随着城市化进程的加快及施工工艺的快速发展，越来越多建筑出现在城市的主要场所，特别是城市标志性建筑、重大活动的场馆，它们大多外形新颖，设计理念独特。异形建筑在给人们带来视觉享受的同时，给规划竣工验收也带来了挑战^[1]。网络实时动态（real-time kinematic，RTK）定位结合全站仪免棱镜^[2-5]是传统验收测量的主要手段，但由于异型结构建筑物每层的平面尺寸不断变化，因此常规测量方法很难验证任意点与点之间实测值与设计值的尺寸关系，很难掌握建筑物竣工后的实际尺寸以及外轮廓的形状。

规划验收测量作为建筑工程规划管理的重要环节，需要对建筑物实体的外部轮廓进行精确确定，并按照规划部门的审批条件（平面位置关系、立面、面积、容积率等规划指标）进行逐一对比^[6]。因此，精确测量异型建筑的建筑轮廓线具有重要现实意义。

三维激光扫描仪的出现给规划验收测量提供了新的解决方案，该技术主动发射激光测量，不受光照条件的影响，采用行测量的方式可快速、高分辨率地获取场景中有效范围内物体表面的高精度三维点坐标^[7]。与传统测量技术相比，它具有采集速度快、密度大、精度高、非接触和测量范围广等优点^[8]。一些学者将三维激光扫描技术应用于验收测量，验证了该技术在验收测量中的可行性^{[9, 10]}；也有学者介绍了该技术在验收测量中的详细技术流程^[11]。但上述研究都是基于RieglVZ系列仪器开展的研究，本文提出采用Trimble SX10三维激光扫描仪^[12]对异型建筑进行验收测量，研究该仪器的应用方法，为实际工程应用提供参考。

1 研究区域

凯达尔枢纽国际广场位于广州市增城区，是集办公、酒店、商业、零售购物、休闲娱乐以及市政交通为一体的特大型商业综合体。项目建筑面积约有36.5万m²，地下室4层，地上由东塔楼、西塔楼两个塔楼和裙楼组成，城际铁路穿过裙楼^[13]。

东塔楼结构高度为184.05 m（共36层），建筑平面1~12层为不规则形状，13~14层为L形，15层及以上为矩形。西塔楼结构高度为233.5 m（共46层），塔楼平面构造不规则，呈等边三角形，角部做圆弧过渡。裙楼采用框架剪力墙结构体系，局部裙楼存在倾斜椭圆形的“车站核”，“车站核”采用的是钢结构。裙楼5层以上采用逐层退台，城市走廊上空雨棚为“钢结构”^[14]。标准层结构平面图与剖面图见图 1。由于建筑结构复杂，轴线分布不均匀、不规则，且裙楼每层轮廓各异，导致验收难度大。如果采用常规验收方法，需要逐层逐边测量，工程量巨大、测绘周期长，且难以采集所有建筑的外轮廓特征点，从而导致点位精度和建筑面积等指标均难以满足规范要求。

2 验收测量实施和结果分析

结合工程特点，本文采用Trimble SX10扫描仪进行验收测量。验收测量的内容包括建筑物的位置、高程和建筑面积等。作业流程如图 2所示。

2.1 图根控制测量

为满足全方位扫描的需要，根据凯达尔枢纽国际广场建筑结构及周边环境的情况，一共布设了7个图根控制点。在东塔和西塔的地面上布设5个（A₁~A₅）图根控制点，用于控制建筑整体的外轮廓，另外在西塔裙楼天面层布设2个图根控制点（A₆、A₇），作为5层以上裙楼扫描测量时的起算点。布点示意图见图 3。

采用Trimble SX10地面激光扫描仪操作手簿连接Trimble R8 GNSS接收机，在广州市连续运行基准站-实时动态（Guangzhou continuously operating reference station-real-time kinematic，GZCORSRTK）载波相位差分技术测量图根控制点，利用广州市亚厘米级高精度似大地水准面成果^[15]进行高程拟合。本次RTK控制测量的点位中误差为0.025 m，高程中误差为0.05 m，满足图根点点位中误差和高程中误差小于等于0.05 m的要求。

