三維傾斜攝影與BIM技術(shù)在房建項(xiàng)目中的應(yīng)用

嚴(yán)嘉耕 李云飛 馬宏亮

【摘 要】?近年來(lái)，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是測(cè)繪工作的重大發(fā)展，技術(shù)成果得到了廣泛應(yīng)用，包括測(cè)繪工程、房建工程等。利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)獲得測(cè)繪區(qū)域內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)和方位坐標(biāo)數(shù)據(jù)從而構(gòu)造三維模型，以及通過(guò)利用BIM建模技術(shù)繪制出的工程高精度三維模型，最后通過(guò)sky-line軟件平臺(tái)對(duì)兩種三維模型的數(shù)據(jù)進(jìn)行了融合，并綜上分析了該模型在融合前后的各個(gè)方面特點(diǎn)和應(yīng)用。文章結(jié)合工程實(shí)際情況完成了相應(yīng)的科學(xué)技術(shù)論證，以期為今后房建項(xiàng)目施工階段BIM應(yīng)用提供參考。

【關(guān)鍵詞】無(wú)人機(jī); BIM技術(shù)應(yīng)用; 三維傾斜攝影

BIM技術(shù)與三維傾斜攝影技術(shù)結(jié)合，借助信息化技術(shù)對(duì)施工場(chǎng)地土石方量的精準(zhǔn)核算以及土方調(diào)配，合理地進(jìn)行施工場(chǎng)地布置，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化施工。

將BIM技術(shù)和三維傾斜攝影技術(shù)結(jié)合，解決項(xiàng)目施工過(guò)程中土方工程量計(jì)算及挖填方過(guò)程機(jī)械調(diào)配，并且利用三維傾斜攝影沙盤模型進(jìn)行施工場(chǎng)地布置，借信息化技術(shù)輔助施工項(xiàng)目節(jié)約成本、標(biāo)準(zhǔn)化施工、提高施工效率，為房建工程項(xiàng)目施工信息化改革提供新思路。

1 項(xiàng)目概況

本建筑項(xiàng)目是西昌市川興城中村棚戶區(qū)改造工程項(xiàng)目，該建筑規(guī)劃占地90 921 m2，總規(guī)劃建筑面積約3 787 264 m2，基坑深度15 m，項(xiàng)目?jī)?nèi)部建有鋼筋集中加工廠、污水處理廠，涵蓋商業(yè)住宅樓、房屋、地下車庫(kù)，且該項(xiàng)目的水文地質(zhì)條件相對(duì)較差、涉及的專業(yè)多、地下管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，施工范圍狹長(zhǎng)，過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題有一定排查和定位的困難，設(shè)備、裝置和供應(yīng)商的信息龐雜，管理上的難度較大。對(duì)此在施工中應(yīng)用智慧工地系統(tǒng)+BIM技術(shù)，輔助項(xiàng)目施工，保證項(xiàng)目成本、物資、進(jìn)度、以及施工安全質(zhì)量的精細(xì)化管控（圖1）。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)

無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)主要含義是指通過(guò)利用無(wú)人機(jī)上所搭載的鏡頭多方位拍攝，從而得到建筑物頂面或地形表面及其側(cè)面的高分辨率紋理數(shù)據(jù)。它不但能夠真實(shí)詳細(xì)地反映地物的存在情況，而且還能高精度地掌握抄測(cè)區(qū)域的紋理和地貌信息，以及通過(guò)精準(zhǔn)定位、融合、建模等技術(shù)，生成具有實(shí)景三維的建筑地形圖。項(xiàng)目根據(jù)拍攝各個(gè)相對(duì)方位的圖像和數(shù)據(jù)，進(jìn)行了預(yù)先計(jì)算、修正圖像的誤差、平差分析和解算、生成高密度點(diǎn)云數(shù)據(jù)、自動(dòng)制作出三角格網(wǎng)，最終生成實(shí)景精準(zhǔn)原始地面測(cè)繪模型，工程人員依據(jù)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，作為土方工程量計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)施工圖，在原始地面測(cè)繪圖中建立設(shè)計(jì)構(gòu)造模型，借助BIM技術(shù)對(duì)兩個(gè)模型進(jìn)行扣減，精準(zhǔn)計(jì)算工程量。

2.2 三維建模技術(shù)

