嚴嘉耕 李云飛 馬宏亮

【摘 要】?近年來，無人機傾斜攝影測量技術是測繪工作的重大發(fā)展，技術成果得到了廣泛應用，包括測繪工程、房建工程等。利用無人機傾斜攝影技術獲得測繪區(qū)域內的圖像數據和方位坐標數據從而構造三維模型，以及通過利用BIM建模技術繪制出的工程高精度三維模型，最后通過sky-line軟件平臺對兩種三維模型的數據進行了融合，并綜上分析了該模型在融合前后的各個方面特點和應用。文章結合工程實際情況完成了相應的科學技術論證，以期為今后房建項目施工階段BIM應用提供參考。

【關鍵詞】無人機; BIM技術應用; 三維傾斜攝影

BIM技術與三維傾斜攝影技術結合，借助信息化技術對施工場地土石方量的精準核算以及土方調配，合理地進行施工場地布置，實現標準化施工。

將BIM技術和三維傾斜攝影技術結合，解決項目施工過程中土方工程量計算及挖填方過程機械調配，并且利用三維傾斜攝影沙盤模型進行施工場地布置，借信息化技術輔助施工項目節(jié)約成本、標準化施工、提高施工效率，為房建工程項目施工信息化改革提供新思路。

1 項目概況

本建筑項目是西昌市川興城中村棚戶區(qū)改造工程項目，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，項目內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，且該項目的水文地質條件相對較差、涉及的專業(yè)多、地下管網錯綜復雜，施工范圍狹長，過程中出現的問題有一定排查和定位的困難，設備、裝置和供應商的信息龐雜，管理上的難度較大。對此在施工中應用智慧工地系統(tǒng)+BIM技術，輔助項目施工，保證項目成本、物資、進度、以及施工安全質量的精細化管控（圖1）。

2 關鍵技術

2.1 無人機三維傾斜攝影技術

無人機傾斜攝影測量技術主要含義是指通過利用無人機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面的高分辨率紋理數據。它不但能夠真實詳細地反映地物的存在情況，而且還能高精度地掌握抄測區(qū)域的紋理和地貌信息，以及通過精準定位、融合、建模等技術，生成具有實景三維的建筑地形圖。項目根據拍攝各個相對方位的圖像和數據，進行了預先計算、修正圖像的誤差、平差分析和解算、生成高密度點云數據、自動制作出三角格網，最終生成實景精準原始地面測繪模型，工程人員依據模型進行數據提取，作為土方工程量計算基礎數據。同時根據設計施工圖，在原始地面測繪圖中建立設計構造模型，借助BIM技術對兩個模型進行扣減，精準計算工程量。

2.2 三維建模技術

BIM技術受到了各個行業(yè)的高度關注，特別是建筑施工行業(yè)，對BIM三維建模技術的研究應用已成為各行業(yè)的熱潮。BIM技術構建建筑三維模型的關鍵技術要點包括信息互交標準、三維數字技術、數據存儲及訪問技術、信息集成平臺等要素。項目施工人員可從BIM模型中獲得材質、光線、視角等信息，并可以通過調整BIM模型對三維建筑場景進而改變，以此提高施工人員工作效率。傾斜攝影建模軟件Contextcapture可以與多種數據格式相兼容，可同時以Openscenegraphbi-nary文件（.osgb）、Lodtreeexport、3mx等多種格式導出。（.osgb）格式的數據文件主要是根據二進制文件方式進行存儲的，而同時自帶嵌入式鏈接紋理的三維數據，能將三維模型的所有數據進行歸并組合成為連續(xù)的數據群綜合存儲。與Bentley開發(fā)的Contextcapture軟件.s3c格式相同，以一個文件的形式對數據進行了存儲和管理，同時用很多瓦片的形式對它們進行數據生成，缺點是三維模型的數據體量比較大。在建模的過程中，軟件可以把目標區(qū)域分割成幾個子域，子域又可被細分成多個瓦片數，瓦片之下則為其他各個層級的金字塔數據。其次，應用中的Revit都是軟件自動創(chuàng)建的BIM模型，通常以如Rvt或者Fbx等文檔文件格式進行存儲。Fbx同樣以二進制的數據形式進行三維數據源的存儲，都是完全閉合的數據且能同時在不同的操作平臺上直接實現三維場景數據源間互換的多種數據格式，以場景的形式保存著三維數據源的集合。此次課題研究主要內容是通過應用sky-line模型軟件對三維傾斜攝影模型和Revit生成的三維結構模型進行數據分析并融合。sky-line軟件平臺具備了傾斜三維模型和BIM等多種模型的數據引出端口，并且能以3dml文件的形式直接進行存儲。 3dml是種三維模型的數據互交標準，可以促進各類三維數據模型的統(tǒng)一，形成三維模型的數據庫，因為其具有良好的數據交換、數據分析共享的通用性，從而可以實現三維數據的廣泛大眾化應用。同時BIM模型進行融合后，模型的所有屬性和信息依舊保留，在sky -line軟件中可以實現對建筑物的屬性搭載，方便了后期施工過程的應用（圖2）。