2.2 扫描站布设和参数设置

扫描站点位主要根据建筑物结构特点及周边环境进行布设。建筑主体及5层以上裙楼轮廓的扫描，主要采用后方交会的方法设站，通过手簿调用图根控制点数据，使用自动锁定技术照准棱镜，测得两条仪器至控制点的距离，进而交会出测站的空间位置。城际铁路区域呈条带状，内部封闭，由于受轨道、隔离护栏的限制，适合采用测站设立法设站，将仪器对中、整平、定向后，确定测站的空间位置。建筑西南侧的点云数据主要通过自由设站法采集。

参数设置主要包括扫描密度和扫描范围的设置，扫描密度越高或扫描范围越大，外业扫描花费的时间就越长，另外，点云数据量越大，内业数据传输及点云处理花费的时间就越长。SX10扫描仪具有超精细、精细、一般和粗略4种扫描密度。验收内业制作的平面图和剖面图时，主要依据两点成线、三点成弧的特性进行制图，点云参数设置粗略即可满足绘图要求。SX10扫描仪提供了4种扫描范围以供选择，分别为矩形、多边形、水平带和全景，可根据每站的视场角和建筑物的结构特点进行选择。

外业扫描完成后，在操作手簿上查看现场点云的完整度，查看漏扫的部分并及时进行补测。

2.3 点云数据预处理

点云数据预处理主要包括点云去噪、点云拼接和点云切片。由于外界环境、仪器轻微抖动以及玻璃幕墙表面反射特性的影响，部分点云数据存在噪点，其中，玻璃幕墙的影响最大。噪点的出现直接关系到点云的完整性及精度，为此需要进行点云去噪处理。去噪方法通常有直接观察法、曲线检查法、滤波法等，各种方法的处理效果不同。针对玻璃幕墙反射造成的大面积噪点，适合采用直接观察法，利用矩形工具进行选择并剔除。点云噪点剔除示意图如图 4所示。

点云拼接主要针对的是自由设站扫描获得的点云数据，拼接技术主要包括平移变换和旋转变换，而基于测量控制网上建立的扫描设站测得的点云数据为测量坐标系下的坐标，不需要进行点云拼接和坐标转换。自由设站的点云数据拼接前首先要确定参考站和移动站，然后选取两个以上的同名特征点，一般选择建筑拐角等轮廓明显的点作为特征点，最后由软件自动解算，将点云转换到统一的测量坐标系下。拼接完成后要检查点云拼接精度，尽量控制在5 mm以内。如果超出了5 mm，可通过重新选择更明显的特征点或增加特征点数量来提高拼接精度。拼接完成的点云数据如图 5所示。

点云切片就是将整体的点云数据切割成若干个点云的子集。由于凯达尔枢纽国际广场建筑每层的结构轮廓各异，如果点云数据未经切片处理，在俯视图下所有点云被投影至同一平面，点云较为紊乱，难以辨别各层建筑的外轮廓，不利于线条绘制。切片不仅可以减少点云数据量，还可以将原始的无序数据点集转化为具有层列结构的有序组织形式，并保持建筑结构的原始特征，为后续制作平面图与立面图做好准备。点云切片示意图如图 6所示。

2.4 建筑平面图的制作

建筑物单体平面图主要在CAD软件上绘制。首先将切片点云数据导出为las格式，然后在AutoRcp2016软件上将其转换为rcp格式，最后将转换后的点云数据导入CAD即可。导入前要检查单位尺度与竣工图的单位尺度是否一致，如不一致，应将参数设为一致。为提高成图的准确性，绘制复杂的建筑结构图时可以将建筑设计图纸的每层轮廓线与点云切片叠加起来绘制二维线划图。建筑平面图的成果见图 7。

2.5 精度检查

精度检查包括平面精度和高程精度，检验方法为比对分析。本文选取20个特征点，外业采用高精度全站仪采集特征点的空间位置数据，并将结果与扫描仪获取的点云数据进行比对，结果见表 1。

由表 1的数据计算得出，三维激光扫描测量的地物点点位中误差为0.05 m，地物点高程中误差为0.03 m，满足验收测量地物点相对邻近图根点的点位中误差不应大于0.05 m，高程中误差不应大于0.15 m的要求。

3 结束语

本文采用三维激光扫描技术完成了具有大量钢结构和大面积玻璃幕墙表面的大型异型建筑的验收测量。在点云数据的基础上叠加设计图纸，完成了建筑平面图的绘制。通过比对点云数据和全站仪数据，评估分析了点云数据的点位精度。实验结果证明了三维激光扫描技术在异型建筑物验收测量中的可行性和可靠性，相对于传统技术，该技术在外业采集效率和内业成图方面具有较大优势。