Quét 3D hiện trạng là dùng máy quét laser hoặc bộ ảnh chụp chồng phủ để ghi lại hàng triệu điểm có toạ độ trên bề mặt công trình — gọi là đám mây điểm — rồi từ đó dựng bản vẽ mặt bằng, mặt cắt, mặt đứng hoặc mô hình 3D, mô hình BIM của công trình như nó đang tồn tại. Quy trình đi từ đám mây điểm đến mô hình BIM thường được gọi là scan to BIM.
Nhu cầu này xuất hiện nhiều khi cải tạo nhà phố cũ, chung cư cũ, biệt thự xây từ trước khi có hồ sơ đầy đủ, hoặc khi chủ đầu tư nhận lại một toà nhà mà bản vẽ đã thất lạc. Đo thủ công bằng thước những công trình như vậy vừa lâu vừa dễ sót, nhất là chỗ tường không vuông, sàn võng, trần cao. Bài này giải thích khi nào quét 3D đáng làm, quy trình, sản phẩm nhận về, độ chính xác thật và những điều máy quét không nhìn thấy.
Quét 3D hiện trạng hoạt động thế nào
Máy quét laser mặt đất đặt trên chân máy, quay quanh trục và bắn tia laser ra mọi hướng; với mỗi tia, máy đo khoảng cách tới bề mặt và góc bắn, từ đó tính toạ độ điểm. Mỗi vị trí đặt máy cho ra một đám mây điểm; kỹ thuật viên di chuyển máy qua nhiều vị trí để phủ hết công trình, rồi ghép các đám mây lại thành một khối thống nhất.
Ngoài máy đặt chân, còn có máy quét cầm tay hoặc đeo trên người, vừa đi vừa quét, nhanh hơn nhưng thường kém chính xác hơn, hợp với khảo sát sơ bộ hay không gian hẹp. Cách thứ ba là ảnh đo: chụp nhiều ảnh chồng phủ từ nhiều góc, phần mềm tìm điểm chung giữa các ảnh để dựng lại hình học — rẻ hơn về thiết bị nhưng nhạy với ánh sáng và bề mặt đơn điệu.
Khác biệt cốt lõi so với đo thủ công: đo thước là chọn trước những kích thước cần đo, còn quét là ghi lại toàn bộ bề mặt nhìn thấy được rồi mới quyết định lấy kích thước nào. Nhờ vậy khi thiết kế phát sinh câu hỏi mới — trần chỗ này cao bao nhiêu, dầm kia lệch bao nhiêu — có thể đo trên đám mây điểm mà không phải quay lại hiện trường.
Đám mây điểm tự nó chưa phải bản vẽ hay mô hình. Nó là dữ liệu thô rất nặng, cần người có chuyên môn xử lý, cắt lớp, vẽ lại thành các đối tượng tường, cột, sàn, cửa. Phần xử lý này thường tốn công hơn phần quét.
Khi nào nên quét 3D thay vì đo bằng thước
Quét 3D không thay được đo thủ công trong mọi trường hợp. Với căn phòng vuông vức cần sơn lại, thước và giấy là đủ. Những tình huống dưới đây là lúc quét thường cho lợi ích rõ.
- Cải tạo nhà phố, biệt thự cũ không còn bản vẽ, tường dày mỏng không đều, sàn và trần không phẳng.
- Cải tạo, sửa chữa chung cư cũ cần hiện trạng chính xác của khung kết cấu, cầu thang, hành lang để thiết kế phương án.
- Công trình có giá trị kiến trúc, lịch sử cần lưu giữ hình dạng trước khi trùng tu; mức chi tiết cao như phào chỉ, mái.
- Không gian kỹ thuật phức tạp: tầng hầm, phòng máy, trần kỹ thuật dày đặc ống, cần biết chỗ trống để đi thêm hệ thống mới.
- Theo dõi biến dạng: so sánh hai lần quét cách nhau một thời gian để thấy độ võng, nghiêng; việc đánh giá an toàn kết cấu vẫn phải do đơn vị kiểm định có chuyên môn kết luận.
- Nhận lại toà nhà mà hồ sơ thất lạc, cần dựng mô hình hiện trạng làm nền cho vận hành.
Một dấu hiệu thực dụng: nếu đội thiết kế dự kiến phải quay lại hiện trường đo bổ sung nhiều lần, hoặc sai lệch vài phân sẽ làm hỏng cấu kiện đặt làm sẵn như tủ, cửa, khung thép, thì chi phí quét thường được bù lại.
