与时俱进：高纯度环境采用BIM扫描技术
如半导体、生物制药厂等特定建筑环境与时俱进，不断变化，引领创新潮流。为接受新工具、新工艺和新团队，这些物业设施一直处于不断更新、不断发展的状态中，它们依靠数字模型来重构、管理这些物业空间，从而避免代价高昂的停产情况发生，同时最大限度地提高产量。
停产会给所有企业带来损失，半导体和生物制药等高风险环境的损失尤甚，即便停产一秒钟，也可能导致成百上千万美元的损失。对于这类行业而言，设施的重建固然重要，但确保施工不影响正常的运营尤为关键。
这类高纯度的设施除了环境相当复杂外，通常还设有精密而繁杂的管道网络，用以运输需要精细操作的化学品和化合物。为了满足这些独特需求，许多企业采用建筑信息模型（BIM）流程技术，以便在建筑项目的施工前，精确地了解现有物理空间。但是，要想精确了解现状，需要准确、精细的数据，而并非所有数据的收集方法和使用方法（本文所用方法为“扫描数据与建筑信息模型的自动转换”）都能行之有效。
高纯度环境中的BIM应用
BIM是指建筑设施或其结构物理特征的高精度3D数字模型，该项技术越来越多地用于高纯度环境，如半导体、生物制药等生产设施中，用以了解现有结构的大小尺寸，保存设施升级更新的记录，探查可能出现的施工错误，评估时间对建筑造成的影响，同时可以检验尚未施工项目的设计意图。
如果应用恰当，BIM流程大有裨益，可以用来提高施工效率，减少返工，降低建筑材料消耗与人工成本，提前检查施工冲突，实现建筑部件异地预制。此外，BIM还支持高度精确的3D模型，可先于现实，在虚拟世界中完成建筑设施的设计，从而更好地了解物理结构中的空间、材料以及各种系统之间的关系，洞察现实生活中的元素会带来的影响。
BIM技术极其依赖高质量的数据，这一点毋庸置疑。如果数据质量不能保证，那么应用BIM技术可能会对最终结果带来重大负面影响，这也就是高精度BIM扫描流程发挥作用的地方。
BIM扫描技术拆解
BIM扫描是采用激光扫描仪捕获现有结构的3D扫描过程。扫描完成后，将所获取的数据导入3D建模程序，以精准的数字化方式呈现所扫描的物业空间或设施。建模完成后，该模型可用于辅助设计、评估项目进度、辅助方案选定等。
BIM扫描流程可细分为四个阶段，但是业界尚无可统一遵循的行业标准或模板，也缺少使该工作流程自动化的工具。不过，在每个阶段的工作开始前，都可以采用最佳实践方法来控制质量，保证准确性。
BIM扫描工作流程的一般阶段包括：
（一）捕获：使用多种工具和设备从设施或空间收集信息，包括3D激光扫描仪、照相机、仪表仪器、测量工具和记录设备等。这些设备可捕获原始信息，作为建模的基础。
（二）加工：将捕获设备收集的原始数据转换为建模软件可以加工的建筑元素。
（三）建模：基于转换的数据，创建建筑元素的3D模型，既可以代表目标物业的结构，也可以呈现选定元素的整体环境。
（四）质量检验：检测、纠正、验证项目信息，确保模型的准确性。
针对上述四个阶段，在每个阶段的工作开始之前，都有机会推动质保（QA）工作，来防止下游会出现的错误或缺陷。在BIM扫描技术的整个工作流程中实施的QA措施，将直接影响质量检查阶段所需投入的时间。
停产会给所有企业带来损失，半导体和生物制药等高风险环境的损失尤甚，即便停产一秒钟，也可能导致成百上千万美元的损失。对于这类行业而言，设施的重建固然重要，但确保施工不影响正常的运营尤为关键。
这类高纯度的设施除了环境相当复杂外，通常还设有精密而繁杂的管道网络，用以运输需要精细操作的化学品和化合物。为了满足这些独特需求，许多企业采用建筑信息模型（BIM）流程技术，以便在建筑项目的施工前，精确地了解现有物理空间。但是，要想精确了解现状，需要准确、精细的数据，而并非所有数据的收集方法和使用方法（本文所用方法为“扫描数据与建筑信息模型的自动转换”）都能行之有效。
高纯度环境中的BIM应用
