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論文中文名稱:整合三維點雲技術與BIM技術建置古蹟模型之研究 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:A Study to Create BIM Model from Point Cloud - A Case Study on Monument [以論文名稱查詢館藏系統]
院校名稱:臺北科技大學
學院名稱:工程學院
系所名稱:土木工程系土木與防災碩士班
畢業學年度:104
畢業學期:第二學期
中文姓名:陳偉倫
英文姓名:Wei-Lun Chen
研究生學號:103428049
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2016/05/29
指導教授中文名:林祐正
指導教授英文名:Yu-Cheng Lin
口試委員中文名:黃盈樺;吳宗江;賴建中
口試委員英文名:Ying-Hua Huang;Zong-Jiang Wu;Jian-Jhong Lai
中文關鍵詞:建築資訊模型(BIM)、三維點雲模型、地面光達、數位相片、古蹟
英文關鍵詞:Building Information Modeling, Three-dimensional point cloud model, Terrestrial LiDAR, Digital photo, Historical sites.
論文中文摘要:對圖說遺失或本身就無圖說保存之古蹟,除了可使用光達掃瞄技術依據目標物之現時現況,將其掃瞄成三維點雲模型達到資料數位化保存之目的,近年來再發展出可透過數位攝影方式拍攝古蹟之數位相片,經過後續之特殊處理以獲得點雲模型,但點雲模型本身僅是為擁有空間座標數據之點群狀三維模型,並不含有任何與目標物相關之屬性資訊。建築資訊模型技術(Building Information Modeling, BIM)有可以參數化方式將所建置之模型物件與其相關屬性資訊之間連結及同步互動等特性,並可在利用點雲模型做為建置基礎下轉換成為BIM模型。由於過往在以BIM方式運用點雲模型進行建模時,多是使用人工目視或相關外掛程式以2D CAD方式描繪點雲外圍輪廓或量測點雲尺寸以輔助進行建模,但各自有其限制存在。因此本研究將探討以地面光達及數位相片點雲產出技術與BIM技術整合應用,透過本研究所提出之轉換建置模式,不再利用2D方式並同時延續點雲模型可趨近真實呈現物件實際樣貌之優勢,擴展應用至造型更為複雜之古蹟構件進行古蹟BIM模型之建置,令古蹟之維護管理達到更進一步之參數化及視覺化與資訊整合等多方運用。
論文英文摘要:Recently, the use of the light detection and ranging (LiDAR) may be applied popular for three-dimensional point cloud model, and further develop digital photos can be converted into a three-dimensional point cloud model for monuments. However, point cloud model only includes a three-dimensional coordinate data model, does not contain any relevant information of the object properties. Building information modeling (BIM) can use the parameters of the way, the model will be established with the relevant information and synchronization interactive links. Therefore, BIM models can be developed from the point cloud model. However, there are many problems and limitations when BIM models is developed from the point cloud model. Therefore, the main purpose of the study is to explore the use of terrestrial LiDAR and digital photo approaches for point cloud model development. Furthermore, the study will propose conversion approach for BIM models development from point cloud model. The proposed approach was applied in selected monument as case study in Kinmen to verify our proposed approach and to demonstrate the effectiveness of proposed work. Finally, this study identifies the benefits, limitations, conclusion, and suggestion are summarized for further visual maintenance management of monuments.
論文目次:目 錄