Ba cách thu thập hiện trạng: so sánh nhanh
Không có cách nào tốt nhất cho mọi công trình. Bảng dưới so theo những điểm thường quyết định lựa chọn; các nhận định là tương đối, phụ thuộc thiết bị và tay nghề cụ thể.
| Tiêu chí | Đo thước, máy đo khoảng cách cầm tay | Quét laser mặt đất | Ảnh đo nhiều góc |
|---|---|---|---|
| Mức đầy đủ | Chỉ những kích thước được chọn đo | Gần như toàn bộ bề mặt nhìn thấy | Toàn bộ bề mặt có đủ ảnh và kết cấu bề mặt |
| Độ chính xác hình học | Tốt ở kích thước đơn lẻ, kém ở hình tổng thể khi không vuông | Cao và đồng đều nếu ghép tốt | Phụ thuộc ánh sáng, độ chồng phủ, điểm khống chế |
| Thời gian hiện trường | Lâu với công trình lớn, phức tạp | Nhanh hơn với không gian phức tạp | Nhanh, nhưng dễ thiếu góc |
| Thời gian xử lý | Ít | Nhiều, cần người chuyên môn | Nhiều, cần máy tính mạnh |
| Điểm yếu | Sót, sai hình tổng thể | Bề mặt kính, gương, đen bóng; vùng khuất | Tường trơn một màu, chỗ tối, phản chiếu |
Thực tế nhiều đơn vị kết hợp: quét laser cho khung chính, ảnh đo cho mái và mặt ngoài, đo thước bổ sung chi tiết nhỏ. Điều quan trọng là thống nhất từ đầu sản phẩm cần nhận và độ chính xác cần đạt.
Quy trình từ quét đến mô hình
Các bước dưới đây mô tả một dự án scan to BIM điển hình cho công trình nhỏ và vừa. Với công trình lớn, các bước giống nhau nhưng mỗi bước được chia thành nhiều đợt.
- Thống nhất mục đích và sản phẩm: bản vẽ hai chiều hay mô hình 3D, mức chi tiết, độ chính xác, hệ toạ độ, định dạng bàn giao.
- Khảo sát và lập kế hoạch: chia khu vực, dự kiến vị trí đặt máy, điểm khống chế, thời gian vào từng phòng, đặc biệt nếu nhà đang có người ở.
- Chuẩn bị hiện trường: mở cửa thông các phòng, dọn bớt vật che chắn chỗ cần đo, bật đèn chỗ tối.
- Quét và chụp: đặt máy theo kế hoạch, đảm bảo vùng chồng giữa các vị trí, đo điểm khống chế nếu cần gắn vào hệ toạ độ chung.
- Ghép và làm sạch đám mây điểm: ghép các vị trí, kiểm sai số ghép, loại điểm nhiễu như người đi qua, phản xạ kính.
- Dựng bản vẽ hoặc mô hình theo mức chi tiết đã thống nhất; ghi chú chỗ suy đoán do bị che khuất.
- Kiểm tra: so một số kích thước kiểm tra đo tay với mô hình; đối chiếu mô hình với đám mây điểm.
- Bàn giao đám mây điểm, bản vẽ, mô hình, báo cáo độ chính xác và danh sách vùng chưa quét được.
Bước 1 quyết định chi phí. "Quét cả nhà làm mô hình" là yêu cầu quá mơ hồ; mô hình đến từng ổ cắm và mô hình chỉ có tường, sàn, cột chênh nhau rất nhiều công xử lý.
Sản phẩm nhận về và nên giữ những gì
Đám mây điểm đã ghép. Dữ liệu gốc, nặng nhưng quý nhất: sau này có câu hỏi mới vẫn đo được trên đó. Nên giữ bản đã làm sạch kèm thông tin hệ toạ độ.
Ảnh toàn cảnh tại các vị trí quét. Nhiều máy chụp kèm ảnh cầu, giúp người không chuyên "đi" quanh công trình trên máy tính và hiểu đám mây điểm đang thể hiện gì.
Bản vẽ hai chiều. Mặt bằng các tầng, mặt cắt, mặt đứng ở tỉ lệ đã thống nhất; đây là thứ đội thiết kế cải tạo dùng hằng ngày.
Mô hình 3D hoặc mô hình BIM hiện trạng. Các đối tượng tường, sàn, cột, dầm, cửa được dựng thành phần tử có thuộc tính. Nếu sau cải tạo có ý định vận hành bằng mô hình, nên yêu cầu ngay từ đầu.
Báo cáo độ chính xác và vùng thiếu. Ghi sai số ghép, phương pháp kiểm tra, và đặc biệt là những chỗ không quét được hoặc phải suy đoán. Người dùng sau cần biết điểm yếu của dữ liệu.
Độ chính xác thật và những gì máy quét không thấy
Máy quét chỉ ghi được bề mặt nhìn thấy. Ống nước âm tường, cốt thép trong cột, dầm bị trần thạch cao che, đường điện đi trong sàn — máy không thấy. Mô hình hiện trạng vì thế mô tả hình dạng hình học, không mô tả kết cấu bên trong; muốn biết bên trong cần khảo sát chuyên môn, mở thăm dò hoặc dùng thiết bị khác.
