何 煉，丁建友，代普達(dá)，潘 東

（中國電建集團昆明勘測設(shè)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(chǔ)設(shè)施已不能完全滿足城市高速發(fā)展的需求。在經(jīng)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(yán)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(fù)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(zhì)提升、人居環(huán)境質(zhì)量提升，達(dá)到城市修補及生態(tài)修復(fù)的目的。針對以上現(xiàn)象，結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)BIM＋傾斜攝影技術(shù)以及自研的三維插件，實現(xiàn)云踏勘、虛擬現(xiàn)實的疊合設(shè)計、管網(wǎng)碰撞優(yōu)化、BIM正向協(xié)同設(shè)計等功能，完成對濱河道路、管線設(shè)計、堤防設(shè)計、河道等設(shè)計，助力城市修補及生態(tài)修復(fù)。

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

1 傾斜攝影技術(shù)

傾斜攝影技術(shù)是國際測繪領(lǐng)域近些年發(fā)展起來的一項高新技術(shù)，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(shù)以大范圍、高精度、高清晰的方式全面感知復(fù)雜場景，通過高效的數(shù)據(jù)采集設(shè)備及專業(yè)的數(shù)據(jù)處理流程生成的數(shù)據(jù)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(chǎn)效率，大大降低了三維模型數(shù)據(jù)采集的經(jīng)濟代價和時間代價［4］。

目前，國內(nèi)外已廣泛開展傾斜攝影測量技術(shù)的應(yīng)用，傾斜攝影建模數(shù)據(jù)也逐漸成為城市空間數(shù)據(jù)框架的重要內(nèi)容。將傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用到市政領(lǐng)域，能有效輔助平面市政道路的平面及縱斷面設(shè)計工作，極大減少設(shè)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(jù)交互如圖1所示。

圖1 傾斜攝影數(shù)據(jù)交互

2 模型融合技術(shù)

CADWPFOsgbPluginv1.2.1軟件是基于Civil 3D設(shè)計軟件以及傾斜攝影模型，進(jìn)行模型的二維三維融合的插件。該技術(shù)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(diào)繪、曲面構(gòu)建、曲面地形過濾、點云數(shù)據(jù)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(shè)計（如圖2所示），為設(shè)計人員提供了高精度實景傾斜三維模型設(shè)計場景，優(yōu)化設(shè)計體驗與設(shè)計精度，有效提高了測圖精度及效率，成果可導(dǎo)出多種格式。

圖2 模型數(shù)據(jù)疊合設(shè)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(nèi)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(shè)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(nèi)容。

3.1 濱河道路設(shè)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(fēng)貌格局。結(jié)合傾斜攝影模型融合技術(shù)，分析城市更新改造中復(fù)雜的邊界條件，將設(shè)計意圖在模型中進(jìn)行直觀表達(dá)，提高設(shè)計效率。

3.2 管網(wǎng)設(shè)計及優(yōu)化

3.2.1 管網(wǎng)設(shè)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(wǎng)建設(shè)。為杜絕滲漏，切斷外源污染，本次設(shè)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(jìn)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(wǎng)優(yōu)化

利用BIM軟件的市政管網(wǎng)設(shè)計功能，對項目中所有地下管線進(jìn)行了設(shè)計及出圖，并對雨水、污水、給水、中水、燃?xì)?、電力、通信等錯綜復(fù)雜的管線以及海綿城市設(shè)施進(jìn)行碰撞分析和優(yōu)化設(shè)計，避免了由于管線碰撞導(dǎo)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(jìn)行碰撞分析，事前檢測擬碰撞點，及時進(jìn)行設(shè)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(wǎng)虛擬現(xiàn)實技術(shù)監(jiān)測施工進(jìn)度

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

技術(shù)創(chuàng)新亮點包括：基于優(yōu)化改良的高效無人機數(shù)據(jù)采集處理技術(shù)方案，采用施工全景及傾斜模型實現(xiàn)施工現(xiàn)場形象進(jìn)度快速更新；基于施工業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)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(jìn)度情況；設(shè)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(jìn)度與質(zhì)量雙向管控。

3.3 BIM協(xié)同設(shè)計與集成

3.3.1 BIM正向協(xié)同設(shè)計

基于“云服務(wù)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(shè)計成果，開展協(xié)同設(shè)計，顯著提高了設(shè)計效率。

通過協(xié)同設(shè)計建立統(tǒng)一的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，包括圖層、顏色、線型、打印樣式等，在此基礎(chǔ)上，所有設(shè)計專業(yè)及人員在一個統(tǒng)一的平臺上進(jìn)行設(shè)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(dǎo)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(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量，對設(shè)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(wǎng)模型后，將傾斜攝影模型、BIM模型集成在Infraworks中進(jìn)行直觀展示，輔助進(jìn)行方案匯報、設(shè)計交底及施工應(yīng)用等功能。

4 結(jié) 論

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

（1）結(jié)合傾斜攝影技術(shù)和模型融合技術(shù)，對現(xiàn)場進(jìn)行云踏勘，分析現(xiàn)場邊界條件，實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實疊合設(shè)計，達(dá)到降本增效的目的。

（2）依托BIM正向協(xié)同設(shè)計，實現(xiàn)各專業(yè)間快速協(xié)同，并對管網(wǎng)的優(yōu)化進(jìn)行設(shè)計。避免后期返工，達(dá)到提質(zhì)增效的目的。

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