2015年7月，泰来兴业信息技术（北京）有限公司项目部与一汽大众汽车有限公司达成合作，针对一汽大众长春厂区进行三维数字化工程。历时半年，终于完成。现就该项目与大家分享如下，希望对大家有借鉴。

一、 项目概述

一汽大众汽车有限公司成立于1991年，厂区占地面积180万平方米，是中国第一个现代化轿车工业基地。厂区之间和厂区内部纵横交错着大量用于设计、生产、总装、测试、实验等厂房、车间、办工区等建筑及管道桥架，随着新建装置和厂区的发展，老旧厂区的改造，原有的设计图纸和资料已经无法快速、准确地提供指定位置和指定管线的相关资料信息，同时原有的图纸无法提供一个完整的覆盖整个厂区的建筑、桥架及管线的表达。对于地面厂区的车间、设施设备和车间内部的具体信息不能进行处理和显示。而且经过多次改造，地面设施设备和进站埋地管道(线路)错综复杂，管道的使用状况、走向等也不能及时准确地掌握，给规划、设计、施工、管理等部门查寻、维护、防腐检测与更新改造带来诸多困难。

 三维GIS（地理信息系统）技术和三维激光扫描技术的出现，为建立一套覆盖完整、数据更新及时的三维桥架信息系统提供了可能。通过新的技术，可以帮助我们快速建立一套完整的基于一汽大众现场运营现状的、直观的、地理位置准确的、基于数据库服务可快速响应的三维地理信息系统，把连接厂区之间的及连接厂区内部的桥架及桥架相关管线准确创建到一个三维GIS平台中，供三维浏览、联网查看、检索。可为厂区规划、人员培训、事件应急提供快速、准确地服务。领用该系统为领导层决策提供完善的数据依据，为厂区的规划和更新提供直观的数据基础，为安全评估、危急事件处理提供现场基础资料，可基于平台完成三维空间分析、人员虚拟培训等。

 真三维数字化工厂基础的工作就是建筑实体模型，3D模型是数字化工作的起点，也是开发数字化工厂功能的基础，此项目一期将对整个厂区和部分车间进行真扫描扫描、建模、贴图。

二、项目主要工作

1、厂区部分

（1）对厂区和部分建筑内部进行高精度全景3D扫描，获得准确尺寸和颜色；

（2）三维建模及贴图，要求建模精确到cm，与原结构尺寸偏差小于2cm，模型颜色贴近实际颜色；
（3）扫描建模范围见附图红线框内，场内施工和规划中部分按照设计效果进行处理；
（4）全部有资产实物必须准确建模，无资产部分按甲方要求建模；
（5）模型渲染和特效效果制作，要求效果接近或优于现实效果；
（6）三维虚拟现实工能，结合固定手触屏设备特点进行编程开发，具有飞行、漫游、测量、导览简单设置；其中建筑模型预留信息编辑按口，由甲方负责编辑信息；

2、车间部分

（7）对奥迪二总装车间内部土建和工艺设备全方位扫描，得到完整的彩色点云，无缺失、无破面、不失真，并对全部土建、部分生产线和设备进行建模，包括建筑结构水暖动电、工艺设备、辅具等；
（8）对土建和共用部分基于点云和二维图建模；
（9）对局部设部和生产线建模，生产线做动态仿真；

3、其他

（10）在工作过程或出租设备时，对甲方相关人员进行必要的技能培训；
（11）建筑模型中信息，连接部分要可编辑、部门信息查看查询和网络接口与具有权限设置功能，
（12）交付点云和3D模型格式必须被Microstaterm兼容，Web端和移动端发布要一键进入；

（13）交付点云和3D模型可进入三维GIS平台软件应用；

三、项目实施

1、厂区：车载三维激光扫描系统对整个厂区进行三维扫描，对于厂区车载不能获得原始数据的用地面扫描仪进行弥补，无人机辅助获取厂区建筑顶部数据，与车载数据融合；

2、车间：利用2套地面三维激光扫描仪分别对楼上、楼下进行全面三维数据描获取；

3、内业：利用TRW、3Dmax进行数据的去噪、拼接、建模等工作

扫描分为三部分：人工扫描车间，车载扫描厂区，无人机扫描厂区房顶。

四、项目中使用的仪器设备和所获取的数据成果

1、地面测量型三维激光扫描仪进行厂区、车间数据扫描

    根据现场、设备形状和环境以及三维激光扫描仪的有效测程合理的布设扫描仪的架站点，然后在每个站点根据后续成图需求设置合适的分辨率进行扫描。在扫描过程中，可以通过架设标靶以提高后续点云拼接的精度。地面扫描我们采用的是FARO330和Trimble TX5。将全部站点的扫描数据导入到 Trimble Realworks软件中，执行自动拼接命令。 Trimble Realworks软件自动拼接命令完全不需要人为干预，可以简单、快捷的得到高精度的整体点云数据。

2、车载移动三维激光扫描仪设备获取厂区整个室外三维点云数据

    车载三维激光扫描仪是将三维激光扫描设备、卫星定位模块、惯性测量装置、里程计、360°全景相机、总成控制模块和高性能板卡计算机集成并封装于汽车的刚性平台之上，在汽车移动过程中，快速获取高精度定位定姿数据、高密度三维点云和高清连续全景影像数据，通过统一的地理参考和摄影测量解析处理，实现无控制的空间地理信息采集与建库。我们采用的车载是Topcon IP-S2移动测量系统：

3、无人机空中航测照片获取厂区空中三维模型点云数据

    无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置的不载人飞机，可以实时、动态、大量采集空间点云信息，可快速获取高密度、高精度的点云数据。无人机航测我们采用的是Motoar Sky MS-970，机身采用碳纤复合材料及钛合金连接件，翼臂可折叠，可搭配2D/3D云台，高负载挂接微单、专业单反、红外、激光雷达等多种传感器，地面站全程监控,一键起飞、悬停、返航遥控器、平板、三防笔记本多种控制方式。

五、利用高精度测量设备获取的数据创建高精度三维实景模型

    拼接、去噪处理后的点云在Trimble Realworks 和3Dmax软件中，根据点云进行厂区和车间的模型建立和贴图，以达到其真实性。以下是车间和厂区的部分模型：

六、项目总结

   通过此项目业主方利用高新科技设备完成对厂区的完整真三维原始数据的采集和保存，真三维的点云、模型为数字化工厂提供了直观、可靠的依据，完成了对现有设备和厂区的高精度建模和三维数字可视化，继而为后继BIM及三维信息管理提供了原始数据模型。

项目难点：

1：国内首例工厂大范围三维数字化，在保证精度的前提下融合多渠道数据的统一；

2：厂区内地形起伏较大，为地表模型的构建与厂房模型的对位带来很大的影响；

3：厂房房顶部的三维数据难以获取，单靠某一种技术很难实现，需要多手段实现；

项目亮点：

1：车载三维扫描、地面三维扫描、无人机航测新技术在工厂三维数字化中首次完美结合应用；

2：厂区、车间三维原始数据的保存，为以后规划应用提供真实数据依据；

3：三维模型的建立为后继BIM及三维信息管理平台搭建提供了原始数据模型；

                                                泰来兴业信息技术（北京）有限公司

                                                                      三维扫描项目部

                                                      2016年3月30日

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