【技术】三维激光扫描技术在室内吸音材料安装中的应用

三维激光扫描技术在室内吸音材料安装中的应用

张 翔1，李 斐2

（1.中建材山东勘测设计研究院有限公司 山东济南 250000；

2.山东省国土测绘院 山东济南 250000）

摘 要

体育馆等大空间公共建筑场所常因异形幕墙导致语音清晰度严重偏离标准值，随着对大型公共建筑声学环境要求的日益提升，亟须精准安装吸音材料以改善声场。传统全站仪测量在异形结构特征数据采集中存在效率低、作业风险指数高等缺陷。为解决上述问题，本文基于相关测绘与建模规范，应用三维激光扫描技术，通过高精度点云采集、曲面建模及适配面积统计等流程，实现吸音材料的厘米级适配安装，为改造复杂空间声学环境提供了可推广的技术路径。

关 键 词

三维激光扫描；异形幕墙；曲面建模；适配安装

作 者 简 介

第一作者：张翔，工程师，硕士，现主要研究方向为地理信息系统、工程测量、自然资源管理等。

通信作者：李斐，工程师。

引 文 格 式

张翔,李斐.三维激光扫描技术在室内吸音材料安装中的应用[J].测绘标准化,2026,42(2):179-184.

DOI:10.20007/j.cnki.61-1275/P.2026.02.27.

正 文

大型公共建筑的声学性能缺陷已成为制约场馆功能的关键因素，尤其是对于体育馆类椭圆形且为大跨度空间的建筑，因铝板玻璃幕墙对声音的高反射特性导致混响时间异常，常需在场馆内安装多孔吸声材料。为改善大空间公共建筑场所的声学环境，传统改造方法是安装多孔吸声材料，但在实施过程存在系统性缺陷。一方面，测量环节采用全站仪单点测量法测异形网架时，需拆卸幕墙进行高空定位，不仅效率极低，事故风险也会增加30%；另一方面，设计环节中，由于全站仪采集的数据主要为特征点数据，基于该数据建模时难以完整表达目标对象在预设精度等级下的完整空间形态与几何形状细节，极易导致设计所依据的模型几何误差偏大。因此，本文利用三维激光扫描技术获取的高精度点云数据重构异形曲面幕墙的三维模型，实现各吸音材料与异形曲面幕墙、顶棚的厘米级空间适配，为复杂结构声学环境的精准调控提供全新解决方案。

1技术路线

本文基于三维激光扫描技术进行室内吸音材料安装，具体技术路线如图1所示。主要作业步骤包括外业数据采集（控制点布设、外业扫描）、内业点云数据处理（点云拼接、点云建模）、精度评定、吸音材料尺寸统计汇总等。

图1 技术流程

为保障作业技术流程的规范性与成果的可比性，本文在数据采集、处理与建模全过程均按照相关的国家与行业技术标准进行。具体来说，外业控制测量遵循GB 50026—2020《工程测量标准》的规定，点云数据基于统一的平面与高程基准；点云数据格式采用国际通用的LAS格式，以确保数据的互操作性；三维模型重建严格按照GB/T 24356—2023《测绘成果质量检查与验收》对三维地理信息模型的数学精度、表达精细度、数据及结构正确性等相关规定执行；最终的面积量算与统计按照GB/T 17986.1—2000《房产测量规范》（以下简称“GB/T 17986.1—2000”）中关于面积计算的规定执行。上述标准的采用保证了从原始数据到最终成果的全流程质量，为本文方法的推广应用奠定了坚实的基础。

2工程实例

2.1 研究对象概况

本文的研究对象为某体育馆。该体育馆位于城市的市中心位置，整体呈椭圆形，外墙和顶棚采用铝板玻璃幕墙，建筑面积约为5000 m2，其卫星影像和现场影像见图2。该体育馆为采用网架结构作主要承重体的异形建筑，网架由纵横交错的杆件组成，形成网格状的空间结构，节点采用焊接和螺栓连接。铝板玻璃幕墙声反射系数大于0.95，导致馆内语音清晰度低于0.45（标准要求为≥0.55），亟须通过安装多孔吸声材料（如聚酯纤维板）来降低混响时间。因为多孔吸声材料单位面积成本较高，所以需精确计算吸声材料面积，以减少非必要材料开支。

