楊俊

（貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州貴陽 550000）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的高速公路建設(shè)管理模式也發(fā)生了巨大的改變，從最初的粗放型管理，到現(xiàn)在的精細(xì)化、信息化、智能化管理，朝著綠色、低碳、節(jié)約的方向穩(wěn)步邁進(jìn)，智慧工地、綠色建造已成為高速公路項(xiàng)目建設(shè)發(fā)展的必然。

1 施工場地布置的重要性

施工場地布置作為施工組織設(shè)計(jì)的重要組成部分，對(duì)施工的正常有序進(jìn)行具有重要影響。隨著科學(xué)的進(jìn)步，技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于施工現(xiàn)場布置的要求也不斷提高。目前，信息化技術(shù)發(fā)展迅速，如何順應(yīng)時(shí)代，融入信息化技術(shù)發(fā)展的潮流，如何簡化基本程序、加快審批速度、降低施工造價(jià)、增加社會(huì)效益等成了當(dāng)下建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵問題。如今信息技術(shù)發(fā)展迅速，信息化進(jìn)程蓬勃發(fā)展，沒有信息化就沒有現(xiàn)代化，以信息化驅(qū)動(dòng)現(xiàn)代化，是實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興和中國夢的必然選擇。傳統(tǒng)的二維施工場地布置是在施工人員了解施工周圍環(huán)境、施工組織設(shè)計(jì)要求的情況下僅憑經(jīng)驗(yàn)和推測對(duì)施工場地進(jìn)行布置，且在二維設(shè)計(jì)條件下，需要進(jìn)行大量的繪圖工作，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場不同的布局設(shè)計(jì)，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，導(dǎo)致人們不愿意進(jìn)行多方面設(shè)計(jì)。因此，對(duì)施工組織設(shè)計(jì)的優(yōu)化勢在必行，通過利用無人機(jī)傾斜攝影，構(gòu)建項(xiàng)目區(qū)三維實(shí)景數(shù)字地面模型，再利用BIM技術(shù)建立項(xiàng)目實(shí)景模型，并合理完善施工便道、臨時(shí)場站等的設(shè)計(jì)及設(shè)置[1]。

貴州省作為我國唯一一個(gè)沒有平原支撐的多山省份。境內(nèi)山巒起伏，溝壑縱橫，植被茂密，地形非常復(fù)雜[2]。這也導(dǎo)致了該區(qū)域的高速公路橋隧比高，施工難度大，工程造價(jià)高。如何高效地進(jìn)行施工組織，在有限的場地上合理布置項(xiàng)目駐地、進(jìn)場便道、預(yù)制場、拌和站、鋼筋加工場等臨時(shí)設(shè)施，是一個(gè)項(xiàng)目能否順利推進(jìn)的重中之重。通過在貴州興義環(huán)城高速公路項(xiàng)目、納晴高速、貴州烏平高速等項(xiàng)目中的不斷探索、總結(jié)，將無人機(jī)傾斜攝影+BIM技術(shù)應(yīng)用到項(xiàng)目施工組織設(shè)計(jì)中來，保障后續(xù)施工的順利開展，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、高效的目的。

2 無人機(jī)傾斜攝影的應(yīng)用

隨著無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，使得無人機(jī)攝影測量技術(shù)用于大規(guī)模三維模型構(gòu)建成為主流方式。傾斜攝影技術(shù)誕生雖然只有20余年，但該技術(shù)已逐漸成熟，應(yīng)用于各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域。

山區(qū)高速公路因其路線長、地形復(fù)雜、植被茂密，路線復(fù)雜、臨建設(shè)計(jì)不僅測量工作量大，還存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)，通過采用傾斜攝影技術(shù)，創(chuàng)建實(shí)景三維模型，有效避免了傳統(tǒng)徒步踏勘方式帶來的視覺局限、以點(diǎn)概面，導(dǎo)致后續(xù)便道、臨時(shí)場站建設(shè)不合理、不經(jīng)濟(jì)等問題。

