傾斜攝影與BIM融合技術(shù)在特大型橋梁建設(shè)上的應(yīng)用

周建敏，葉嘉庭，劉 輝，何武超

（1.寧波城市地下空間投資有限公司，浙江 寧波 315000；2.寧波通途投資開(kāi)發(fā)有限公司，浙江 寧波 315000；3.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092）

1 工程概況

中興大橋及接線工程起于寧波市中興路-江南路口，沿中興北路跨越甬江，止于青云路，全長(zhǎng)約2.62 km，是通途路與世紀(jì)大道間跨甬江重要的交通主干道。工程總投資22.6億元，主橋采用上層機(jī)動(dòng)車、下層非機(jī)動(dòng)車的雙層布置，主跨400 m，V型橋塔橋面以上高度37 m，為國(guó)內(nèi)外最大跨徑的單索面矮塔斜拉橋，如圖1所示。

中興大橋位于寧波莊橋機(jī)場(chǎng)60 m航空限高范圍內(nèi)，同時(shí)甬江航道要求主橋一跨過(guò)江，因此采用矮塔斜拉橋的方案，創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)外同類橋型的最大跨徑記錄。橋梁不僅設(shè)計(jì)難度高，施工過(guò)程中采用支架滑移、橋面吊機(jī)拼裝及豎向轉(zhuǎn)體等多種施工工藝，而且周邊環(huán)境復(fù)雜，地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜，地鐵3號(hào)線與大橋同步建設(shè)，沿線待拆遷建筑超過(guò)12萬(wàn)m2。

中興大橋建設(shè)條件苛刻、橋梁構(gòu)造復(fù)雜、施工工藝先進(jìn)、施工場(chǎng)地有限，因此項(xiàng)目從方案階段開(kāi)始使用BIM進(jìn)行正向設(shè)計(jì)，并積極引入傾斜攝影、虛擬現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)與BIM的融合應(yīng)用。

2 傾斜攝影技術(shù)

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新的測(cè)量技術(shù)。它改變了以往航測(cè)遙感影像只能從垂直方向拍攝的局限性，通過(guò)在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器，同時(shí)從垂直、傾斜不同的角度采集影像，同時(shí)記錄航高、航速、坐標(biāo)等參數(shù)，然后通過(guò)專業(yè)程序?qū)A斜影像進(jìn)行自動(dòng)分析和整理，從而獲得真實(shí)三維影像（見(jiàn)圖2）。

傾斜攝影具有很多技術(shù)優(yōu)勢(shì)。它通過(guò)快速的影像數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)化的三維建模實(shí)現(xiàn)外業(yè)、內(nèi)業(yè)的高效率工作，測(cè)繪精度達(dá)厘米級(jí)，構(gòu)建的三維場(chǎng)景真實(shí)反映地物的外觀、位置、高度等屬性，并且影像數(shù)據(jù)可量測(cè)，同時(shí)輸出DSM、DOM、三維網(wǎng)格模型、點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型等多種數(shù)據(jù)成果。

該項(xiàng)目在方案階段引入傾斜攝影技術(shù)，利用1臺(tái)旋翼攝影相機(jī)，2個(gè)工作人員花2 d時(shí)間即完成3.0 km2的現(xiàn)場(chǎng)拍攝，再利用2 d時(shí)間完成自動(dòng)建模。無(wú)論是外業(yè)影像拍攝還是內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理效率都大大提高（見(jiàn)圖3、圖4）。

通過(guò)傾斜攝影可以構(gòu)建工程的真實(shí)三維場(chǎng)景，輸出的點(diǎn)云數(shù)據(jù)格式可與達(dá)索、歐特克等多種BIM平臺(tái)兼容，直接應(yīng)用于三維場(chǎng)景設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖5）。

基于傾斜攝影數(shù)據(jù)的可量測(cè)性，結(jié)合項(xiàng)目的規(guī)劃條件，可準(zhǔn)確計(jì)算場(chǎng)地平整方量，且可用于明確可征范圍土地的物理屬性，了解地區(qū)內(nèi)河道、城市道路、市政配套設(shè)施及動(dòng)遷房分布情況等基礎(chǔ)信息，通過(guò)多次拍攝掌握?qǐng)龅卦趧?dòng)拆遷期間的動(dòng)態(tài)變化，輔助土地征用決算（見(jiàn)圖6）。