中文摘要 i
英文摘要 iii
誌謝 v
目錄 vii
表目錄 ix
圖目錄 x
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究目的 4
1.4 研究範圍 4
1.5 研究流程 5
第二章 文獻回顧 7
2.1 建築資訊模型 7
2.2 三維點雲技術 10
2.3 BIM與點雲整合應用於古蹟 15
第三章 點雲模型產出BIM格式之探討 18
3.1 地面光達點雲掃瞄之作業流程 21
3.2 地面光達點雲之格式轉換程序 27
3.3 數位相片點雲產出之作業流程 35
3.4 數位相片點雲之格式轉換程序 39
3.5 小結 40
第四章 BIM模型之建置 42
4.1 BIM模型建置之前置作業 44
4.2 BIM模型建置之內容與流程 48
4.3 FE-BIM與RE-BIM模式之BIM模型綜合比較 57
4.4 BIM模型建置之限制 59
4.5 小結 61
第五章 案例導入與分析 62
5.1 案例介紹與現況分析 62
5.2 案例導入說明 65
5.3 案例導入分析與討論 95
5.4 小結 100
第六章 結論與建議 102
6.1 結論 102
6.2 建議 104
參考文獻 106



表目錄

表3-1. 正向工程與逆向工程之流程比較 20
表3-2. 點雲檔案格式類型之比較說明 29
表3-3. 點雲檔案格式於ReCap 360 Ultimate匯入讀取方
式之比較 30
表4-1. 古蹟構件BIM模型編碼之規則 54
表4-2. 點雲技術之相互比較 58
表4-3. BIM模型建置模式之相互比較 58
表5-1. 邱良功母節孝坊相關官方資訊 63
表5-2. 邱良功母節孝坊古蹟之自定義編碼規則說明
76