BIM是指建筑设施或其结构物理特征的高精度3D数字模型，该项技术越来越多地用于高纯度环境，如半导体、生物制药等生产设施中，用以了解现有结构的大小尺寸，保存设施升级更新的记录，探查可能出现的施工错误，评估时间对建筑造成的影响，同时可以检验尚未施工项目的设计意图。
如果应用恰当，BIM流程大有裨益，可以用来提高施工效率，减少返工，降低建筑材料消耗与人工成本，提前检查施工冲突，实现建筑部件异地预制。此外，BIM还支持高度精确的3D模型，可先于现实，在虚拟世界中完成建筑设施的设计，从而更好地了解物理结构中的空间、材料以及各种系统之间的关系，洞察现实生活中的元素会带来的影响。
BIM技术极其依赖高质量的数据，这一点毋庸置疑。如果数据质量不能保证，那么应用BIM技术可能会对最终结果带来重大负面影响，这也就是高精度BIM扫描流程发挥作用的地方。
BIM扫描技术拆解
BIM扫描是采用激光扫描仪捕获现有结构的3D扫描过程。扫描完成后，将所获取的数据导入3D建模程序，以精准的数字化方式呈现所扫描的物业空间或设施。建模完成后，该模型可用于辅助设计、评估项目进度、辅助方案选定等。
BIM扫描流程可细分为四个阶段，但是业界尚无可统一遵循的行业标准或模板，也缺少使该工作流程自动化的工具。不过，在每个阶段的工作开始前，都可以采用最佳实践方法来控制质量，保证准确性。
BIM扫描工作流程的一般阶段包括：
（一）捕获：使用多种工具和设备从设施或空间收集信息，包括3D激光扫描仪、照相机、仪表仪器、测量工具和记录设备等。这些设备可捕获原始信息，作为建模的基础。
（二）加工：将捕获设备收集的原始数据转换为建模软件可以加工的建筑元素。
（三）建模：基于转换的数据，创建建筑元素的3D模型，既可以代表目标物业的结构，也可以呈现选定元素的整体环境。
（四）质量检验：检测、纠正、验证项目信息，确保模型的准确性。
针对上述四个阶段，在每个阶段的工作开始之前，都有机会推动质保（QA）工作，来防止下游会出现的错误或缺陷。在BIM扫描技术的整个工作流程中实施的QA措施，将直接影响质量检查阶段所需投入的时间。
■ 医院等专用设施对BIM设备数据精度的要求更高
BIM扫描技术的最佳实践与常见错误
花费在QA上的时间成本是非常值得的，尤其是在技术含量高、生产节奏快、纯度高的环境中。在依赖敏捷性和速度来践行创新的环境中，差之毫厘谬以千里，一丝错误都会带来巨大代价。
QA可以且应当贯穿BIM扫描技术的四个阶段，例如在数据抓取阶段，需要考虑进场前后的因素。首先，应明确定义工作范围，制订时间表，明确关键节点与截止日期，明晰对最终交付成果的期望。针对半导体和生物制药等独特性强、要求高的环境，定义所需的细节级别（LOD）对于成功至关重要，此外需要评估的其他领域有：
·设备选择：激光扫描仪各不相同，有着各自的优势和局限，哪一种都不能满足所有需求，所以应根据工作需求来确定设备的选择，采用最能满足这些需求的设备。
·设备安全性：设备安全容易被人忽略，但是即便设备运输过程中发生的微小颠簸也可能会导致设备的校准失效。在工作中，应执行预扫描来校准设备以便正常使用。此举可避免潜在的返工，节省数小时。
·预先计划数据收集方法：在到达现场前评估并规划捕获数据的方法，有助于防止忽略关键信息，如云到云、横向测量、测量控制等方法。环境情况将最终决定采用何种方法，一经确定，团队必须在项目开始前与每个成员讨论，以便保持一致。
·准确性（LOA）和细节级别（LOD）：LOA与LOD不是一回事，必须在项目启动前明确定义。LOA指数据收集在尺寸上的准确性，而LOD指从原始数据开始建模所需的细节或项目。
·确认现场条件：预先规划的方法是基于项目彼时彼刻所做的设想，在到达现场后，必须根据当前条件现场验证预先规划的方法，再开始工作，这一点至关重要。
·工作闭环与保持方向：使用激光扫描仪，尤其是在采用横向测量方法时，错误概率会随着扫描量的增加而积累。闭合扫描环路会产生细微的重叠，检测共性并平衡错误，从而减少累积的影响。此外，如果每次扫描时能保持方向（如朝北），将有助于减少偏差。
数据处理阶段的QA