BIM技術(shù)受到了各個(gè)行業(yè)的高度關(guān)注，特別是建筑施工行業(yè)，對(duì)BIM三維建模技術(shù)的研究應(yīng)用已成為各行業(yè)的熱潮。BIM技術(shù)構(gòu)建建筑三維模型的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)包括信息互交標(biāo)準(zhǔn)、三維數(shù)字技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及訪問(wèn)技術(shù)、信息集成平臺(tái)等要素。項(xiàng)目施工人員可從BIM模型中獲得材質(zhì)、光線、視角等信息，并可以通過(guò)調(diào)整BIM模型對(duì)三維建筑場(chǎng)景進(jìn)而改變，以此提高施工人員工作效率。傾斜攝影建模軟件Contextcapture可以與多種數(shù)據(jù)格式相兼容，可同時(shí)以O(shè)penscenegraphbi-nary文件（.osgb）、Lodtreeexport、3mx等多種格式導(dǎo)出。（.osgb）格式的數(shù)據(jù)文件主要是根據(jù)二進(jìn)制文件方式進(jìn)行存儲(chǔ)的，而同時(shí)自帶嵌入式鏈接紋理的三維數(shù)據(jù)，能將三維模型的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行歸并組合成為連續(xù)的數(shù)據(jù)群綜合存儲(chǔ)。與Bentley開發(fā)的Contextcapture軟件.s3c格式相同，以一個(gè)文件的形式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了存儲(chǔ)和管理，同時(shí)用很多瓦片的形式對(duì)它們進(jìn)行數(shù)據(jù)生成，缺點(diǎn)是三維模型的數(shù)據(jù)體量比較大。在建模的過(guò)程中，軟件可以把目標(biāo)區(qū)域分割成幾個(gè)子域，子域又可被細(xì)分成多個(gè)瓦片數(shù)，瓦片之下則為其他各個(gè)層級(jí)的金字塔數(shù)據(jù)。其次，應(yīng)用中的Revit都是軟件自動(dòng)創(chuàng)建的BIM模型，通常以如Rvt或者Fbx等文檔文件格式進(jìn)行存儲(chǔ)。Fbx同樣以二進(jìn)制的數(shù)據(jù)形式進(jìn)行三維數(shù)據(jù)源的存儲(chǔ)，都是完全閉合的數(shù)據(jù)且能同時(shí)在不同的操作平臺(tái)上直接實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)源間互換的多種數(shù)據(jù)格式，以場(chǎng)景的形式保存著三維數(shù)據(jù)源的集合。此次課題研究主要內(nèi)容是通過(guò)應(yīng)用sky-line模型軟件對(duì)三維傾斜攝影模型和Revit生成的三維結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并融合。sky-line軟件平臺(tái)具備了傾斜三維模型和BIM等多種模型的數(shù)據(jù)引出端口，并且能以3dml文件的形式直接進(jìn)行存儲(chǔ)。 3dml是種三維模型的數(shù)據(jù)互交標(biāo)準(zhǔn)，可以促進(jìn)各類三維數(shù)據(jù)模型的統(tǒng)一，形成三維模型的數(shù)據(jù)庫(kù)，因?yàn)槠渚哂辛己玫臄?shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)分析共享的通用性，從而可以實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的廣泛大眾化應(yīng)用。同時(shí)BIM模型進(jìn)行融合后，模型的所有屬性和信息依舊保留，在sky -line軟件中可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物的屬性搭載，方便了后期施工過(guò)程的應(yīng)用（圖2）。

3 三維傾斜攝影與BIM技術(shù)在工程管理中的應(yīng)用

3.1 準(zhǔn)備工作

川興項(xiàng)目場(chǎng)地周邊高壓線，電線電纜較多，以及場(chǎng)地內(nèi)剩有未拆除完的建筑，平均地面高程1 534 m，相對(duì)高差在10 m左右，場(chǎng)地相對(duì)狹長(zhǎng)，飛行方案設(shè)置為飛行高度50 m，以短邊為主路線，采用S型路線，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，保證航向數(shù)據(jù)采集重疊率大于60 %，同時(shí)以5個(gè)不同角度進(jìn)行數(shù)據(jù)影像收集，計(jì)劃拍攝6 000張影像資料。因?yàn)閷?duì)像控點(diǎn)的布置大小數(shù)量和精確度都會(huì)直接影響到航測(cè)生成模型的精確度，所以對(duì)于像控點(diǎn)的布設(shè)設(shè)置成50 m見方方格網(wǎng)布置。

3.2 三維傾斜攝影

項(xiàng)目選用大疆御2專業(yè)版無(wú)人機(jī)，根據(jù)其單次飛行時(shí)間約為25 min，制定測(cè)區(qū)分段布設(shè)，對(duì)單次飛行路線提前制定拍攝距離設(shè)定。無(wú)人機(jī)航測(cè)區(qū)域以項(xiàng)目紅線范圍及外延100 m為界，目的是保證紅線區(qū)域內(nèi)模型建立的精確性，同時(shí)無(wú)人機(jī)航測(cè)過(guò)程中的照片POS數(shù)據(jù)采用PPK天線與地面GPS測(cè)量?jī)x進(jìn)行確定，保證照片定位數(shù)據(jù)精度滿足建模精度要求。最后航測(cè)過(guò)程中選擇晴天飛行，確保整個(gè)過(guò)程的安全性，以及霧天或則陰天，天氣對(duì)后期模型創(chuàng)建效果和精確度的影響（圖3）。