2.1 航拍方案的制定

在進(jìn)行航拍前，需要收集項(xiàng)目的地形圖、路線平面圖、重點(diǎn)構(gòu)筑物設(shè)計(jì)圖、交通圖、天氣預(yù)報(bào)、空中限制區(qū)等項(xiàng)目相關(guān)資料，劃定航拍區(qū)域，并結(jié)合現(xiàn)場地形狀況、可視度等制定航拍方案。為確保后續(xù)三維模型的位置精確，需將航拍坐標(biāo)體系及高程體系與施工設(shè)計(jì)圖相統(tǒng)一，為提高航拍數(shù)據(jù)精度，還需在已有控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上設(shè)置加密控制點(diǎn)，加密控制點(diǎn)需設(shè)置在露天空曠、視線較好的位置。

2.2 全景拍攝

采用無人機(jī)搭載五目專業(yè)相機(jī)，按照既定的方案對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行全景拍攝，拍攝范圍覆蓋擬建高速路線兩側(cè)300～500m范圍，還包括擬建項(xiàng)目駐地、臨時(shí)場站、棄土場、臨時(shí)便道等區(qū)域[3]。為提高成圖精度，拍攝時(shí)，可適當(dāng)降低飛行高度及飛行速度，并選擇較好的氣候條件進(jìn)行拍攝，以確足夠的照度，太陽高度角應(yīng)大于45°，陰影不應(yīng)大于1倍。

2.3 三維實(shí)景成圖

采用ContextCapture完成本次航測的后期GIS數(shù)據(jù)處理。ContextCapture是一款功能齊全的三維建模軟件，可以快速為各種類型的基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目生成反映現(xiàn)實(shí)環(huán)境的三維模型，用傾斜攝影技術(shù)拍攝照片，根據(jù)照片參數(shù)以及控制點(diǎn)等信息計(jì)算輸出相應(yīng)的GIS成果，以供項(xiàng)目全景總體控制及后期深度加工使用，圖1為三維實(shí)景圖。圖像質(zhì)量特別強(qiáng)調(diào)圖像清晰，對(duì)比度適中，顏色飽和，顏色明亮，色調(diào)一致，并且同一功能部件的色調(diào)基本相同，具有更豐富的層次，可以區(qū)分與地面分辨率兼容的小型地面物體的圖像，并且可以建立清晰的三維模型。照片上應(yīng)避免片狀云、大面積煙霧、陰影、鏤空等缺陷，以保障基礎(chǔ)資料在后續(xù)建模過程中的有效性。對(duì)存在缺、漏或不滿足要求的部分，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)拍。

圖1三維實(shí)景圖

2.4 使用效果評(píng)價(jià)

通過無人機(jī)傾斜攝影，采用三維實(shí)景建模技術(shù)將重點(diǎn)工程周圍環(huán)境實(shí)景還原，使專業(yè)人員能夠站在俯視的高度，總體把握項(xiàng)目實(shí)際地形地貌，為后續(xù)施工組織提供直觀、科學(xué)、合理、高效的決策依據(jù)，極大地提高了生產(chǎn)效率。

利用模型自帶的坐標(biāo)、高程數(shù)據(jù)，解決因項(xiàng)目區(qū)地形復(fù)雜、地勢陡峭帶來的測量定位難、丈量難、記錄難和分析難的問題，解放了雙手，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，提高了工作效率。

充分利用三維實(shí)景模型對(duì)地面河流、植被、田地的完整、直觀記錄，在臨建設(shè)施設(shè)置時(shí)，能準(zhǔn)確地對(duì)上述地塊進(jìn)行合理避讓，促進(jìn)了對(duì)環(huán)境的保護(hù)，有利于綠色公路的建設(shè)。

通過建立三維數(shù)字地面實(shí)景模型，將項(xiàng)目實(shí)體與周圍環(huán)境融為一體做成電子沙盤，充分展示項(xiàng)目區(qū)內(nèi)全景狀況，便于項(xiàng)目管理各層級(jí)對(duì)施工相關(guān)方案進(jìn)行直觀溝通、交流、傳達(dá)、落實(shí)。電子沙盤見圖2。

