BIM+傾斜攝影在市政交通工程中的應(yīng)用研究

丁聰

摘? ? 要：近年來(lái)，社會(huì)的發(fā)展迅速，我國(guó)的市政工程的發(fā)展也有了改善。隨著市政交通事業(yè)的發(fā)展，市政交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的提高，BIM技術(shù)在市政交通行業(yè)的應(yīng)用逐漸興起，三維可視化模型作為其主要部分，越來(lái)越被人們關(guān)注。傾斜攝影作為一種新型的測(cè)繪手段，具有效率高、成本低、數(shù)據(jù)真實(shí)、操作靈活等特點(diǎn)，特別適合在自然環(huán)境苛刻的地方快速采集實(shí)景模型。相比傳統(tǒng)的效果圖，BIM+傾斜攝影更能真實(shí)地反映工程與周邊環(huán)境的融合度，可廣泛應(yīng)用于市政交通工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工調(diào)查、施工管理和運(yùn)維管理等環(huán)節(jié)，輔助工程全生命周期管理。

關(guān)鍵詞：BIM+傾斜攝影;市政交通工程;應(yīng)用研究

1? 引言

BIM技術(shù)是在眾多的信息技術(shù)中逐漸發(fā)展和應(yīng)用起來(lái)的一項(xiàng)新興技術(shù)。該技術(shù)的應(yīng)用已從最初的建筑領(lǐng)域逐漸延伸到其他工程領(lǐng)域。市政交通建設(shè)行業(yè)有別于建筑行業(yè)，不同于單體建筑，市政交通線路長(zhǎng)，多為帶狀工程，與地形結(jié)合緊密，周邊環(huán)境復(fù)雜，包含海量的地理信息，由于BIM的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的二維GIS數(shù)據(jù)已無(wú)法滿足工程的需要。市政交通工程周邊環(huán)境的三維模型傳統(tǒng)上采用3DMAX人工建模實(shí)現(xiàn)，這種方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效果也不是太理想。本文討論的傾斜攝影測(cè)量技術(shù)能夠真實(shí)地還原現(xiàn)狀環(huán)境，作為GIS信息的一種數(shù)據(jù)來(lái)源，具有可視化、精細(xì)化及高效化等優(yōu)點(diǎn)，與BIM結(jié)合，能夠較好地解決工程建設(shè)中存在的一些問(wèn)題，對(duì)市政交通工程建設(shè)具有重要意義。

2? BIM技術(shù)

BIM（BuildingInformationModeling，建筑信息模型）是利用數(shù)字模型對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)的過(guò)程，也就是說(shuō)，BIM是以模型為載體，承載建筑物整個(gè)生命周期內(nèi)的所有信息。應(yīng)用于BIM建模的軟件眾多，不同軟件的格式不盡相同，在智慧城市的建立過(guò)程中，格式的不同勢(shì)必帶來(lái)模型轉(zhuǎn)換的困難。IFC（IndustryFoundationClass，數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)）作為國(guó)際建筑行業(yè)中的工程數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，為智慧城市的建立解決了三維模型格式轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。IFC整體由四個(gè)層次構(gòu)建，從下到上分別是：信息資源層、信息框架層、信息共享層和領(lǐng)域?qū)印Ｃ總€(gè)層次都包含一些信息描述模塊，并且遵守一個(gè)原則：每個(gè)層次只能引用同層次和下層的信息資源，而不能引用上層資源。這樣上層資源變動(dòng)時(shí)，下層資源不受影響，保證信息描述的穩(wěn)定。

