BIM＋傾斜攝影在城市更新改造中的應用

何 煉，丁建友，代普達，潘 東

（中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明 650051）

0 前 言

城市發(fā)展日新月異，城市配套基礎設施已不能完全滿足城市高速發(fā)展的需求。在經濟落后城鎮(zhèn)，河道開發(fā)最早，上下游存在大量過度使用的情況，這造成城市河道流量過小、污染嚴重、侵占河道空間等問題，成為了城市難以根治的問題。同時隨著市民對美好生活的向往，對城市升級改造城市生態(tài)系統(tǒng)修復提出的全新的要求［1］。河道治理成為了城市改造的優(yōu)先對象，其主要針對河道品質提升、人居環(huán)境質量提升，達到城市修補及生態(tài)修復的目的。針對以上現(xiàn)象，結合當前先進BIM＋傾斜攝影技術以及自研的三維插件，實現(xiàn)云踏勘、虛擬現(xiàn)實的疊合設計、管網碰撞優(yōu)化、BIM正向協(xié)同設計等功能，完成對濱河道路、管線設計、堤防設計、河道等設計，助力城市修補及生態(tài)修復。

BIM＋傾斜攝影技術將廣泛應用于城市各類項目中，分析復雜的城市邊界條件，進行空間三維重構［2］。該技術得到中國勘察設計協(xié)會、中國市政工程協(xié)會、中國建筑裝飾協(xié)會的認可，獲得了多項獎勵。

1 傾斜攝影技術

傾斜攝影技術是國際測繪領域近些年發(fā)展起來的一項高新技術，它顛覆了以往正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從1個垂直、4個傾斜等5個不同的角度采集影像，將用戶引入了符合人眼視覺的真實直觀世界。傾斜攝影測量技術以大范圍、高精度、高清晰的方式全面感知復雜場景，通過高效的數(shù)據采集設備及專業(yè)的數(shù)據處理流程生成的數(shù)據成果直觀反映地物的外觀、位置、高度等屬性，為真實效果和測繪級精度提供保證［3］。同時有效提升模型的生產效率，大大降低了三維模型數(shù)據采集的經濟代價和時間代價［4］。

目前，國內外已廣泛開展傾斜攝影測量技術的應用，傾斜攝影建模數(shù)據也逐漸成為城市空間數(shù)據框架的重要內容。將傾斜攝影技術應用到市政領域，能有效輔助平面市政道路的平面及縱斷面設計工作，極大減少設計與實際工程之間信息不匹配的問題。傾斜攝影成果可與絕大部分的三維軟件及平臺兼容。傾斜攝影數(shù)據交互如圖1所示。

圖1 傾斜攝影數(shù)據交互

2 模型融合技術

CADWPFOsgbPluginv1.2.1軟件是基于Civil 3D設計軟件以及傾斜攝影模型，進行模型的二維三維融合的插件。該技術提供多層級傾斜三維模型加載到AutoCAD、Civil3D中，實現(xiàn)對傾斜三維模型的多層級漫游、動態(tài)調繪、曲面構建、曲面地形過濾、點云數(shù)據的二維和三維采集編輯工具等操作。在Civil 3D中實現(xiàn)二維線條與三維線條的疊合設計（如圖2所示），為設計人員提供了高精度實景傾斜三維模型設計場景，優(yōu)化設計體驗與設計精度，有效提高了測圖精度及效率，成果可導出多種格式。

圖2 模型數(shù)據疊合設計

3 城市更新改造

以河南某城市更新改造工程為例，該工程內容主要包含：左岸新建堤防、右岸新建提防、新建左右岸濱河道路、沿堤岸敷設截污管道、2座人行景觀橋、給排水工程、電力電信工程、渠水、灌河濕地公園、桂花主題園、市民廣場等景觀提升改造等內容。

3.1 濱河道路設計

沿陶家河新建濱河道路，著力打造慢行通道，不搞大填挖，避免高邊坡，全力保護好沿河自然山水風貌格局。結合傾斜攝影模型融合技術，分析城市更新改造中復雜的邊界條件，將設計意圖在模型中進行直觀表達，提高設計效率。

