历时五年建设，北京城市副中心这座“未来之城”正式“上新”。12月27日，北京城市副中心三大文化建筑——北京艺术中心、北京城市图书馆、北京大运河博物馆开门迎客。北京城市副中心三大文化建筑北临大运河，西临六环高线公园，与北京市委市政府隔大运河相望，是北京城市副中心“一带、一轴、两环、一心”规划格局的重要组成部分，也是承接非首都功能疏解的重要载体。

　　北京城市副中心三大文化建筑的建成是贯彻习近平总书记视察北京重要讲话精神，落实《北京城市总体规划》要求，对接中心城区功能，促进行政功能与其他城市功能有机结合的重要体现。

　　在副中心三大文化建设过程中，北京市测绘设计研究院运用实景三维技术，复刻“孪生”三大建筑，将副中心三大建筑精准复刻生动记录下来。此项工作北京市规划和自然资源委员会部署调度，全院高度重视，集全院力量利用三维激光扫描、SLAM（即时定位与地图构建）等测绘高新技术对其进行高精度实景复刻，建立真实、准确、可靠的三维空间数据底板。

　　千里眼，所见之处皆可定位

　　受北京市规划和自然资源委员会核验处委托，要求以北京城市副中心三大建筑为试点，开展三维竣工核测工作。同时强调在成果内容、形式展示上要进一步开拓创新，深挖数据价值，提升数据应用，为今后推广三维竣工核验工作奠定基础。

　　城市副中心三大建筑是地标性建筑，也是北京四个中心任务的重要组成部分，意义重大。市测绘院高度重视此项工作，成立三维竣工测量核验小组，院党委书记挂帅，担任三维核验组组长，负责项目重要事件组织协调，集体研究解决工作中的重点、难点问题；孔令彦副院长、副中心部部长任海英、测调一部部长刘艺担任三维核验组副组长，负责项目的组织实施；业务部负责项目的业务对接核验处，产值结算等相关工作；科技质量部负责组织项目调研、科技立项备案等相关工作；算力中心负责项目仪器协调、软硬件设备采购等相关工作。数据组主要负责外业数据采集、内业点云处理、信息提取、三维建模、纹理贴图、后期渲染。软件组负责三维核验平台及定制功能研发，成果展示、数据分析、渲染效果平台研发；报告组负责三维核验成果样式设计、报告编制。

　　城市副中心剧院又名“文化粮仓”，其设计理念源于通州古粮仓和运送物资的船舶，建筑面积约12.53万平方米，高度为49.5米。城市副中心图书馆又名“森林书苑”，其设计理念源于中国传统“赤印”和银杏树叶片，建筑面积约7.5万平方米，建筑高度22.3米。大运河博物馆又名“运河之舟”，其设计理念源于古运河图景中的船、帆、水三个元素，建筑面积约10万平方米，建筑高度35米。三大建筑的设计是经过全球方案的征集，每座建筑都有它独特的设计和寓意，“粮仓”构造的剧院、形如“赤印”的图书馆、“帆船”模样的博物馆都给测量工作带来了不小挑战，三大建筑是异型建筑，传统的方式测绘不能完全展示建筑复杂多变的结构特征，每一片外装饰板都不相同，如何将这些细节能够真实的还原是一项挑战，经过多方研究讨论，最终采用地面激光测量方式，快速、精确的获取建筑轮廓的详细点位，顺利的赶在竣工节点之前完成了任务。通过扫描闭合环平差点云的误差传导，并利用传统测量方式对建筑特征点与点云进行比对，以确保扫描数据的可靠性，提高特异型建筑测量的精度。

　　市测绘院采用三步走方式进行三维竣工核测。一是完成一般性竣工测量工作。利用三维激光扫描技术对副中心三大建筑外轮廓进行全方位点云扫描，提取建筑关键信息，成果满足现有竣工测量要求，并用传统测量方式进行验证三维扫描精度可行性。二是探索建立三维竣工核验方式。点云与BIM模型进行碰撞分析，核验三维指标。除满足传统核验指标外，可根据实际情况增设以下三维核验指标内容，根据实际情况设立相应核验指标，并进行可视化显示。三是建立 “三维云核验”平台建设。建立三维云核验平台，可进行数据浏览、查看、分析应用，并与“一张图”“多测合一”、规建管平台、新型基础测绘、自然资源管理等数据进一步进行衔接。在经费保障允许和市场需求的情况下，根据需要适时建立三维实景模型，研发数据渲染平台，对模型进行光影，水纹等效果进行渲染，打造更加逼真的展示效果。

　　区别于传统三维激光扫描、即时定位与地图构建技术利用扫描仪进行数据采集，来获取复杂地物或地貌的三维数据进行特征提取，生成传统二维平面数据成果，本次对城市副中心三大建筑室内、外全方位进行了三维实体建模，真实等比克隆了一个“三维电子版”的三大建筑，使其一砖一瓦都有了自己在三维世界中的一席之地。