圖目錄

圖1-1. 研究流程 6
圖2-1. 建築資訊模型技術示意圖 7
圖2-2. 地面光達點雲模型 11
圖2-3. 數位攝影3D建模 14
圖2-4. UAV數位攝影相片之點雲模型 14
圖3-1. 點雲模型轉換建置成為BIM模型之流程 18
圖3-2. 點雲模型產出BIM格式之流程架構 19
圖3-3. FARO Photon 120地面雷射掃瞄儀 22
圖3-4. 掃瞄參數設定 22
圖3-5. 專用相機基座之頂部模式架設(左)與水平模式架
設(右) 22
圖3-6. 共軛球 24
圖3-7. 掃瞄外業流程圖 24
圖3-8. 內業資料處理流程圖 27
圖3-9. 基本之正向工程點雲模型格式轉換流程 28
圖3-10. 逆向工程模式之轉換流程 32
圖3-11. 數位相片拍攝之作業流程 35
圖3-12. 環形圍繞拍攝方式之示意 37
圖3-13. 環景圍繞拍攝方式之示意 37
圖3-14. Autodesk ReCap 360 雲端平台 39
圖4-1. 整體流程之架構 42
圖4-2. FE-BIM模式之前置作業流程 45
圖4-3. 繪製參考輔助線段之結果 46
圖4-4. 旋轉專案北功能視窗 46
圖4-5. 元件模型內建之功能 47
圖4-6. 匯入CAD型式之介面 47
圖4-7. RE-BIM模式之前置作業流程 48
圖4-8. FE-BIM模式之BIM模型建置流程 50
圖4-9. RE-BIM模式之BIM模型建置流程 52
圖4-10. BIM模型資訊建置之應用功能 55
圖4-11. 可清楚判識之點雲模型 59
圖4-12. 模糊不清之點雲模型(紅圈處) 59
圖4-13. 掃瞄完整之點雲模型 60
圖4-14. 掃瞄資料不足造成破損之點雲模型 60
圖5-1. 金門邱良功母節孝坊 62
圖5-2. 金門縣第一級古蹟邱良功之母節孝坊之調查研究資
料 64
圖5-3. 以FARO地面光達進行節孝坊之掃瞄作業實況
66
圖5-4. FARO地面光達掃瞄並組模完成之整座邱良功母節
孝坊點雲模型 67
圖5-5. 整座邱良功母節孝坊點雲模型於Autodesk ReCap
360 Ultimate之展現 68
圖5-6. 整座節孝坊點雲模型於Autodesk Revit 2014之
展現 69
圖5-7. 於Revit以一般模型功能徒手繪製建模 70
圖5-8. FE-BIM模式建置完成之整座節孝坊古蹟BIM模型
72
圖5-9. 節孝坊調查研究資料紀錄舊有之部份測繪圖稿
72
圖5-10. 節孝坊調查研究資料紀錄舊有之歷史相片
73
圖5-11. 實地拍攝節孝坊現況樣貌之相片 73
圖5-12. 於Revit進行材質彩現後之整座節孝坊古蹟BIM模
型 74
圖5-13. 原調查研究資料之邱良功母節孝坊構件名稱說明
75
圖5-14. 邱良功母節孝坊原調查紀錄資料之部份編碼
76
圖5-15. 邱良功母節孝坊之分層說明 77
圖5-16. 邱良功母節孝坊之石材應用說明 77
圖5-17. 節孝坊BIM模型之專案資訊展示 78
圖5-18. 節孝坊BIM模型之模型元件屬性資訊展示
78
圖5-19. 於Revit產出之節孝坊古蹟構件品類明細表
79
圖5-20. FE-BIM模式建置之節孝坊古蹟BIM模型於A360
Drive之專案資訊展示 80
圖5-21. FE-BIM模式建置之節孝坊古蹟BIM模型於A360
Drive之元件資訊展示 80
圖5-22. FE-BIM模式建置之節孝坊BIM模型於A360 Drive拆解圖之展現 81
圖5-23. 原調查研究資料繪製之拆解圖 81
圖5-24. 細部之節孝坊古蹟BIM模型之拆解圖 82
圖5-25. 近距離掃瞄石獅點雲模型之外業工作情形 83
圖5-26. 節孝坊之額坊點雲模型 84
圖5-27. 於Geomagic XOS建置之額坊模型 84
圖5-28. 於Revit建置之額坊BIM模型 85
圖5-29. 額坊BIM模型於Navisworks Manage彩現後之樣貌 85
圖5-30. 節孝坊之花板點雲模型 84
圖5-31. 於Geomagic XOS建置之花板模型 84
圖5-32. 於Revit建置之花板BIM模型 85
圖5-33. 花板BIM模型於Navisworks Manage彩現後之樣貌 85
圖5-34. 節孝坊之石獅點雲模型 84
圖5-35. 於Geomagic XOS建置之石獅模型 84
圖5-36. 於Revit建置之石獅BIM模型 85
圖5-37. 石獅BIM模型於Navisworks Manage彩現後之樣貌 85
圖5-38. 節孝坊之額坊、花板與石獅BIM模型上傳至Autodesk A360 Drive雲端
平台之應用 86
圖5-39. RE-BIM模式之花板BIM模型於A360之應用 86
圖5-40. RE-BIM模式之額坊BIM模型於A360之應用 87
圖5-41. FE-BIM模式建置之整座節孝坊古蹟BIM模型與RE-BIM模式建置之個
別構件BIM模型之相互比較 87
圖5-42. Canon 450D數位單眼相機 89
圖5-43. 以數位單眼相機拍攝石獅之工作實況 89
圖5-44. 以環形圍繞方式拍攝石獅含獅座之部份數位相片 90
圖5-45. 由Autodesk ReCap 360 雲端平台將數位單眼相機拍攝石獅含獅座之數位
相片組成之三維模型 91
圖5-46. 由Autodesk ReCap 360 Ultimate將Autodesk ReCap 360 雲端平台組成之
三維模型所處理之點雲模型 91
圖5-47. 數位相片之獅座點雲模型匯入至Revit進行建模作業 92
圖5-48. 以數位相片點雲模型建置完成之獅座BIM模型 92
圖5-49. 於Geomagic XOS建置之石獅模型 93
圖5-50. 於Revit建置之石獅BIM模型 93
圖5-51. 石獅BIM模型於Navisworks Manage彩現 93
圖5-52. 應用A360 Drive雲端平台同步展示石獅BIM模型與其相關資訊型 94
論文參考文獻:參考文獻

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論文全文使用權限:同意授權於2016-07-13起公開