盧智宇 胥悅 余江川

隨著科學技術(shù)的進步發(fā)展與工程建筑體量的增加，在施工現(xiàn)場，傳統(tǒng)的測量、定位、放樣和結(jié)算方式已不能完全滿足項目部對工程量高效性、準確性、及時性的需求。傳統(tǒng)的施工測量技術(shù)是根據(jù)施工圖，主要針對建筑物位置、形狀、大小及高程進行測量定位放樣，而對地形起伏的大型土方堆場、馬道回填和基礎(chǔ)回填等工程量信息的獲取有很大的局限性。傾斜攝影測量技術(shù)較好地解決了這些問題，在實際工程中得到了廣泛應用，為復雜地形地物的工程量測量提供了有力的技術(shù)支持，取得了顯著的成果，節(jié)省了成本。

傾斜攝影技術(shù)； BIM技術(shù)； 土方、馬道、基礎(chǔ)回填工程量

P231.1 A

［定稿日期］2023-01-19

［作者簡介］盧智宇（1991—），男，本科，工程師，主要從事土建建筑信息模型技術(shù)應用、BIM應用標準制造、數(shù)字化平臺建設(shè)工作；胥悅（1985—），男，本科，高級工程師，主要從事技術(shù)、質(zhì)量、安全等管理工作；余江川（1991—），男，本科，助理工程師，主要從事BIM相關(guān)工作。

成都天府國際機場項目（圖1）為大型國際航空樞紐，位于簡陽市蘆葭鎮(zhèn)，北距成都市中心直線距離約51.5 km，西北距成都雙流國際機場50 km，為4F級國際機場、國際航空樞紐、絲綢之路經(jīng)濟帶中等級最高的航空港之一、成都國際航空樞紐的主樞紐，屬國家重點建設(shè)項目。“十三五”規(guī)劃中明確要將其建設(shè)成我國最大的民用運輸樞紐機場，是四川省新時期建設(shè)發(fā)展的標桿項目。作為造福社會、服務(wù)于民的公共建筑，其建筑構(gòu)型取意是具有成都特色的太陽神鳥，航站區(qū)內(nèi)4座單元式航站樓猶如4只馱日飛翔的神鳥，寓意著古蜀文明在成都這片神奇土地上歷經(jīng)3 000余年的延續(xù)、傳承和生長，寓意著成都新機場以獨有的自信高昂的姿態(tài)面向世界騰飛，寓意著天府之國的“外交之門”（圖1）。

機場一期工程由2座單元式航站樓組成，面積約為71萬m2；民航站坪設(shè)246個機位；跑道共3條，分別長4 000 m、3 800 m和3 200 m；可滿足年旅客吞吐量6 000萬人次、貨郵吞吐量130萬t、飛機起降量32萬架次的使用需求。

1 工程重難點分析及對策

（1）本工程體量大、面積廣，并且建造時間非常緊迫，土方的挖、運、填的速率尤為重要。

（2）本工程施工場地廣，但是場地條件限制多，除環(huán)路外側(cè)的材料堆場外，現(xiàn)場可利用的堆放場地有限。應用傾斜攝影技術(shù)［1-2］與BIM技術(shù)對施工場地進行整體設(shè)計，合理規(guī)劃構(gòu)件堆放區(qū)域，減少二次搬運，便于大型構(gòu)件的裝卸與吊裝、機械設(shè)備的進場。

（3）傳統(tǒng)土石方量測量方法［3-4］：方格網(wǎng)法、斷面法、等高線法等計算受客觀因素限制，野外作業(yè)不安全，費時費力，經(jīng)濟效益差，特別是遇到大體量不規(guī)則異形堆上場時，測量數(shù)據(jù)誤差較大。但通過傾斜攝影技術(shù)所得的GIS數(shù)據(jù)模型卻可精確獲取實際挖填方量的實時數(shù)據(jù)，通過修改高程點，可重復快速提取所需數(shù)據(jù)，十分便捷。

（4）無人機傾斜攝影技術(shù)和GIS、BIM相結(jié)合應用的施工工法適用于各類各階段土建施工場地，尤其建設(shè)大型基建工程（如機場、地鐵、隧道、火車站和綜合體育場館等）所發(fā)揮的作用巨大。

2 工藝、方法與技術(shù)措施

2.1 工藝措施

傾斜攝影簡單來說就是通過5個不同角度的影像采集，并借助計算機軟件生成點云信息，融合物體紋理信息高精度真實反映物體的外觀、位置、高度、體積等屬性的三維模型。工業(yè)級傾斜攝影技術(shù)是需要工業(yè)級無人機搭載的五向高清攝像頭（圖2），通過一個垂直方向，4個傾斜方向，5個不同的視角同時低空飛行采集數(shù)據(jù)，即只飛行一條路線便可把一座城市級別的地理信息采集完成。

而消費級無人機借用此原理，分別在5個方向單獨低空飛行采集數(shù)據(jù)，雖然會耗費些時間，但是一個建設(shè)工程的數(shù)據(jù)體量是有限的，合計所需時間并不多，綜合判斷還是消費級無人機更適用于工程建設(shè)。