圖2 電子沙盤

3 BIM技術(shù)的仿真應(yīng)用

BIM技術(shù)是Autodesk公司在2002年率先提出，通過建立虛擬的建筑工程三維模型，利用數(shù)字化技術(shù)，為這個(gè)模型提供完整的、與實(shí)際情況一致的建筑工程信息庫。長期以來，受在成本及技術(shù)方面的限制，建筑三維實(shí)體模型基本是建立在單一平面上或是采用地形圖+高程形成的數(shù)字地面虛擬模型上，數(shù)字地面模型僅能體現(xiàn)地形的起伏，無地面附著物及構(gòu)筑物，仿真效果差，故在地形環(huán)境對(duì)項(xiàng)目影響相對(duì)較小的房建領(lǐng)域，BIM技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用相對(duì)較快，但在高速公路建設(shè)領(lǐng)域，由于缺少準(zhǔn)確的環(huán)境信息，BIM技術(shù)始終沒能廣泛應(yīng)用[4]。近年來，得益于無人機(jī)及傾斜攝影技術(shù)的快速發(fā)展，三維實(shí)景模型結(jié)合BIM技術(shù)快速應(yīng)用于高速公路建設(shè)中。

3.1 在施工進(jìn)場道路的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工中的應(yīng)用

在貴州山區(qū)高速公路建設(shè)中，道路地形條件復(fù)雜，山勢險(xiǎn)峻陡峭，高速公路施工進(jìn)場便道通常更多依靠技術(shù)員的經(jīng)驗(yàn)結(jié)合粗略的測量進(jìn)行施工，施工組織設(shè)計(jì)與最終實(shí)施方案往往不能達(dá)成一致，極易導(dǎo)致便道方案實(shí)施困難、工程造價(jià)不可控以及指標(biāo)控制隨意的問題，從而出現(xiàn)縱坡超標(biāo)、半徑不足的情況，致使使用期間出現(xiàn)使用效率低、安全隱患大等問題，最終導(dǎo)致返工、推倒重建，在造成極大浪費(fèi)的同時(shí)，也在一定程度上增加了對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。

通過采用BIM仿真技術(shù)，利用三維實(shí)景數(shù)據(jù)，合理避讓不利地形，規(guī)劃設(shè)計(jì)進(jìn)場道路，并實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確算量，有效降低工程造價(jià)，節(jié)約施工成本。同時(shí)，將設(shè)計(jì)方案三維模型原坐標(biāo)融入三維實(shí)景模型中，完整模擬成品環(huán)境，使方案效果一目了然，確保設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)、合理、可行。進(jìn)場道路規(guī)劃如圖3所示。

圖3 進(jìn)場道路規(guī)劃

3.2 在項(xiàng)目部、拌和站、鋼筋加工場、預(yù)制場等臨時(shí)設(shè)施工程中的應(yīng)用

一個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)是否成功，施工成本是否可控，項(xiàng)目部、拌和站、鋼筋加工場、預(yù)制場等臨建工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)是否合理是重中之重，其規(guī)模控制除了與材料需求計(jì)劃關(guān)聯(lián)以外，還與現(xiàn)場地形條件和場地利用率息息相關(guān)，因此，一個(gè)經(jīng)濟(jì)、合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案就顯得尤其重要。

利用BIM技術(shù)，實(shí)景模擬項(xiàng)目場地狀況，并創(chuàng)建臨建實(shí)體模型，充分利用每一寸土地，進(jìn)行多方案布置，最終確定最優(yōu)方案。避免了傳統(tǒng)施工方式中的邊挖、邊建、邊調(diào)問題，既提高了方案的可實(shí)施性，又降低了設(shè)計(jì)反復(fù)調(diào)整、現(xiàn)場反復(fù)測量的人力成本。

