徐艷群，叢中方，錢志強(qiáng)，呂恰旭，苗忠艷，劉 玉

（山東文登抽水蓄能有限公司，山東省威海市 264200）

0 引言

安全文明施工策劃是項(xiàng)目管理的關(guān)鍵組成部分，對(duì)項(xiàng)目順利實(shí)施以及質(zhì)量都有很重要的影響[2]。抽水蓄能電站安全文明施工策劃主要指電站施工現(xiàn)場(chǎng)的辦公、生活、作業(yè)、設(shè)備材料堆放、臨時(shí)道路等區(qū)域所有臨建設(shè)施的規(guī)劃以及施工現(xiàn)場(chǎng)所有部位的隔離、防護(hù)、警戒、應(yīng)急、監(jiān)控、告知、安全文化宣傳等所有安全標(biāo)識(shí)的規(guī)劃。施工現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)施若布置不當(dāng)就需拆除后重新布置，導(dǎo)致二次搬運(yùn)耗時(shí)費(fèi)力。因此，優(yōu)秀的安全文明施工策劃能夠使項(xiàng)目安全、工期進(jìn)度、質(zhì)量和利潤(rùn)達(dá)到最佳目標(biāo)[3]。

作者研究分析了現(xiàn)有安全文明施工中策劃、現(xiàn)場(chǎng)安全布置、安全設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化等環(huán)節(jié)中的局限性與不足，為科學(xué)、合理、規(guī)范地布置施工現(xiàn)場(chǎng)，并對(duì)提高布局設(shè)計(jì)的工作效率，確保施工現(xiàn)場(chǎng)的安全性，減少施工現(xiàn)場(chǎng)的二次搬運(yùn)，降低建設(shè)項(xiàng)目成本[4]，探索提升現(xiàn)場(chǎng)布置策劃的合理性、便捷性，引入三維建模、三維地理信息系統(tǒng)等技術(shù)手段，研發(fā)電站安全文明施工三維策劃系統(tǒng)，提升策劃效率及效果，優(yōu)化策劃流程。

1 背景

每年基建單位組織施工項(xiàng)目部開展各部位安全文明施工標(biāo)準(zhǔn)化策劃工作，但對(duì)現(xiàn)場(chǎng)臨建及安全設(shè)施的布置規(guī)劃一般僅通過文字描述及局部施工平面布置圖的形式體現(xiàn)（見圖1左），存在效果有限，直觀性差，且不利于開展審查，策劃的指導(dǎo)性作用較弱等問題，主要體現(xiàn)在以下方面：

策劃前，施工項(xiàng)目部人員需通過現(xiàn)場(chǎng)勘察、測(cè)量放線等方式了解施工現(xiàn)狀等基本情況，存在工作量大、過程復(fù)雜的問題。

策劃時(shí)，往往不能充分考慮臨建設(shè)施或安全設(shè)施的材質(zhì)、規(guī)格尺寸進(jìn)行合理布置，策劃質(zhì)量有限，導(dǎo)致在實(shí)施過程中反復(fù)修正，策劃合理性不強(qiáng)，效率低。

即便要求各施工項(xiàng)目部委托廣告公司將平面策劃圖生成三維效果圖，但因廣告公司對(duì)施工現(xiàn)狀、構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)、安全設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)要求等了解不夠，導(dǎo)致效果差，且制作費(fèi)用較高，經(jīng)濟(jì)性差。

造成以上問題的主要原因是由于傳統(tǒng)的策劃方案是基于二維地圖而設(shè)計(jì)，二維地圖通常情況下只是將現(xiàn)實(shí)中的三維事物以二維平面圖的形式表示出來，在表達(dá)空間信息上存在很多的局限性，表達(dá)形式不夠形象直觀，這導(dǎo)致它在處理空間數(shù)據(jù)尤其是多維空間數(shù)據(jù)時(shí)存在一定的缺陷。

因此，用三維地圖的表示方式去表達(dá)和處理真實(shí)場(chǎng)景中的三維對(duì)象和空間數(shù)據(jù)，更具真實(shí)性、直觀性、方位性及立體性等諸多優(yōu)點(diǎn)[5]，既可以解決常規(guī)二維表達(dá)方式的欠缺，也可以根據(jù)需要容納所需的各種空間信息數(shù)據(jù)（見圖1右）。

圖1 平面策劃與三維策劃效果對(duì)比Figure 1 Comparison between layouts of 2D and 3D planning

2 三維策劃系統(tǒng)的開發(fā)