图2 研究对象卫星影像及现场影像

另一方面，现场网架杆件节点的空间坐标误差容限仅±5 mm，采用全站仪单点测量法测量时存在效率低、工作量巨大的问题。三维激光扫描技术每秒可捕获百万级点云，完整覆盖体育馆外墙与顶棚异形曲面，实现目标测区的高精度分析。

2.2 测区点云数据采集

2.2.1 设备介绍

本文使用的三维激光扫描仪为天宝X12，具有高速度、高精度、大范围和采集质量高的特点，适用于对成果精度要求较高的项目。该三维激光扫描仪的技术参数如表1所示。

表1 三维激光扫描仪技术参数

本文所使用的三维激光扫描仪，凭借其优良特性，可实现对复杂网架结构的无死角覆盖。其测距精度达毫米级且支持双轴补偿，能有效抑制高空作业引起的仪器振动误差。同时，该设备配合8000万像素的高动态范围影像融合功能，可精准捕捉玻璃幕墙纹理并抑制强反射对测量的干扰，成为异形空间高精度数据采集的理想设备。

2.2.2 外业数据采集

本文的主要采集目标是体育馆外墙与顶棚区域。为采集完整点云数据，数据采集作业需统筹设备性能与现场条件，并按照CH/Z 3017—2015《地面三维激光扫描作业技术规程》的相关要求进行作业。作业针对测量目标的椭圆曲面造型，采用球形靶标，并沿场馆外围以15～20 m间距弧形布设扫描站，优先选择地质条件稳固的区域安放扫描设备，并保证每个测站至少能获取到3个球形靶标，每个测站设置球形标靶与全站仪测量控制点联动，以确保全局精度；数据采集时，本文对于异形顶棚中易造成点云缺失的区域启用X12的“高速HD模式”并开启双轴补偿，在幕墙玻璃面叠加HDR摄影来抑制反光；对于网架密集区切换为“超精细扫描”以提升杆件细节捕获。扫描过程中，作业人员通过实时点云预览识别阴影区（如网架节点背侧），采集中若发生点云缺失，需及时进行定向补扫，最终实现复杂曲面的毫米级无死角覆盖。现场共布设29个测站，测站具体布设位置如图3所示。

图3 测站布设位置

2.3 点云数据处理

2.3.1 多测站点云拼接

本文应用Trimnle Realworks软件进行多测站点云数据拼接。该软件运用视觉跟踪算法实现点云配准。若因室内环境光照不足导致跟踪失效，Trimnle Realworks软件则通过识别相同特征点的方式建立自由度变换矩阵，将各测站采集的点云数据统一到同一坐标参考系下，其所采用坐标转换矩阵如下：

式中：（xc,yc,zc）为统一坐标系下的点云坐标，（x0,y0,z0）为扫描仪局部坐标系原点在全局统一坐标系下的坐标，(x,y,z)i为第i测站扫描仪局部坐标系下原始三维测点坐标，为第i测站扫描仪局部坐标系与全局统一坐标系间的旋转矩阵，旋转矩阵的(x,y,z)i通过至少两个同名特征点采用最小二乘法计算得到。拼接后的点云数据如图4所示。

通过图4可以看出，拼接后的目标区域点云数据整体结构完整，无明显缺失，架杆件连接节点清晰可辨，曲面幕墙轮廓平滑连续。尤其对网架背光面等传统测量盲区，本文通过定向补扫实现了点云数据的无缝融合，为后续实体建模提供了毫米级的基础数据。

