效。

6. BIM RTS 的工作流程

BIM RTS 是直接使用BIM 模型結(jié)合高精度的自動測量全站儀在施工現(xiàn)場同時進行多專業(yè)3D 空間放樣的技術(shù)。RTS 放樣是融合了計算機技術(shù)、BIM 技術(shù)、光學(xué)測量技術(shù)、實時通信技術(shù)、自動控制與跟蹤等技術(shù)的全新施工放樣技術(shù)。與RTS 放樣技術(shù)的高效及高精度相比，它的工作原理與工作流程卻相對簡單，可分成下述四步。

（1）BIM 模型（或圖紙）驅(qū)動平板電腦；

（2）平板電腦驅(qū)動全站儀；

（3）全站儀指揮現(xiàn)場工作人員；

（4）現(xiàn)場工作人員只需完成簡單的事務(wù)（如移動棱鏡或標記放樣點）。

進行RTS 3D 放樣之前須結(jié)合現(xiàn)場控制點匹配BIM 模型，使現(xiàn)場的3D 空間坐標系與BIM 模型3D 空間坐標系建立映射關(guān)系，RTS 即可計算出BIM 模型任何空間位置與真實3D空間對應(yīng)的x、y、z 坐標，并自動以激光或棱鏡方式指引施工人員找到該點的真實位置。

7. BIM 施工放樣技術(shù)的特點

（1）絕對“按模型施工”的放樣模式。整個放樣過程中的數(shù)據(jù)讀取與識圖都是機器在思考，“人”不參與這個環(huán)節(jié)，因此，BIM 模型的準確度決定了放樣的準確度。

（2）多專業(yè)同時放樣的工作方式?？梢栽谕粋€區(qū)域內(nèi)同時放樣多個專業(yè)的內(nèi)容，而且專業(yè)越多，它的整體放樣效率就越高。

（3）同級別放樣無誤差傳遞。依據(jù)的是現(xiàn)場的控制點坐標系，它的放樣誤差是基于現(xiàn)場坐標系的整體誤差而定的，并且在每一個測站中的所有的測量值之間不會有任何誤差的傳遞。

（4）自動生成報告。BIM 模型中每個放樣點的（x, y, z）坐標數(shù)值、放樣的時刻、放樣后的偏離誤差都會自動記錄在BIM 放樣機器人（RTS）中，并可自動生成準確的放樣報告、現(xiàn)場報告與偏差報告。

8. BIM RTS 的系統(tǒng)組成

BIM RTS 的系統(tǒng)組成（以RTS771 主機為例）如圖21.6.1 所示。

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圖21.6.1　BIM RTS 系統(tǒng)組成

9. BIM RTS 硬件組成

（1）一臺至少具備以下功能的全站儀（含腳架）：視頻輔助機器人測量功能，將測量數(shù)據(jù)疊加到現(xiàn)場照片進行直觀驗證；快速高效的激光伺服系統(tǒng)；多目標跟蹤技術(shù)提供主動和被動跟蹤……如圖21.6.2 中圖所示。

（2）一臺至少具備以下功能的工業(yè)平板電腦（俗稱手簿）：能接受2D 圖紙或多種格式的3D 模型；能運行相關(guān)軟件；能與上述全站儀實現(xiàn)雙向通信，將模型控制點與現(xiàn)場的控制

點建立映射關(guān)系并顯示；與操作員交換信息的人機界面；存儲并與計算機交換數(shù)據(jù)……如圖21.6.2 左圖所示。

（3）帶有可伸縮桿件的360°棱鏡。在單人棱鏡工作站模式下，可與“手簿”及“全站儀”構(gòu)成單人工作站，如圖21.6.2 右圖所示。

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圖21.6.2　BIM 放樣機器人（RTS）的硬件

10. BIM RTS 使用流程概述

（1）如有需要，提前對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進行3D 掃描，生成模型（非必需）。

（2）新建或根據(jù)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)創(chuàng)建3D 模型。