3.3 在施工方案三級(jí)技術(shù)交底中的應(yīng)用

高速公路項(xiàng)目施工作為一項(xiàng)勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，除了部分專業(yè)技術(shù)人員以外，更多的施工人員專業(yè)水平相對(duì)較低，技術(shù)交底是控制施工質(zhì)量的一項(xiàng)核心工作，傳統(tǒng)的技術(shù)交底通常以文字描述加二維圖紙作為載體，交底效果往往受制于相關(guān)人員的工程經(jīng)驗(yàn)及領(lǐng)悟能力，因此具有一定局限性。通過利用BIM技術(shù)，針對(duì)重難點(diǎn)施工項(xiàng)目按照施工規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)施工工藝進(jìn)行分解，制作施工動(dòng)畫，完整再現(xiàn)施工全過程。采用施工動(dòng)畫進(jìn)行技術(shù)交底，打通了溝通壁壘，降低了技術(shù)門檻，提高了施工質(zhì)量。

3.4 在設(shè)計(jì)圖紙復(fù)核中的應(yīng)用

山區(qū)高速公路因地形起伏大，部分段落橫坡較大，在進(jìn)場施工前，對(duì)原地面進(jìn)行復(fù)測是一項(xiàng)非常重要的工作。通過復(fù)測數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的對(duì)比、核實(shí)，實(shí)時(shí)找出設(shè)計(jì)圖紙中存在的錯(cuò)漏，以便及時(shí)修訂，采用傳統(tǒng)的GPS復(fù)測方式，除了繁瑣的逐樁斷面測量以外，還需對(duì)照設(shè)計(jì)圖一一核查，外業(yè)、內(nèi)業(yè)工作量巨大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，人力成本較高。

通過采用GIS+BIM技術(shù)，充分利用三維實(shí)景模型的GIS數(shù)據(jù)，依托公路BIM設(shè)計(jì)系統(tǒng)，將二維設(shè)計(jì)圖紙制作成三維數(shù)據(jù)模型，將項(xiàng)目實(shí)體模型原坐標(biāo)還原于三維實(shí)景模型中，能直觀、有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙中的錯(cuò)漏，如斷面錯(cuò)誤、橋梁樁基懸空、隧道進(jìn)出口開挖過大等問題。如在某項(xiàng)目的復(fù)核中，通過實(shí)體模型發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)圖路線左側(cè)的小填方實(shí)際為4級(jí)邊坡的高填方，且填方位于斜坡上，方案無法實(shí)施，在將問題反饋給設(shè)計(jì)單位后，及時(shí)將設(shè)計(jì)進(jìn)行了調(diào)整，避免了事故的發(fā)生。

3.5 在方案比選中的應(yīng)用

隨著高速公路建設(shè)管理向精細(xì)化不斷發(fā)展，環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、美觀等建設(shè)要求已深入人心，踐行綠色公路理念，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)施工已被越來越多的項(xiàng)目采用，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況及時(shí)修正、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，在涉及設(shè)計(jì)方案與環(huán)境的匹配性及美觀性時(shí)，在二維設(shè)計(jì)圖紙上很難得到一個(gè)肯定的結(jié)論。通過利用BIM技術(shù)，將比選方案進(jìn)行三維模型還原，并分別放置于實(shí)景地形圖上，能直觀地展示其美觀性及與周圍環(huán)境的匹配性，有利于方案的抉擇及綠色公路的打造。在興義環(huán)城高速公路項(xiàng)目的建設(shè)中，采用BIM技術(shù)對(duì)隧道洞門及路基邊坡防護(hù)綠化進(jìn)行多方案建模對(duì)比，最終選擇更加適宜周圍環(huán)境的設(shè)計(jì)方案，在講究經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，也確保了美觀、實(shí)用性。

4 結(jié)語

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的快速發(fā)展，促進(jìn)了GIS技術(shù)在高速公路建設(shè)行業(yè)中的應(yīng)用，結(jié)合BIM技術(shù)，有效改善了施工過程中普遍存在的難點(diǎn)，受到了公路建設(shè)者的普遍肯定。在項(xiàng)目管理過程中，引入項(xiàng)目算量系統(tǒng)、項(xiàng)目安全管理系統(tǒng)、項(xiàng)目進(jìn)度管理系統(tǒng)等子系統(tǒng)，可使其在高速公路建設(shè)中發(fā)揮更加積極的作用。