图4 拼接后点云数据

2.3.2 三维模型重建

本文选用Rhino软件对体育馆外墙与顶棚区域进行实体三维建模。Rhino软件凭借其强大的非均匀有理B样条，曲面建模能力与高精度几何引擎，可精准处理复杂的自由曲面。同时，Rhino软件的点云处理插件Rhino Point Cloud可以支持海量数据的高效可视化与编辑。三维模型重建的具体操作如下：首先，将拼接校正后的点云数据导入Rhino软件，通过空间裁剪工具分割外墙与顶棚目标区域点云数据，如图5（a）所示；其次，利用Rhino软件的曲面建模工具和网格建模工具，基于点云数据生成初步模型；再次，使用插件如Point2Surface辅助生成高质量的曲面或网格模型，并使用编辑工具调整模型表面的平滑度、填补空洞并优化网格结构，确保模型细节部分准确无误，避免模型出现异常面或自相交问题；最后，导出模型文件，即将重建的三维模型导出为常用的STL三维文件格式，以便在其他软件中进一步处理或应用。本文重建生成的目标区域顶部三维模型如图5（b）所示。

图5 目标位置三维模型

2.4 三维模型分类标记及统计汇总

三维模型构建完成后，本文对三维模型进行分类标记，结果如图6所示。本文选用Autodesk Revit软件高效实现了分类管理，具体步骤如下：首先，将Rhino生成的STL格式的实体三维模型导入Revit平台，通过“网格转体量”工具将三角面片模型转换为可参数化编辑的体量元素；其次，基于网架拓扑特征建立15类自适应族构件，利用“视图过滤器”对构件按预设规则进行颜色或编码标记；最后，采用“明细表”功能自动提取每类构件的投影面积、数量及空间坐标，直接生成结构化的统计表单，并基于该表单为后续采购、加工与安装提供精确的依据。

图6 基于模型吸音材料的分类标记

3精度分析

场馆内需安装多孔吸声材料数量计算主要以三维模型为基础，因此所构建三维模型的精度至关重要。为确保数据校验的准确性，本文采用全站仪配合激光测距仪的双重校验方案。校验实施过程中，测距仪负责采集房屋内部各功能区域的线性尺寸，全站仪则运用极坐标定位技术对建筑外立面的重要控制点实施精确测定。经实测对比，建筑物三维模型特征点位位置精度、空间尺寸与面积精度的校验结果如表2所示。

表2 三维模型与全站仪实测差值对比

本次检验通过对比室内空间几何精度与特征点测量精度可知，采用三维激光扫描技术建立的目标对象三维模型点位误差不超过1.5 cm，距离差值一般不超过2 cm，面积差值一般不超过3 cm2，精度较高。按照GB 50210—2018《建筑装饰装修工程质量验收标准》（以下简称“GB 50210—2018”）的规定，吸音材料（如聚酯纤维板）安装通常归属于“饰面板”或“裱糊与软包”分项工程。经统计，本文吸音材料安装的精度符合GB 50210—2018中饰面板安装的偏差规定，符合验收标准，能够满足相关应用要求。另一方面，体育馆这类椭圆形大跨度壳体结构的面积测量精度需满足GB/T 17986.1—2000中的二级精度要求。该测量精度作为施工控制的基准，能够满足T/ASC 38—2023《超大型公共空间建筑声学技术规程》对于安装基面精度的一般要求，从而为多孔吸声材料的拟合安装提供可靠的保障。并且，本项目若采用传统全站仪测量方法则内外业共需要3人约10天完成任务，而采用三维激光扫描仪方法仅需2人3天即可完成全部任务，且无需进行接触式登高测量，规避了70%的高空作业风险。成本层面，激光扫描方法虽然设备单日租赁费用较高，但人力成本显著降低。经综合评估，该技术可在保证成果精度达到厘米级的前提下，使项目综合成本下降约70%以上，本方法尤其适用于市中心限时施工的改造类工程测量。

4结束语

本文基于三维激光扫描技术，采集点云数据并精准重构复杂异形空间的几何形态，为吸音材料的个性化定制与安装提供了科学依据。研究结果表明，该技术在标准化流程框架下，不仅可以精准量化声学环境改造参数，更有效弥补了传统测量技术在施工环境复杂空间存在适应性不足的缺陷，为大型公共建筑声学改造提供可推广的技术方法。

来源：自然资源部测绘标准化研究所