（3）如有需要，將現(xiàn)有結(jié)構(gòu)與設(shè)計圖紙（或模型）進行對比，并提交偏差報告。

（4）設(shè)計單位深化復(fù)核，優(yōu)化設(shè)計3D 建模，并提供測量控制點與放樣點數(shù)據(jù)。

（5）將準確的圖紙、模型、控制點、放樣點數(shù)據(jù)導(dǎo)入平板電腦。

（6）全站儀與平板電腦到現(xiàn)場建立通信，以若干控制點為基準完成建站。

（7）在平板電腦上指定一系列放樣點實施放樣，并提供一系列報告。

11. 限制RTS 放樣普及應(yīng)用的誤區(qū)與解釋（細節(jié)略）

因為RTS 在BIM 放樣過程中具有革命性的推動作用，所以世界各地越來越多的公司選

擇在各類工地中使用RTS，在各種工程中頗受歡迎，那么為什么RTS 還不能快速普及呢？原因大多只是對RTS 的技術(shù)認識不足和使用方式存在誤區(qū)，舉例可查閱《SketchUp曲面建模思路與技巧》21節(jié)附件里的相關(guān)文件。

8，BIM RTS 放樣實例

1. 蘇州太平金融中心應(yīng)用

1）項目概況

蘇州太平金融中心位于蘇州工業(yè)園區(qū)星湖街以西，地塊長約90m，寬約107m，是集超高層辦公、商業(yè)于一體的城市綜合體，建筑總高度為187.8m，總建筑面積約為11.1×104m2。塔樓和裙房在地面下連成一體，地面以上塔樓與裙樓各自獨立，形成中部商業(yè)廣場，塔樓與裙房通過鋼連廊連成一體。

廣場上部設(shè)計了異形鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，覆蓋裙房屋面和南北商業(yè)廣場，造型與塔樓外墻延續(xù)，呈現(xiàn)柔滑過渡的連續(xù)曲線造型，如圖21.7.1 和圖21.7.2 所示。結(jié)構(gòu)東西向跨度約為42m，南北向長度約為74m。

2）項目要點

蘇州太平金融中心裙房屋面異形鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與塔樓外墻形成一體，并呈現(xiàn)平滑連續(xù)曲線造型，在空間上呈不規(guī)則曲線變化。異形鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)分為幾大區(qū)塊，包括商業(yè)廣場上部區(qū)塊、裙房屋面上部區(qū)塊、南北兩側(cè)下傾飄帶。異形鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)采用不自然共面的四邊形鋼格，空間布置復(fù)雜（細節(jié)見《SketchUp曲面建模思路與技巧》21節(jié)pdf 文件）。

（1）異形鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)采用非自然共面的四邊形鋼格。

（2）屋面鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)或施工安裝中已發(fā)生變形，導(dǎo)致現(xiàn)場鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與設(shè)計模型誤差較大，因此原圖紙與模型無法為后續(xù)玻璃幕墻深化和安裝提供可靠的數(shù)據(jù)。

（3）由于空間造型復(fù)雜、空間大，需重新測量的點位數(shù)量大，若用傳統(tǒng)全站儀測量，效率低，測量不夠全面，難以還原鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)況。

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圖21.7.1 曲面鋼構(gòu)

3）解決方案

通過3D 點云掃描結(jié)合BIM 對結(jié)構(gòu)復(fù)核，3D 激光掃描儀可以將被掃描的鋼結(jié)構(gòu)外表面結(jié)構(gòu)及預(yù)埋件信息轉(zhuǎn)換為3D 點云數(shù)據(jù)，然后利用BIM 技術(shù)逆向建立BIM 模型，提供給深化設(shè)計人員作為深化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，最后從BIM 模型中導(dǎo)出現(xiàn)場實際結(jié)構(gòu)外輪廓及預(yù)埋件位置的施工圖，從而保證施工圖的精確性。解決方案流程如圖21.7.3 所示。

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圖21.7.3　解決方案流程

（1）現(xiàn)場掃描。

按照計劃的掃描路線擺放拼接目標球（目標球擺放應(yīng)均勻分布，相互通視），架設(shè)儀器，調(diào)平，設(shè)置掃描擋位，保證每個測站位置能掃描到3 個以上的目標球。細節(jié)可查閱本節(jié)pdf文件，如圖21.7.4 所示。

（2）內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。

通過內(nèi)業(yè)軟件Trimblerealworks 實現(xiàn)點云數(shù)據(jù)降噪，分割離散點，剔除非目標區(qū)域，保證無多余噪點，提取出裙樓屋面鋼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，如圖21.7.5 和圖21.7.6 所示。

（3）鋼結(jié)構(gòu)偏差校驗。

將圖21.7.6 所示的點云數(shù)據(jù)通過Trimble Scan Essential 導(dǎo)入原鋼結(jié)構(gòu)模型進行對比分析。鋼梁誤差位置分布，紅色區(qū)為不滿足安裝空間位置，如圖21.7.8 所示。圖21.7.7 的偏差校驗最大誤差為86mm，說明鋼梁在此處實際高于理論值6mm，如按原設(shè)計理論表皮下單制作幕墻，將無法按理論位置安裝。