与之前的环节一样，数据处理也可以分为两个阶段，分别为登记前和登记后（也可称为点云登记或扫描匹配）。在此阶段，可将多个数据集收集来的点的云数据对齐，生成全局一致的数据模型。本阶段的数据误差幅度可能很大，因此必须在数据登记前和登记后采取QA措施。这两个阶段的最佳实践如下：
·验证调查数据：仅依靠数据登记程序来验证其准确性可能产生错误，因为大多数登记程序将调查数据作为绝对数据保存。因而，应在数据提交给登记流程前进行一系列检查，来识别错误。
·设置对齐方式：项目团队应了解为什么以及如何对齐数据。
·手动检查扫描：由于数据容易重叠，因此将其留给软件检查也可能导致错误。应人工检查每次扫描数据流的中断，这可能是由于项目所在环境的振动引起的。
·数据传输：项目须考虑如何发送、共享数据，当团队分散时更是如此。由于数据量通常很大，因而其传输过程会产生严重的延迟。在数据传输阶段开始之前，团队应确定如何上传与共享数据，明确使用哪些工具来辅助传输过程，指定负责处理原始数据的人员等。
在建模阶段，所有利益相关方之间的沟通是成功的关键，这是减少错误的最有效方法。建模者还应具有建模经验，清楚排查何种错误。在项目深入之前，创建模型的检测试样，确保所有利益相关方在相同频道。
此外，还有许多可用的转换工具，与扫描设备相似，各有其优缺点，应该考虑其与所用建模软件的兼容性，以及模型的主要用途。几乎在所有情况下，都将按原样创建模型，而团队需要谨慎对待模型的现有阶段，对比新构造模型之间的关系。
BIM扫描技术工作流程的最后阶段是质量检查，需要返回来交叉检查工作范围，从项目期待，到关键时间节点，再到LOD和LOA。在此阶段，可建立内部检查表与模板，此举有助于构建可持续的工作流程，便于复制。
对于采用BIM扫描技术的项目，将产生大量的原始数据，应根据项目的实际需求对所产生的数据进行过滤，与所有股东的项目期望和项目的目标保持一致。可通过使用如平面图、剖面图与3D剖面箱来验证模型。利用软件进行虚拟演练，可以帮助检测错误，发现被忽略的项目。
推进高风险环境中的建设进程
对于制造行业的从业者，尤其是半导体与生物制药等高风险行业的工作人士，采用BIM技术，不仅能够更好地理解他们设施的物理环境，还是一种有效的工具，可以减少停产时间与返工，通过异地预制等方式弥补贸易劳动力短缺的状况。
对于不能出现停产或缩减产能等情况的制造业而言，BIM技术能够带来巨大的附加值，但其价值取决于其所使用数据的价值。如果采用恰当的QA/QC方法来试用BIM技术，BIM就能使半导体和生物制药等行业的从业者更快速地改造其设施，更快地将新产品和创新成果推向市场。
关于作者：
肯·史莫兹（Ken Smerz）是ZELUS的首席执行官，负责该公司的战略发展和合作伙伴关系，管理团队文化和人才培养，指导发展等工作。
花费在QA上的时间成本是非常值得的，尤其是在技术含量高、生产节奏快、纯度高的环境中。在依赖敏捷性和速度来践行创新的环境中，差之毫厘谬以千里，一丝错误都会带来巨大代价。
QA可以且应当贯穿BIM扫描技术的四个阶段，例如在数据抓取阶段，需要考虑进场前后的因素。首先，应明确定义工作范围，制订时间表，明确关键节点与截止日期，明晰对最终交付成果的期望。针对半导体和生物制药等独特性强、要求高的环境，定义所需的细节级别（LOD）对于成功至关重要，此外需要评估的其他领域有：
·设备选择：激光扫描仪各不相同，有着各自的优势和局限，哪一种都不能满足所有需求，所以应根据工作需求来确定设备的选择，采用最能满足这些需求的设备。
·设备安全性：设备安全容易被人忽略，但是即便设备运输过程中发生的微小颠簸也可能会导致设备的校准失效。在工作中，应执行预扫描来校准设备以便正常使用。此举可避免潜在的返工，节省数小时。
·预先计划数据收集方法：在到达现场前评估并规划捕获数据的方法，有助于防止忽略关键信息，如云到云、横向测量、测量控制等方法。环境情况将最终决定采用何种方法，一经确定，团队必须在项目开始前与每个成员讨论，以便保持一致。