3.3 BIM模型創(chuàng)建

根據(jù)傾斜攝影，及項(xiàng)目控制點(diǎn)坐標(biāo)，設(shè)定好項(xiàng)目坐標(biāo)基點(diǎn)，參照設(shè)計(jì)圖紙利用Revit進(jìn)行原狀地貌和實(shí)際地面標(biāo)高的數(shù)據(jù)輸入，為加強(qiáng)地形精度彌補(bǔ)地形變化復(fù)雜、等高線缺失等問(wèn)題，增加相應(yīng)補(bǔ)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行方格網(wǎng)數(shù)據(jù)的相互補(bǔ)充，以保證BIM模型的準(zhǔn)確性和可參考性。以及通過(guò)搭建施工場(chǎng)地布置BIM模型，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的材料堆放，塔吊安裝位置等布局情況進(jìn)行一個(gè)三維模型創(chuàng)建，以便對(duì)后續(xù)土方工程量，及土方開挖機(jī)械調(diào)配進(jìn)行合理布置，同時(shí)考慮到后續(xù)融合的三維傾斜攝影，一起加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的控制與管理（圖4）。

3.4 模型數(shù)據(jù)融合并獲取精準(zhǔn)土方量

sky-line軟件中的Citybuilder可以應(yīng)用Photomesh建立的網(wǎng)格模型文件，用cont-excapture或者pho-tonmesh創(chuàng)建的文件導(dǎo)入到Citybuilder中，并生成3DML文件，即能在Lodtree-export窗口中顯示的區(qū)域傾斜攝影三維模型，最后在sky-line中進(jìn)行兩類模型數(shù)據(jù)的融合。

利用融合后的三維數(shù)據(jù)模型生成DEM文件，將三維實(shí)景模型與依據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)圖紙繪制的BIM模型進(jìn)行綜合比對(duì)，并考慮實(shí)際情況和根據(jù)場(chǎng)地平整、土方劃分原則進(jìn)行項(xiàng)目調(diào)配區(qū)的劃分，在兩種模型對(duì)比的基礎(chǔ)上選取分區(qū)的土方進(jìn)行土方量的自動(dòng)計(jì)算。以及在利用設(shè)計(jì)標(biāo)高等設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立場(chǎng)地平整完工后的模型，并在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景建模的基礎(chǔ)上進(jìn)行兩種模型的比對(duì)，得到不同分區(qū)的土方施工量以及選定土塊的土方量（圖5）。

3.5 應(yīng)用

針對(duì)實(shí)際施工場(chǎng)地的情況，建立三維仿真實(shí)景模型大大提高了土方測(cè)量的計(jì)算精度與效率，也為土方調(diào)配的科學(xué)和合理性提供了基礎(chǔ)保障，同時(shí)利用BIM仿真實(shí)景模型進(jìn)行施工場(chǎng)地的布置和動(dòng)態(tài)仿真，有助于實(shí)現(xiàn)施工場(chǎng)地的有效運(yùn)行管理，根據(jù)實(shí)際施工進(jìn)度，分階段、分區(qū)域?qū)ν练竭M(jìn)行仿真實(shí)景土方開挖，顯示交通組織計(jì)劃、大型設(shè)備的使用、物料堆放和加工場(chǎng)地以及臨時(shí)性施工設(shè)備的使用是否正確合理，并且通過(guò)對(duì)于進(jìn)場(chǎng)的道路位置、機(jī)器設(shè)備和建筑物材料的堆放、現(xiàn)場(chǎng)施工中的防火布局等進(jìn)行了全方位的模擬，有效地對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的安全性進(jìn)行了綜合計(jì)劃和管理，以確保項(xiàng)目的合理、有序地進(jìn)行施工。

4 結(jié)束語(yǔ)

相比于采用方格直線網(wǎng)法、等高線網(wǎng)法、三角線網(wǎng)法、斷面法等多種傳統(tǒng)的建筑土方工程測(cè)量計(jì)算方法，具有很多場(chǎng)地測(cè)量計(jì)算上的局限性、測(cè)量過(guò)程數(shù)據(jù)容易遺漏、計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性相對(duì)差較大，通過(guò)建立三維實(shí)景模型，將三維實(shí)景模型與BIM模型比對(duì)獲取精準(zhǔn)土方量計(jì)算的方法，減少了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量原始地形等數(shù)據(jù)的工作量，同時(shí)提高了計(jì)算準(zhǔn)確度和效率，優(yōu)化了土方挖填過(guò)程中的機(jī)械動(dòng)態(tài)調(diào)配，并且利用三維傾斜攝影沙盤模型進(jìn)行施工場(chǎng)地布置，借信息化技術(shù)輔助施工項(xiàng)目節(jié)約成本、實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化施工、提高施工效率。在未來(lái)的發(fā)展中，應(yīng)注重對(duì)于BIM技術(shù)和三維傾斜攝影技術(shù)的分析與應(yīng)用，讓其能夠更大程度地發(fā)揮作用。

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