的施工圖，從而保證施工圖的精確性。解決方案流程如圖21.7.3 所示。

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圖21.7.4　現(xiàn)場掃描

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圖21.7.6 左：原始點云模型   右：整理后的模型

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圖21.7.8  左：鋼結(jié)構(gòu)偏差校驗一  右：鋼結(jié)構(gòu)偏差校驗二

（4）深化和修改幕墻表皮面板。

根據(jù)三維掃描結(jié)構(gòu)點云數(shù)據(jù)，提取鋼梁中的位置向法線之上推出表皮。根據(jù)新確認的表

皮，更新了所有材料模型，用于后續(xù)大規(guī)模下料，如圖21.7.9 所示。

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圖21.7.9 深化修改用于下料

（5）基于BIM 模型的精確定位。

屋蓋的所有面材和線材都是基于模型定制化加工的預(yù)制件，所以幕墻安裝的定位點也必

須精準。為了保證安裝的精確， BIM 設(shè)計師基于BIM 模型通過Trimble Field Point 提取的點位，保證了材料與測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)一，如圖21.7.9 所示；將模型和點位數(shù)據(jù)導(dǎo)入BIM 放樣機器人手簿中，并控制BIM 放樣機器人進行放線，如圖21.7.10 和圖21.7.11 所示。

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圖21.7.11 左：模型提點  右：導(dǎo)入RTS手簿（平板電腦）

（6）總結(jié)。

在建筑幕墻生產(chǎn)與裝配中，時常會遇到框架尺寸與原始設(shè)計尺寸不相符的情況，此時，我們便可以運用三維激光掃描技術(shù)以點云形式記錄框架表面的實際尺寸信息，根據(jù)實測誤差對模型進行調(diào)整，或者以點云數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進行二次設(shè)計更改。重新標定尺寸，進行幕墻生產(chǎn)安裝，更好地把控項目成本。

BIM 技術(shù)與RTS（機器人放樣）的出現(xiàn)，顛覆了傳統(tǒng)幕墻行業(yè)的思維模式，改變了現(xiàn)有的生產(chǎn)流程模式，提高了工作效率與質(zhì)量。本例雖以建筑幕墻為例，但是BIM 技術(shù)與RTS（機器人放樣）在建筑領(lǐng)域的其他應(yīng)用中同樣可以發(fā)揮無可比擬的重要作用。

2. 許昌科普教育基地

1）項目簡況

該項目位于河南許昌（見圖21.7.12），作為許昌的地標性建筑，采用“科技之翼”形象作為科技館設(shè)計方案，科技館兩側(cè)對稱分布著兩個空間雙曲面連廊。建筑空間造型由上下兩層共計24 根弧形管梁構(gòu)成，每根管梁直徑為1.4m，壁厚為3cm，跨度達到28m，24 根弧形管梁作為骨架支撐，在骨架上架設(shè)球網(wǎng)架，球網(wǎng)架由管道桿件和球體焊接而成，與“管桁架”無縫對接后，可形成巨大的網(wǎng)面，每個焊接點需要進行精準定位。該建筑當時擁有國內(nèi)最復(fù)雜的建筑表皮，施工難度在國內(nèi)能排入前五名。為壓縮本講座篇幅，項目的具體細節(jié)（略），業(yè)內(nèi)有興趣的朋友可查閱《SketchUp曲面建模思路與技巧》第21節(jié)與對應(yīng)附件里的PDF文件。

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圖21.7.12　許昌科普教育基地

５. 北京大興國際機場北商業(yè)區(qū)裝配式冷熱換熱機房安裝工程

1）項目簡介

北京大興國際機場（Beijing Daxing International Airport）是建設(shè)在北京市大興區(qū)與河北省廊坊市廣陽區(qū)之間的超大型國際航空綜合交通樞紐。按照客流吞吐量1 億人次、飛機起降量80 萬架次的規(guī)模建設(shè)7 條跑道和約140×104m2 的航站樓。本例所涉及的項目為機場北商業(yè)區(qū)冷熱換熱機房設(shè)備的裝配式安裝，工期只有20 天，并須達到嚴苛的施工安全質(zhì)量要求。