·准确性（LOA）和细节级别（LOD）：LOA与LOD不是一回事，必须在项目启动前明确定义。LOA指数据收集在尺寸上的准确性，而LOD指从原始数据开始建模所需的细节或项目。
·确认现场条件：预先规划的方法是基于项目彼时彼刻所做的设想，在到达现场后，必须根据当前条件现场验证预先规划的方法，再开始工作，这一点至关重要。
·工作闭环与保持方向：使用激光扫描仪，尤其是在采用横向测量方法时，错误概率会随着扫描量的增加而积累。闭合扫描环路会产生细微的重叠，检测共性并平衡错误，从而减少累积的影响。此外，如果每次扫描时能保持方向（如朝北），将有助于减少偏差。
数据处理阶段的QA
与之前的环节一样，数据处理也可以分为两个阶段，分别为登记前和登记后（也可称为点云登记或扫描匹配）。在此阶段，可将多个数据集收集来的点的云数据对齐，生成全局一致的数据模型。本阶段的数据误差幅度可能很大，因此必须在数据登记前和登记后采取QA措施。这两个阶段的最佳实践如下：
·验证调查数据：仅依靠数据登记程序来验证其准确性可能产生错误，因为大多数登记程序将调查数据作为绝对数据保存。因而，应在数据提交给登记流程前进行一系列检查，来识别错误。
·设置对齐方式：项目团队应了解为什么以及如何对齐数据。
·手动检查扫描：由于数据容易重叠，因此将其留给软件检查也可能导致错误。应人工检查每次扫描数据流的中断，这可能是由于项目所在环境的振动引起的。
·数据传输：项目须考虑如何发送、共享数据，当团队分散时更是如此。由于数据量通常很大，因而其传输过程会产生严重的延迟。在数据传输阶段开始之前，团队应确定如何上传与共享数据，明确使用哪些工具来辅助传输过程，指定负责处理原始数据的人员等。
在建模阶段，所有利益相关方之间的沟通是成功的关键，这是减少错误的最有效方法。建模者还应具有建模经验，清楚排查何种错误。在项目深入之前，创建模型的检测试样，确保所有利益相关方在相同频道。
此外，还有许多可用的转换工具，与扫描设备相似，各有其优缺点，应该考虑其与所用建模软件的兼容性，以及模型的主要用途。几乎在所有情况下，都将按原样创建模型，而团队需要谨慎对待模型的现有阶段，对比新构造模型之间的关系。
BIM扫描技术工作流程的最后阶段是质量检查，需要返回来交叉检查工作范围，从项目期待，到关键时间节点，再到LOD和LOA。在此阶段，可建立内部检查表与模板，此举有助于构建可持续的工作流程，便于复制。
对于采用BIM扫描技术的项目，将产生大量的原始数据，应根据项目的实际需求对所产生的数据进行过滤，与所有股东的项目期望和项目的目标保持一致。可通过使用如平面图、剖面图与3D剖面箱来验证模型。利用软件进行虚拟演练，可以帮助检测错误，发现被忽略的项目。
推进高风险环境中的建设进程
对于制造行业的从业者，尤其是半导体与生物制药等高风险行业的工作人士，采用BIM技术，不仅能够更好地理解他们设施的物理环境，还是一种有效的工具，可以减少停产时间与返工，通过异地预制等方式弥补贸易劳动力短缺的状况。
对于不能出现停产或缩减产能等情况的制造业而言，BIM技术能够带来巨大的附加值，但其价值取决于其所使用数据的价值。如果采用恰当的QA/QC方法来试用BIM技术，BIM就能使半导体和生物制药等行业的从业者更快速地改造其设施，更快地将新产品和创新成果推向市场。
关于作者：
肯·史莫兹（Ken Smerz）是ZELUS的首席执行官，负责该公司的战略发展和合作伙伴关系，管理团队文化和人才培养，指导发展等工作。
本文由国际设施管理协会（IFMA）授权发表
翻译/子川
（原载于《现代物业》下旬刊2021年4期/总第525期）
(责任编辑：admin)
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（原载于《现代物业》下旬刊2021年4期/总第525期）
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