3 三維傾斜攝影與BIM技術在工程管理中的應用

3.1 準備工作

川興項目場地周邊高壓線，電線電纜較多，以及場地內剩有未拆除完的建筑，平均地面高程1 534 m，相對高差在10 m左右，場地相對狹長，飛行方案設置為飛行高度50 m，以短邊為主路線，采用S型路線，進行數據采集，保證航向數據采集重疊率大于60 %，同時以5個不同角度進行數據影像收集，計劃拍攝6 000張影像資料。因為對像控點的布置大小數量和精確度都會直接影響到航測生成模型的精確度，所以對于像控點的布設設置成50 m見方方格網布置。

3.2 三維傾斜攝影

項目選用大疆御2專業(yè)版無人機，根據其單次飛行時間約為25 min，制定測區(qū)分段布設，對單次飛行路線提前制定拍攝距離設定。無人機航測區(qū)域以項目紅線范圍及外延100 m為界，目的是保證紅線區(qū)域內模型建立的精確性，同時無人機航測過程中的照片POS數據采用PPK天線與地面GPS測量儀進行確定，保證照片定位數據精度滿足建模精度要求。最后航測過程中選擇晴天飛行，確保整個過程的安全性，以及霧天或則陰天，天氣對后期模型創(chuàng)建效果和精確度的影響（圖3）。

3.3 BIM模型創(chuàng)建

根據傾斜攝影，及項目控制點坐標，設定好項目坐標基點，參照設計圖紙利用Revit進行原狀地貌和實際地面標高的數據輸入，為加強地形精度彌補地形變化復雜、等高線缺失等問題，增加相應補測點，進行方格網數據的相互補充，以保證BIM模型的準確性和可參考性。以及通過搭建施工場地布置BIM模型，對施工現場的材料堆放，塔吊安裝位置等布局情況進行一個三維模型創(chuàng)建，以便對后續(xù)土方工程量，及土方開挖機械調配進行合理布置，同時考慮到后續(xù)融合的三維傾斜攝影，一起加強對現場標準化建設的控制與管理（圖4）。

3.4 模型數據融合并獲取精準土方量

sky-line軟件中的Citybuilder可以應用Photomesh建立的網格模型文件，用cont-excapture或者pho-tonmesh創(chuàng)建的文件導入到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中進行兩類模型數據的融合。

利用融合后的三維數據模型生成DEM文件，將三維實景模型與依據項目設計圖紙繪制的BIM模型進行綜合比對，并考慮實際情況和根據場地平整、土方劃分原則進行項目調配區(qū)的劃分，在兩種模型對比的基礎上選取分區(qū)的土方進行土方量的自動計算。以及在利用設計標高等設計數據的基礎上建立場地平整完工后的模型，并在現場實景建模的基礎上進行兩種模型的比對，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 應用

針對實際施工場地的情況，建立三維仿真實景模型大大提高了土方測量的計算精度與效率，也為土方調配的科學和合理性提供了基礎保障，同時利用BIM仿真實景模型進行施工場地的布置和動態(tài)仿真，有助于實現施工場地的有效運行管理，根據實際施工進度，分階段、分區(qū)域對土方進行仿真實景土方開挖，顯示交通組織計劃、大型設備的使用、物料堆放和加工場地以及臨時性施工設備的使用是否正確合理，并且通過對于進場的道路位置、機器設備和建筑物材料的堆放、現場施工中的防火布局等進行了全方位的模擬，有效地對施工現場的安全性進行了綜合計劃和管理，以確保項目的合理、有序地進行施工。

4 結束語

相比于采用方格直線網法、等高線網法、三角線網法、斷面法等多種傳統(tǒng)的建筑土方工程測量計算方法，具有很多場地測量計算上的局限性、測量過程數據容易遺漏、計算結果準確性相對差較大，通過建立三維實景模型，將三維實景模型與BIM模型比對獲取精準土方量計算的方法，減少了現場測量原始地形等數據的工作量，同時提高了計算準確度和效率，優(yōu)化了土方挖填過程中的機械動態(tài)調配，并且利用三維傾斜攝影沙盤模型進行施工場地布置，借信息化技術輔助施工項目節(jié)約成本、實施標準化施工、提高施工效率。在未來的發(fā)展中，應注重對于BIM技術和三維傾斜攝影技術的分析與應用，讓其能夠更大程度地發(fā)揮作用。

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