3.2 管網設計及優(yōu)化

3.2.1 管網設計

陶家河西岸污水工程起于陶家河水庫，止于新華橋處，為截污管網建設。為杜絕滲漏，切斷外源污染，本次設計把左岸現(xiàn)狀截污管遷改上岸。右岸全線遷改上岸。污水最終進入下游的處理廠，實現(xiàn)陶家河兩岸截污系統(tǒng)的全線貫通。

3.2.2 管網優(yōu)化

利用BIM軟件的市政管網設計功能，對項目中所有地下管線進行了設計及出圖，并對雨水、污水、給水、中水、燃氣、電力、通信等錯綜復雜的管線以及海綿城市設施進行碰撞分析和優(yōu)化設計，避免了由于管線碰撞導致的施工返工，有效控制了投資。碰撞流程如圖3所示。

圖3 BIM碰撞檢查流程

在BIM軟件中對擬建管線進行碰撞分析，事前檢測擬碰撞點，及時進行設計優(yōu)化，避免施工浪費，有效控制投資。生成碰撞報告明確碰撞的位置，如圖4所示。

圖4 碰撞檢查

3.2.3 管網虛擬現(xiàn)實技術監(jiān)測施工進度

首先進行數(shù)據采集，對飛行線路進行優(yōu)化，采用三段式快速拍攝。收集數(shù)據后，通過預處理小工具進行模板式批量制作方案。最后將實體與實景拍攝相結合，實現(xiàn)無人機＋虛擬現(xiàn)實技術的全要素監(jiān)測。

技術創(chuàng)新亮點包括：基于優(yōu)化改良的高效無人機數(shù)據采集處理技術方案，采用施工全景及傾斜模型實現(xiàn)施工現(xiàn)場形象進度快速更新；基于施工業(yè)務結構化分解，實現(xiàn)工程報量、BIM模型、施工全景及傾斜三維的深度融合，全方位掌握進度情況；設計模型與施工實景模型的多次疊加對比分析，虛擬與現(xiàn)實的對比，進度與質量雙向管控。

3.3 BIM協(xié)同設計與集成

3.3.1 BIM正向協(xié)同設計

基于“云服務器＋快捷方式”協(xié)同模式，道路、軟基、交通、管線、橋隧、排洪渠等多個專業(yè)相互引用中間設計成果，開展協(xié)同設計，顯著提高了設計效率。

通過協(xié)同設計建立統(tǒng)一的設計標準，包括圖層、顏色、線型、打印樣式等，在此基礎上，所有設計專業(yè)及人員在一個統(tǒng)一的平臺上進行設計，從而減少現(xiàn)行各專業(yè)之間由于溝通不暢或溝通不及時導致的錯、漏、碰、缺，真正實現(xiàn)所有圖紙信息元的單一性，實現(xiàn)一處修改其他自動修改，提升設計效率和設計質量，對設計項目的規(guī)范化管理起到重要作用。

3.3.2 BIM模型大場景集成

完成道路、管網模型后，將傾斜攝影模型、BIM模型集成在Infraworks中進行直觀展示，輔助進行方案匯報、設計交底及施工應用等功能。

4 結 論

該研究結果表明，利用BIM技術（正向協(xié)同設計、管網優(yōu)化設計、大場景集合）、傾斜攝影技術和模型融合技術，能簡單高效地將設計成果與實際情況高度貼合，避免圖紙返工，提高設計效率，在城市修補及生態(tài)修復工程中有廣泛的應用空間。形成的主要結論如下：

（1）結合傾斜攝影技術和模型融合技術，對現(xiàn)場進行云踏勘，分析現(xiàn)場邊界條件，實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實疊合設計，達到降本增效的目的。

（2）依托BIM正向協(xié)同設計，實現(xiàn)各專業(yè)間快速協(xié)同，并對管網的優(yōu)化進行設計。避免后期返工，達到提質增效的目的。

（3）依托BIM技術，將傾斜攝影模型、路網模型等設計成果集成在Infraworks中，進行可視化展示，為后期施工做指導。