目前，三維地理信息系統(tǒng)技術(shù)在城市規(guī)劃、勘測(cè)設(shè)計(jì)、城市安全等多個(gè)領(lǐng)域都已經(jīng)得到了廣泛有效的應(yīng)用，以三維地圖為基礎(chǔ)開發(fā)一套直觀、簡(jiǎn)易、實(shí)用的三維策劃系統(tǒng)已具備條件。

2.1 三維地圖制作流程

三維地圖的制作首先需要對(duì)要制作的區(qū)域進(jìn)行前期規(guī)劃，數(shù)據(jù)采集，然后制作模型場(chǎng)景和模型輸出的修飾美化處理、切換及格式轉(zhuǎn)換等，最后平臺(tái)導(dǎo)入及數(shù)據(jù)發(fā)布。三維實(shí)景地圖制作流程如下（見圖2）。

2.2 平臺(tái)建立與數(shù)據(jù)獲取

平臺(tái)采用三維引擎為技術(shù)核心模塊，以衛(wèi)星影像、無人機(jī)航拍和現(xiàn)場(chǎng)照片、施工設(shè)計(jì)CAD圖等為基礎(chǔ)素材，實(shí)現(xiàn)安全文明設(shè)施三維展示仿真效果。

采集包括現(xiàn)場(chǎng)地形地貌數(shù)據(jù)、無人機(jī)航拍數(shù)據(jù)和建筑單體數(shù)據(jù)。地形地貌數(shù)據(jù)主要通過人工實(shí)地進(jìn)行采集，將收集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間矯正，使之與衛(wèi)星影像圖吻合，最后通過三維技術(shù)立體測(cè)圖實(shí)現(xiàn)逼真的三維效果。

圖2 三維地圖制作流程圖Figure 2 Flow chart for the making of 3D maps

立體測(cè)圖主要通過高分辨率遙感或航空攝影獲取目標(biāo)區(qū)域的正射影像圖（DOM）、數(shù)字高程模型（DEM）和矢量地形要素?cái)?shù)據(jù)（DLG）。另外，通過對(duì)空三加密生成的數(shù)字表面模型（DSM），使用數(shù)字微分糾正技術(shù)對(duì)地表所有起伏的原始投影中由于成像投影產(chǎn)生的幾何形變與位移進(jìn)行處理，有效地消除高大建筑物對(duì)其他地表信息（較矮建筑物、道路、停車場(chǎng)、植被等）的遮蔽[6]，獲得真正射投影影像（TDOM），從而生成更自然真實(shí)的三維影像。

外業(yè)采集部分主要是利無人機(jī)機(jī)載相機(jī)和人工拍攝等方式獲得地面各類建筑物的結(jié)構(gòu)和外表紋理。利用專業(yè)無人機(jī)航線設(shè)定系統(tǒng)對(duì)無人機(jī)的航線進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)際飛行時(shí)，五個(gè)機(jī)載相機(jī)根據(jù)航線設(shè)定的拍攝坐標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)拍攝，通過無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)獲取所需區(qū)域五個(gè)不同角度（正視、前視、后視、左視、右視）數(shù)據(jù)[7]。人工拍攝盡量在水平方向?qū)ㄖ⒚媾臄z，獲取正視影像；對(duì)同一側(cè)面需要在不同角度、不同距離拍攝一定數(shù)量的全貌相片及細(xì)節(jié)照片。

2.3 數(shù)據(jù)處理與顯示

模型較為復(fù)雜時(shí)，在不影響顯示效果前提下，降低圖片分辨率及視頻幀率來減少不必要細(xì)節(jié)，降低GPU占用率，提升處理效率。

使用數(shù)據(jù)庫管理模型數(shù)據(jù)，解析管理模型原始數(shù)據(jù)，通過分析模型文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)模型讀取和繪制的流程，將模型顯示組件整合到地圖軟件中實(shí)現(xiàn)模型動(dòng)態(tài)和靜態(tài)顯示[8]。

通過空三解算、三維點(diǎn)云、影像預(yù)處理等技術(shù)處理生成DOM、DSM點(diǎn)云，使之與三維模型無偏差吻合[7]，生成電站的三維實(shí)景模型。

同時(shí)建立各類地形及建筑物的屬性查詢功能，將獲得到的各項(xiàng)原始屬性數(shù)據(jù)記錄保存。

2.4 安全文明施工三維策劃系統(tǒng)開發(fā)內(nèi)容

2.4.1 構(gòu)建抽水蓄能電站三維場(chǎng)景

根據(jù)抽水蓄能電站現(xiàn)有施工布置、施工進(jìn)度等，創(chuàng)建施工三維總布置圖，該圖視覺真切清晰，覆蓋整個(gè)工程施工作業(yè)面，三維總布置圖中包括已有安全設(shè)置，施工設(shè)備、加工場(chǎng)，施工臨時(shí)營(yíng)地等全部設(shè)施。