Bề mặt kính, gương, kim loại bóng, màu đen hấp thụ tia laser cho dữ liệu nhiễu hoặc trống. Đồ đạc trong nhà đang ở che mất chân tường, góc phòng; người dựng mô hình phải suy đoán và nên đánh dấu những chỗ suy đoán. Một mô hình "đẹp" không có ghi chú vùng suy đoán dễ khiến người dùng tin quá mức.
Độ chính xác cuối cùng còn phụ thuộc khâu ghép: ghép nhiều vị trí liên tiếp mà không có điểm khống chế có thể làm sai số dồn dần, nhất là trong nhà dài, nhiều tầng. Vì vậy nên yêu cầu báo cáo kiểm tra bằng kích thước đo tay độc lập ở vài chỗ cách xa nhau.
Về quyền riêng tư: đám mây điểm và ảnh toàn cảnh ghi lại toàn bộ nội thất, đồ đạc, giấy tờ để trên bàn, ảnh gia đình trên tường. Với nhà đang ở hoặc chung cư cũ có cư dân, nên báo trước, cho người ở cất đồ riêng tư, và thoả thuận với đơn vị quét về nơi lưu, thời hạn giữ và việc không dùng dữ liệu cho mục đích khác.
Chuẩn bị gì trước khi mời đơn vị quét
Phần lớn chi phí phát sinh và kết quả kém của một dự án quét hiện trạng đến từ khâu chuẩn bị sơ sài. Trước khi mời đơn vị, chủ nhà hoặc chủ đầu tư nên chuẩn bị sẵn những thông tin sau.
- Mục đích dùng kết quả: thiết kế cải tạo, đặt làm nội thất, lưu trữ công trình hay vận hành; mỗi mục đích cần mức chi tiết khác.
- Phạm vi: những tầng, phòng, mặt ngoài, mái nào cần quét; khu vực nào không được vào hoặc cần xin phép người ở.
- Tài liệu cũ có được: bản vẽ xin phép, bản vẽ hoàn công, ảnh cũ — giúp đơn vị đối chiếu và hiểu chỗ bị che khuất.
- Yêu cầu hệ toạ độ: có cần gắn vào toạ độ thửa đất, cao độ quốc gia hay chỉ cần hệ toạ độ cục bộ của công trình.
- Định dạng bàn giao mà đội thiết kế đang dùng, để tránh phải chuyển đổi nhiều lần gây mất dữ liệu.
- Lịch tiếp cận hiện trường: giờ được vào, người mở cửa, thời điểm ít người qua lại để giảm nhiễu.
Viết những điểm này thành một trang yêu cầu ngắn gửi kèm khi hỏi giá; các đơn vị sẽ báo giá trên cùng một cơ sở và dễ so sánh hơn.
Câu hỏi thường gặp
Quét 3D có thay được khảo sát kết cấu khi cải tạo nhà cũ không?
Không. Quét 3D cho hình dạng hình học chính xác của bề mặt nhìn thấy, rất hữu ích cho thiết kế. Đánh giá khả năng chịu lực, tình trạng cốt thép, vết nứt nguy hiểm phải do đơn vị khảo sát, kiểm định kết cấu có chuyên môn thực hiện.
Nên chọn quét laser hay chụp ảnh đo cho nhà phố cũ?
Với nội thất nhiều phòng nhỏ, tường trơn, ánh sáng yếu, quét laser thường cho kết quả ổn định hơn. Ảnh đo hợp với mặt ngoài, mái, nơi có ánh sáng tốt và bề mặt nhiều chi tiết. Nhiều đơn vị kết hợp cả hai.
Đám mây điểm có cần giữ lại sau khi đã có bản vẽ không?
Nên giữ. Bản vẽ chỉ thể hiện những gì người vẽ chọn; đám mây điểm còn chứa mọi bề mặt đã quét. Khi phát sinh câu hỏi trong thi công hoặc lần cải tạo sau, đo trên đám mây điểm rẻ hơn nhiều so với quay lại hiện trường.
Quét 3D một căn nhà mất bao lâu?
Phụ thuộc diện tích, số phòng, mức chi tiết và đồ đạc. Phần quét hiện trường thường nhanh hơn phần xử lý dựng bản vẽ, mô hình. Hãy yêu cầu đơn vị nêu riêng thời gian hiện trường và thời gian xử lý trong báo giá.
Có thể dùng điện thoại có cảm biến độ sâu để quét nhà không?
Một số điện thoại quét được không gian nhỏ ở mức tham khảo, hữu ích để ghi nhanh hình dạng phòng. Độ chính xác và độ ổn định không đủ cho thiết kế cải tạo hay đặt làm cấu kiện chính xác; khi đó nên dùng thiết bị chuyên dụng.