　　有人可能不禁要问，这个电子版到底有何用处呢？院党委委员、副院长孔令彦谈到：“我们这次主要的目的之一就是在建设工程规划竣工验收阶段对其进行三维竣工核测，依据竣工后点云的实际建筑轮廓，建立三维单体模型，在满足二维竣工核验要求基础上，通过与设计模型进行碰撞分析，研究三维竣工核验内容与指标，对于核验人员来说，不但核验的内容更丰富、更精准，同时也真正地减少了到现场检查的次数，为核验管理人员提供了一双智慧的‘千里眼’，为优化营商环境提供了高精度的空间数据基础。”

　　云核验，交互量测皆可操作

　　有了这双智慧的“千里眼”，那到底该怎么用，好不好用，如何用好是关键。为了解决以往需要学习复杂操作的专业三维软件和使用高配置的电脑，真正方便快捷地发挥“千里眼”的作用，院副中心部部长任海英、测调一部部长刘艺带领王晓龙、许艳博等人组成的专业团队，历经1个月的日夜奋战，研发了基于PDF嵌入式轻量化的三维数据模型，从根本上解决了三维数据好看不好用的问题。

　　内外有别，室外采用三维激光扫描技术进行测量，室内采用SLAM技术进行扫描。针对室内结构复杂、上下挑空高，装饰结构复杂等特征对室内采用数据采集方式更加灵活的手持扫描仪进行测量，测量人员只需要手里拿着扫描设备，把每一个角落都走到，数据便可自动进行拼接起来，并可生成线路轨迹，同时利用扫描时自带摄像机同步进行录像，内业人员可随时反复观看当时扫描时实时场景，大大提高了作业效率和模型构建的精准度。

　　任海英谈到，此次以城市副中心三大建筑为试点开展的三维竣工核测是一次全新的变革，将原来二维竣工成果变为三维竣工成果，在成果内容和展示形式上都产生了较大变化，特别是利用3D PDF这种轻量化、通用性的成果展现形式，将扁平的二维成果升级为三维可视化、可交互、可量测等特点得以充分显示，同时可将核验内容信息及建筑风貌可真实、准确、直观地进行表达，在‘家’便可进行‘云核验’，大大方便了政府相关管理人员的验收工作。

　　那么针对这种新的表达方式和手段，对其数据精度和质量又该如何保障呢？为了保障数据精度和质量，本次点云拼接利用视觉追踪技术，使点云在无目标情况下完成自动配准，减少人工干预误差影响，同时，各测站点位连接时需要确保每幢建筑线路能够构成一个闭合环，控制误差的积累量，从而提高点云数据整体的精度。除了在测量过程及成果检查方面对其精度质量进行控制，我们还利用传统仪器对其进行精度验证，使其三维数据成果满足项目精度要求。

　　项目数据组负责人王晓龙详细介绍了本次工作的6大成果及10余项特点，他谈到，建设工程三维竣工核测不仅仅代表一项工程的竣工验收，项目可投入使用，也是标志着建筑本身生命诞生的开始，我们在此阶段对其进行三维竣工验收，其数据价值可贯穿整个建筑周期进行利用，它是让我们更加清晰准确地了解人与自然、社会、城市相互之间和谐共生的数据纽带，为数据要素提供了一种新的生产方式。

　　身其境，一砖一瓦皆在其中

　　三大建筑的建成标志着北京又多了一组文化新地标圣地，为了更加真实、逼真地展示建筑特点魅力，我们基于UE虚幻引擎，身临其境，多源多尺度真实复刻。 为了真实、准确地复刻建筑，我们利用多种数据源，多种尺度进行表达展示，在远处通过无人机采集了三维Mesh模型，是我们仿佛从空中进行俯瞰，在近处通过UE引擎对模型进行光影水纹的渲染，是人们仿佛身临其境一般，在地面我们利用激光扫描高精度的进行测量，保障其数据精度，在室内利用三维建模软件进行场景搭建，可供游客进行三维导览。在电脑中便可畅游实地建筑的真实模样。

　　本次的场景搭建和以往又有哪些不同呢？研发组负责人曾庆丰讲到：“院内在场景搭建中做过很多尝试，以往更多是以三维数据引擎为主，效果更注重数据的展示、分析和功能的利用，本次将这些功能以团队研发的轻量化三维模型进行表达，场景在搭建上更注重真实，更贴近实际的渲染效果，为此我们也在现场采集了大量的纹理照片，保障建筑的一砖一瓦都与现实保持一致，原原本本的还原建筑本来的面貌，而不是电脑合成的颜色，这就是我们要做的。”

　　建筑本身不会说话，但它却讲述了无数的故事。在未来，测绘院的同志们还将用“工匠精神”讲述他们和它之间更多的故事……

　　来源：北京市规划和自然资源委员会

　　作者：王丽媛