2.4.2 建立抽水蓄能電站安全文明施工設(shè)施模型庫

安全文明施工設(shè)施模型庫模型根據(jù)國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司《抽水蓄能電站工程安全文明施工設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化圖冊(cè)》及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際配備的安全設(shè)施建立，確保模型庫模型符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，且模型數(shù)量齊全。

設(shè)施的三維模型主要通過三維軟件建模、圖像+視頻建模、儀器設(shè)備測(cè)量建模這三種三維數(shù)字建模方法[4]，本次采用三維軟件建模和圖像+視頻建模這兩種方法。

2.4.3 開發(fā)抽水蓄能電站安全設(shè)施布置系統(tǒng)

研究開發(fā)安全設(shè)施布置系統(tǒng)，在電站工程三維施工總布置場(chǎng)景上，根據(jù)安全文明施工策劃方案的要求，從安全文明施工設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)模型庫中選用合適的模型，用戶在三維場(chǎng)景中可動(dòng)態(tài)布置安全施工設(shè)施，完成安全文明施工設(shè)施布置策劃，并能導(dǎo)出安全文明施工策劃布置效果圖（見圖3）。

圖3 策劃管理功能界面，實(shí)現(xiàn)三維效果圖中布置和修改安全設(shè)施Figure 3 Interface of planning management application, through which placement and modification of safety facilities can be realized in 3D map

3 三維策劃系統(tǒng)的應(yīng)用

首先對(duì)施工前需實(shí)施的安全文明施工設(shè)施進(jìn)行分類分項(xiàng)統(tǒng)計(jì)，形成專項(xiàng)，然后根據(jù)策劃方案將專項(xiàng)安全文明施工設(shè)施的三維模型布置在制作好的三維地圖上，從而形成整體的、系統(tǒng)的各專項(xiàng)的三維布置圖，可作為施工圖直接實(shí)施，從而顯著提高工作效率，并能夠規(guī)范、統(tǒng)一現(xiàn)場(chǎng)的安全文明施工要求可達(dá)到創(chuàng)建高起點(diǎn)、高標(biāo)準(zhǔn)、高水平的安全文明施工樣板工程的目標(biāo)[9]。

三維策劃布置圖包括基礎(chǔ)施工階段、主體施工階段及設(shè)備安裝調(diào)試階段，每個(gè)階段都要結(jié)合施工圖紙與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施布置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化的三維效果圖布置[10]。

3.1 系統(tǒng)訪問

本系統(tǒng)軟件部署于建設(shè)單位的機(jī)房服務(wù)器上，通過單位局域網(wǎng)，各部門通過布設(shè)于各部門的終端計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)授權(quán)登錄訪問和相應(yīng)的權(quán)限操作，各施工項(xiàng)目部人員通過設(shè)立于業(yè)主辦公樓的公用計(jì)算機(jī)進(jìn)行授權(quán)登錄訪問和相應(yīng)的權(quán)限操作。

3.2 方便易用的模型庫

系統(tǒng)具備模型庫，內(nèi)置了按新源公司國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司《抽水蓄能電站工程安全文明施工設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化圖冊(cè)》標(biāo)準(zhǔn)建立的各類三維模型，包括安全標(biāo)識(shí)、設(shè)施設(shè)備等，通過模型庫可以實(shí)現(xiàn)快速查看、編輯、新增、刪除模型。

3.3 提升策劃編輯效率

可直接將三維模型庫中已有的模型加載于三維地圖中，并能批量布置安全標(biāo)識(shí)。通過鍵盤鼠標(biāo)能靈活對(duì)模型的擺放位置、大小、旋轉(zhuǎn)角度及顯示比例等進(jìn)行快速調(diào)整，以獲得更真實(shí)的視覺效果，實(shí)現(xiàn)“所見即所得”。

不同的施工單位分配不同的策劃編輯權(quán)限，可同時(shí)在同一平臺(tái)上分別策劃自己的方案，協(xié)同工作，提升效率。

對(duì)局部部位再次規(guī)劃或調(diào)整的也可利用本系統(tǒng)進(jìn)行快速布置，達(dá)到日常策劃修改及調(diào)整的目的。

3.4 直觀真切的立體視覺效果

傳統(tǒng)策劃方案只能通過文字描述及平面圖來對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全設(shè)施進(jìn)行布置，存在直觀性不強(qiáng)、空間信息缺失等痛點(diǎn)。而通過三維策劃系統(tǒng)的應(yīng)用，能有效地提升現(xiàn)場(chǎng)文明施工設(shè)施布置的視覺效果，達(dá)到了自然真實(shí)的視覺體驗(yàn)（見圖4）。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)三維模型及三維安全標(biāo)識(shí)在三維圖上的布置Figure 4 Standard 3D model and it presentation in 3D map