3? 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)介紹

傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是國(guó)際測(cè)繪遙感領(lǐng)域近年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)，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、傾斜等不同角度采集影像，獲取地面物體更為完整準(zhǔn)確的信息。該技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)在于它顛覆了以前正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，生成的三維模型效果逼真，更真實(shí)地反應(yīng)地物的實(shí)際情況，要素全面，測(cè)量精度高，已在國(guó)土資源管理、房產(chǎn)稅收、人口統(tǒng)計(jì)、數(shù)字城市、城市管理、應(yīng)急指揮、災(zāi)害評(píng)估、環(huán)保監(jiān)測(cè)、實(shí)景導(dǎo)航、工程建設(shè)等領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。目前，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于市政交通建設(shè)工程中有一套完整的工作流程，主要流程如下：（1）資料搜集與現(xiàn)場(chǎng)踏勘：主要搜集測(cè)圖區(qū)域的現(xiàn)有地形圖、影像資料、設(shè)計(jì)資料等，并對(duì)搜集到的資料進(jìn)行核查，評(píng)價(jià)資料的可信度與可利用度，了解測(cè)區(qū)范圍內(nèi)的地物、氣象條件、高程變化、交通情況、測(cè)量控制點(diǎn)的位置及保存情況，以及測(cè)區(qū)周邊范圍內(nèi)的軍隊(duì)、機(jī)場(chǎng)等敏感區(qū)域的相關(guān)情況。（2）數(shù)據(jù)采集：包括像控測(cè)量和影像數(shù)據(jù)的采集。（3）傾斜攝影建模：利用影像數(shù)據(jù)、POS信息及控制成果生成實(shí)景三維模型。（4）模型融合處理：將傾斜攝影生成的實(shí)景模型與BIM模型整合。（5）模型的應(yīng)用分析：整合模型在交通建設(shè)工程中的具體應(yīng)用與分析。

4? BIM+傾斜攝影在市政交通工程中的應(yīng)用

4.1? BIM輕量化

BIM輕量化方法多種多樣，要綜合考慮模型現(xiàn)狀和應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。BIM輕量化可以有效地提高加載效率。市政交通工程中的BIM數(shù)據(jù)通常是道路和橋梁模型，可以選擇以下的處理方法。（1）篩選特殊構(gòu)件單獨(dú)處理。比如一些橋梁模型中的螺栓，一個(gè)螺栓的面片數(shù)達(dá)到數(shù)十萬(wàn)甚至上百萬(wàn)，如果直接可視化應(yīng)用效果很差，而從信息化管理的角度，并不關(guān)注螺栓的形態(tài)和屬性，理應(yīng)刪除或者替換。人們根據(jù)螺栓的特征信息，對(duì)螺栓進(jìn)行實(shí)例化，批量篩選出螺栓，進(jìn)而根據(jù)需要?jiǎng)h除或者減面。（2）刪除重復(fù)點(diǎn)。在保持了模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的前提下，刪除模型中的重復(fù)點(diǎn)。降低模型幾何信息復(fù)雜度，提高加載效率。（3）三角網(wǎng)簡(jiǎn)化。三角網(wǎng)的數(shù)量是影響模型顯示效率的重要因素。三角網(wǎng)簡(jiǎn)化的原理，是統(tǒng)計(jì)場(chǎng)景中模型對(duì)象的三角面數(shù)的極大極小范圍值，按指定簡(jiǎn)化過(guò)濾范圍，以及簡(jiǎn)化率，對(duì)場(chǎng)景中的全部對(duì)象或選中對(duì)象進(jìn)行簡(jiǎn)化的方法。簡(jiǎn)化三角網(wǎng)可以大幅提升加載效率。

4.2? 虛擬漫游展示

傾斜攝影模型另外一個(gè)重要應(yīng)用就是交互式漫游場(chǎng)景制作。傾斜攝影技術(shù)生成的實(shí)景模型數(shù)據(jù)量一般都較大，對(duì)于3DMAX來(lái)說(shuō)，無(wú)法加載這么大體量的數(shù)據(jù)，由于Bentley的平臺(tái)對(duì)這種大體量的數(shù)據(jù)支持得比較好，可將整合后的模型導(dǎo)出至LumenRT，并進(jìn)行修飾，最終輸出交互式場(chǎng)景及漫游動(dòng)畫。交互式場(chǎng)景適用于方案討論，能夠快速查看模型中的細(xì)節(jié)信息;漫游動(dòng)畫適用于快速瀏覽模型的整體信息。