圖1 工程概況示意圖

圖2 正射攝影與傾斜攝影影像獲取之實(shí)景

圖3 傾斜攝影外業(yè)現(xiàn)場(chǎng)拍攝之實(shí)景

圖4 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理自動(dòng)空三匹配圖示

圖5 傾斜攝影之實(shí)景構(gòu)建真實(shí)三維場(chǎng)景之圖示

圖6 傾斜攝影數(shù)據(jù)測(cè)量土地方量之圖示

3 大橋BIM模型

基于達(dá)索3D EXPERIENCE R2015x平臺(tái)開(kāi)發(fā)面向道路交通設(shè)計(jì)的SMEDI-RDBIM系統(tǒng)，該系統(tǒng)分為地形建模、設(shè)計(jì)建模、BIM模型應(yīng)用和設(shè)計(jì)方案評(píng)估等4個(gè)模塊，如圖7所示。

圖7 自主研發(fā)SMEDI-RDBIM系統(tǒng)圖

軟件可進(jìn)行道路中心線平、縱設(shè)計(jì)，快速生成三維中心線；基于中心線、橫斷面等信息進(jìn)行道路模型的快速創(chuàng)建；一鍵式完成橋梁布跨設(shè)計(jì)，以及管線和附屬設(shè)施的設(shè)計(jì)。在方案模型基礎(chǔ)上可進(jìn)一步構(gòu)建主橋鋼結(jié)構(gòu)的精細(xì)化模型，如圖8所示。

圖8 利用SMEDI-RDBIM系統(tǒng)快速建模之圖示

4 傾斜攝影與BIM融合及虛擬現(xiàn)實(shí)

將傾斜攝影真實(shí)三維場(chǎng)景與橋梁工程BIM精確模型分別導(dǎo)出.fbx格式，在3ds max平臺(tái)進(jìn)行融合，并將融合后的模型導(dǎo)入U(xiǎn)nreal虛擬現(xiàn)實(shí)引擎，通過(guò)分析項(xiàng)目建設(shè)對(duì)周邊環(huán)境的影響確定橋梁方案。經(jīng)分析，矮塔斜拉橋與周邊環(huán)境融合良好，V型主塔象征“積極向上、正能量”，和橫梁一起，共建“面向世界、展望未來(lái)”的“未來(lái)之窗”。該項(xiàng)應(yīng)用在國(guó)內(nèi)大型市政橋梁工程中第一次實(shí)現(xiàn)了傾斜攝影與BIM技術(shù)的融合，并利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行方案比選（見(jiàn)圖9）。

借助虛擬現(xiàn)實(shí)統(tǒng)一的可視化協(xié)同平臺(tái)，有效地解決了不同設(shè)計(jì)專業(yè)之間的界面協(xié)同問(wèn)題，同時(shí)運(yùn)用虛擬決策優(yōu)選各方意見(jiàn)，綜合景觀效果、工程造價(jià)及實(shí)施條件等多種因素，確定設(shè)計(jì)內(nèi)容。通過(guò)設(shè)計(jì)師和專家的虛擬代入式體驗(yàn)，從合理性和人性化的角度，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，完善交通標(biāo)志、景觀及燈帶等細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖10）。

圖10 虛擬現(xiàn)實(shí)代入體驗(yàn)優(yōu)化細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)之圖示

5 結(jié)語(yǔ)

中興大橋建設(shè)條件苛刻、橋梁構(gòu)造復(fù)雜、施工場(chǎng)地有限、施工工藝先進(jìn)，為攻克項(xiàng)目的多項(xiàng)建設(shè)難題，從項(xiàng)目方案階段開(kāi)始使用BIM進(jìn)行正向設(shè)計(jì)，并積極引入傾斜攝影、虛擬現(xiàn)實(shí)先進(jìn)技術(shù)。在方案設(shè)計(jì)階段，利用傾斜攝影與BIM模型融合技術(shù)進(jìn)行方案比選，通過(guò)分析工程建設(shè)對(duì)周邊環(huán)境的影響確定最終方案。相比傳統(tǒng)的效果圖形式，由于傾斜攝影三維場(chǎng)景真實(shí)、BIM模型準(zhǔn)確，方案分析結(jié)論價(jià)值更高。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的代入式體驗(yàn)，不僅優(yōu)化了交通標(biāo)志、景觀及燈帶等細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，同時(shí)為建設(shè)各方的交流匯報(bào)提供了新的技術(shù)手段。