3.5 三維導(dǎo)航

通過預(yù)先設(shè)定需要審查的場(chǎng)景區(qū)域并按其位置順序編制成導(dǎo)航路徑（路徑根據(jù)需要可設(shè)置多條），建設(shè)單位、監(jiān)理單位根據(jù)審查的需要，可方便快捷地調(diào)用預(yù)先設(shè)定好的導(dǎo)航路徑來協(xié)助完成策劃方案的審查，并可監(jiān)督策劃方案的執(zhí)行，極大地提升了審查工作的效率。

3.6 策劃方案模板

可將策劃好的方案作為模板進(jìn)行保存，使用本系統(tǒng)的各個(gè)施工單位都可相互學(xué)習(xí)，互相借鑒，促進(jìn)項(xiàng)目安全施工管理規(guī)范化、合理化、全面化，使安全文明施工設(shè)施策劃配置更科學(xué)、更全面、更合理，不留漏洞。

優(yōu)秀的策劃方案可通過系統(tǒng)向其他電站推薦共享，起到交流推廣的作用，提高電站安全文明施工的策劃水平和管理水平。

3.7 日常策劃管理

日常施工作業(yè)中，由施工單位按照策劃圖開展施工作業(yè)，建設(shè)單位、監(jiān)理單位監(jiān)督策劃執(zhí)行，對(duì)局部部位需要再次規(guī)劃或調(diào)整的由施工單位利用系統(tǒng)進(jìn)行日常策劃調(diào)整，指導(dǎo)安全設(shè)施的施工。

3.8 系統(tǒng)維護(hù)（三維效果圖更新）

系統(tǒng)開發(fā)單位根據(jù)需要對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行定期更新維護(hù)，對(duì)最新的施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)展?fàn)顩r，將需要布置的新設(shè)施通過衛(wèi)星、無人機(jī)航拍等方式在電站三維圖中展現(xiàn)。

3.9 年度三維策劃

每年年底，建設(shè)單位組織各施工單位編制施工進(jìn)度計(jì)劃，并結(jié)合施工進(jìn)度計(jì)劃編制各施工作業(yè)面的安全文明施工策劃方案。

系統(tǒng)開發(fā)單位會(huì)同相關(guān)單位根據(jù)策劃方案將建筑物、臨建設(shè)施、安全設(shè)施等模型布設(shè)于三維圖中，完成三維效果圖的制作。

由建設(shè)單位組織監(jiān)理、設(shè)計(jì)、施工等各參建方開展年度三維策劃圖審查，經(jīng)審查修改通過后，生成下一年度的三維效果圖，指導(dǎo)下年度施工（見圖5）。

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全站的三維地圖展示、導(dǎo)航、漫游等功能，便于施工策劃人員使用該系統(tǒng)便捷地完成策劃工作，也便于工程管理人員快速直觀地了解現(xiàn)場(chǎng)施工策劃情況，實(shí)時(shí)掌握全站作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的施工設(shè)施的規(guī)劃、布置情況，極大地提高了安全文明施工管控的力度和時(shí)效性。

圖5 策劃成果功能界面，可分年度查看策劃內(nèi)容Figure 5 Interface of planning outcome, which can be viewed by years

4 結(jié)束語

抽水蓄能電站施工現(xiàn)場(chǎng)安全文明施工三維策劃系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用使得策劃成果自然、直觀、真切，操作的便捷降低了策劃的工作量及成本，提高了策劃工作的效率；也是施工單位開展日常策劃工作的助手，提升了施工管理水平，也提升了各參建單位安全管理水平。通過本系統(tǒng)的應(yīng)用，優(yōu)化了策劃及管理流程，取得了明顯的效果。

本系統(tǒng)具有通用性及可復(fù)制性，可廣泛應(yīng)用于各類建設(shè)工程及工程建設(shè)的各個(gè)階段（基礎(chǔ)施工階段、主體施工階段及設(shè)備安裝調(diào)試等），可向所有建設(shè)單位推廣應(yīng)用，使安全文明施工策劃更具科學(xué)性、合理性及規(guī)范性。