4.3? 用地統(tǒng)計(jì)分析

目前拆遷量的統(tǒng)計(jì)主要有兩種方式：一種是實(shí)地調(diào)查和量測(cè)，雖然實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，但對(duì)于房屋密集地區(qū)往往因通視條件差、GPS信號(hào)差等原因無(wú)法順利完成全部的統(tǒng)計(jì)工作，同時(shí)外業(yè)工作量也較大;另一種方式是在航測(cè)正攝影像上量取投影面積，這種方式一定程度上減少了外業(yè)工作量，但房屋層數(shù)和材質(zhì)不能準(zhǔn)確獲取，無(wú)法準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)拆遷量。通過(guò)傾斜攝影技術(shù)建立的實(shí)景三維模型，能夠較全面地反應(yīng)房屋的信息，從而能夠?qū)κ姓煌üこ碳t線范圍內(nèi)的房屋面積、層數(shù)及材質(zhì)等信息進(jìn)行準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)。在實(shí)景三維模型上，同時(shí)可以很方便地判斷出綠化的面積、植被的種類，并通過(guò)與GIS系統(tǒng)對(duì)接，可以準(zhǔn)確地反應(yīng)出綠化的權(quán)屬等信息。

4.4? WebGL無(wú)插件瀏覽

WebGL是一項(xiàng)可以在瀏覽器中繪制、顯示三維計(jì)算圖形并與之交互的技術(shù)。曾經(jīng)只有高端的計(jì)算機(jī)或?qū)ｉT的游戲終端才能渲染三維圖形，因?yàn)檫@需要大量復(fù)雜的編程才能實(shí)現(xiàn)。然而隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展和HTML5標(biāo)準(zhǔn)的成熟，使用網(wǎng)頁(yè)技術(shù)渲染三維圖形也成為可能。與OpenGL和Direct3D不同，WebGL程序可存在于網(wǎng)頁(yè)中并在瀏覽器中執(zhí)行，而不必安裝任何其他的插件和庫(kù)。在B/S架構(gòu)下，將處理好的傾斜攝影和BIM數(shù)據(jù)通過(guò)Server發(fā)布為標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)，在前端利用WebGL加載顯示，帶來(lái)流暢的體驗(yàn)效果。

5? 結(jié)語(yǔ)

基于傾斜攝影測(cè)量技術(shù)獲得的實(shí)景模型，直觀地為智慧城市的建設(shè)提供了大范圍真實(shí)的地理環(huán)境，建筑信息模型貫穿于建筑物整個(gè)生命周期，承載了建筑物在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)的整個(gè)生命過(guò)程中的所有信息，為智慧城市的建設(shè)提供了豐富的全面的建筑物信息。智慧城市的建設(shè)并不是信息的整合，而是全要素信息的集成、共享和服務(wù)，也是現(xiàn)勢(shì)性與全面性信息的深層次集成，這樣的信息集成才是智慧城市建設(shè)的初衷。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)與BIM技術(shù)的融合，并不是簡(jiǎn)單的組合，需要兩種模型之間有良好的轉(zhuǎn)換環(huán)境與轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)，另外需要解決在模型融合過(guò)程中原有信息的遺失或錯(cuò)誤?，F(xiàn)有軟件中有部分三維軟件可以滿足多種模型的融合，但是依然無(wú)法避免由于模型轉(zhuǎn)換帶來(lái)的信息遺失或錯(cuò)誤的問(wèn)題，這也將是接下來(lái)的研究方向。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周建敏，葉嘉庭，劉輝等.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[J].城市道橋與防洪，2018（8）：331～333+34.

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