2）現(xiàn)場問題

l 無準確的土建竣工尺寸數(shù)據(jù)，理論圖紙與土建竣工現(xiàn)場存在偏差，機電施工圖是舊版的理論圖紙，后續(xù)的深化設(shè)計因現(xiàn)狀實際尺寸與圖紙偏差而無法進行。

l 無法快速全要素地測量土建的竣工尺寸信息，如所有梁、板、柱以及機電的預(yù)留孔洞。使用傳統(tǒng)的測量方式，不僅效率低且誤差大，無法解決安裝前的測量問題。

l 若建筑、結(jié)構(gòu)及機電安裝的沖突在深化設(shè)計階段不解決，將影響現(xiàn)場的安裝，出現(xiàn)返工甚至耽誤工期，造成工程損失。

3）解決方案

為解決機電預(yù)制化工程的裝配難題，決定引進數(shù)字化測量和RTS 方案。

l 以3D 激光掃描將現(xiàn)場尺寸數(shù)據(jù)1∶1 輸入到設(shè)計軟件中，做深化設(shè)計。

l 用BIM RTS 技術(shù)將深化設(shè)計模型中的數(shù)據(jù)1∶1 映射到施工現(xiàn)場。

l 方案流程如圖21.7.21 所示。

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圖21.7.21　解決方案流程圖

4）為壓縮篇幅，各階段實施細節(jié)（略）。下面提供各階段實施圖片供參考。業(yè)內(nèi)有興趣的朋友可查閱《SketchUp曲面建模思路與技巧》第21節(jié)與對應(yīng)附件里的PDF文件。

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圖21.7.22　3D 激光掃描與點云模型

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圖21.7.24　與點云比對后修改模型和圖紙

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圖21.7.25　深化修改后的模型（部分）

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圖21.7.26　提取放樣點并導(dǎo)入平板電腦后現(xiàn)場用BIM RTS

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圖21.7.28　設(shè)備安裝完成后

感謝你看到了這個圖文講座的最后。如果您覺得這個講座的內(nèi)容還不夠完整，那么，我向你推薦我撰寫的這套教材，這個講座的30講，全部摘取自其中的《SketchUp曲面建模思路與技巧》，無論是SketchUp的初學(xué)者還是高端用戶，這套教材總有一些適合你。

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《SU曲面建?！?1節(jié) 講座預(yù)告

《SU曲面建?！?2節(jié) 曲面基礎(chǔ)（一）SU圖形與建模分類

《SU曲面建模》03節(jié) 曲面基礎(chǔ)（二）SU幾何詳述

《SU曲面建?！?4節(jié) 曲面基礎(chǔ)（三）曲面在SU里的實現(xiàn)

《SU曲面建?！?5節(jié) 簡單曲面（一）路徑跟隨詳述

《SU曲面建模》06節(jié) 簡單曲面（二）模型交錯與剖面切割

《SU曲面建?！?7節(jié) 簡單曲面（三）折疊成型詳述

《SU曲面建模》08節(jié) 簡單曲面（四）沙箱成型

《SU曲面建?！?9節(jié) 簡單曲面（五）實體工具詳述

《SU曲面建?！?0節(jié) 簡單曲面練習(xí)（一）圓弧折疊彎曲件

《SU曲面建模》11節(jié) 簡單曲面練習(xí)（二）足球模型

《SU曲面建?！?2節(jié) 曲面造型相關(guān)插件

《SU曲面建模》13節(jié) 扭曲類造型

《SU曲面建?！?4節(jié) 彎曲類造型

《SU曲面建模》15節(jié) 螺旋類造型

《SU曲面建?！?6節(jié)?曲拱類造型

《SU曲面建模》17節(jié) 網(wǎng)架類造型

《SU曲面建?！?8節(jié) 孔洞類造型

《SU曲面建?！?9節(jié) 膜結(jié)構(gòu)類造型

《SU曲面建模》20節(jié) 曲線融合類造型

《SU曲面建?！?1節(jié) 無序類曲面造型

《SU曲面建?！?2節(jié) 節(jié)點編輯與細分平滑
《SU曲面建?！?3節(jié) 位圖矢量化
《SU曲面建?！?4節(jié) 浮雕與曲面裱貼
《SU曲面建模》25節(jié) 城市雕塑類造型
《SU曲面建?！?6節(jié) 圖像逆向重建（IBMR）
《SU曲面建?！?7節(jié) 灰度圖建模
《SU曲面建模》28節(jié) 曲面貼圖工具與技巧
《SU曲面建?！?9節(jié) 模型修復(fù)與優(yōu)化
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謝謝分享……

感謝大佬分享~

很高深的感覺，但是實用性很強。需要慢慢學(xué)習(xí)消化

感謝分享~666

資料太好了 要好好的學(xué)習(xí)