傾斜攝影模型測算土石方量的原理：將航測所得的帶矢量化的照片通過空中三角測量計算轉(zhuǎn)化成高密度點云數(shù)據(jù)，并配以材質(zhì)貼圖轉(zhuǎn)化生成實景模型。而具體區(qū)域土方工程量大小可通過軟件直接測量獲得。

2.2 施工工藝流程及操作要點

GIS數(shù)據(jù)和Revit建造信息模型可通過3ds Max反饋在場地模型中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，如圖3所示。

3 操作要點

（1）采集數(shù)據(jù)：使用大疆無人機官方應用DJI GO 4和Altizure這2款APP。打開DJI G0 4，啟動無人機，在ipad上把Altizure中參數(shù)設(shè)置航向重疊率不低手75%，旁向重疊率不低于75%，相機傾斜角度45°，拍攝間隔為2 s一次。重疊率的選擇是越高成型質(zhì)量越好，但考慮到后期的模型建立的耗費時間，需根據(jù)不同大小項目對重疊率酌情增減。然后規(guī)劃好飛行路線，設(shè)置好飛行高度（特別注意附近高空是否有遮擋物），所有參數(shù)設(shè)置完成后，開啟自動拍攝，當電量不足時，應及時更換電池，以免任務(wù)失敗。

（2）導入數(shù)據(jù)：由Bentley研發(fā)的ContextCapture Master這款3D成像軟件是目前市場上綜合評價最穩(wěn)定、成像質(zhì)量好和合成效率比較高的軟件之一。將在規(guī)劃航線上拍攝的帶有GPS定位和鏡頭姿態(tài)數(shù)據(jù)的照片導入到ContextCapture。

（3）生成模型：通過計算機分塊計算，將帶矢量的GIS數(shù)據(jù)逐漸累計疊加，形成帶紋理的模型。在模型中可以查詢?nèi)我庖稽c的坐標、距離、高程等地形信息。

（4）場地布置交底：將真實場地模型附帶材質(zhì)信息導入Lumion或3ds Max，并結(jié)合傳統(tǒng)Revit所深化好的虛擬場布模型，制作漫游動畫視頻，將用于現(xiàn)場交底。

（5）土方量測算：通過Acute3D Viewer軟件，可直接瀏覽生成的場地模型，針對不同施工階段所需挖填方量進行精確測量。通過設(shè)置采樣距離的間距，底部緊貼地表面，頂部通過高程控制，以便生成不同精度的立方體柱，最終累計計算所有立方體柱的體積總和（圖4）。

4 材料與設(shè)備

所需材料與設(shè)備見表1。

5 質(zhì)量控制

無人機傾斜攝影GIS技術(shù)與BIM技術(shù)相結(jié)合應用的施工工法主要執(zhí)行以下規(guī)程規(guī)范GB 50026-2007《工程測量規(guī)范》［5］、GB/T 51301-2018《建筑信息模型設(shè)計交付標準》［6］、GB/T 51212—2016《建筑信息模型應用統(tǒng)一標準》［7］、GB/T 51235-2017《建筑信息模型施工應用標準》［8］。

通過此方法生成的重建模型可以真實測量模型中任意一點的坐標、距離、高程等地形信息。

在CAD圖紙中測量所得數(shù)據(jù)為86.939 m，誤差小于0.05%，由此可見，此模型重建精度較高，可供正常場地布置使用（圖5）。

6 施工技術(shù)的應用效果分析

消費級民用無人機傾斜攝影所需費用比工業(yè)級無人機傾斜攝影所需費用少近90%，至少節(jié)省費用約34.3萬元。相較于傳統(tǒng)士方測量法，每1 km2堆土場測量次，使用傾斜攝影技術(shù)至少可節(jié)省費用約2萬元以上。且傾斜攝影可以根據(jù)需要自動調(diào)節(jié)高程和體積，無需重復測量，這種方式亦大大減少所需測量次數(shù)。

7 總結(jié)

無人機傾斜攝影技術(shù)與BIM技術(shù)都是近年發(fā)展起來的高新技術(shù)，在BIM出現(xiàn)以前，GIS地理信息系統(tǒng)技術(shù)僅能測量室外地形，而無法獲取建筑內(nèi)部信息，但通過BIM與GIS的結(jié)合運用，讓GIS從宏觀走向微觀，BIM技術(shù)也讓傳統(tǒng)GIS從室外走入室內(nèi)，實現(xiàn)室內(nèi)外一體化管理。

8 結(jié)束語

項目部利用無人機傾斜攝影技術(shù)，提取施工現(xiàn)場場地場貌，生成點云模型，通過一系列技術(shù)手段將場地模型與土建模型進行嵌合，實現(xiàn)了虛擬模型與實際場地的結(jié)合。利用整合后的模型進行現(xiàn)場施工場地規(guī)劃，大大提高了場地利用率，合理安排安全文明施工。該模型還可以迅速測量真實距離、面積和土方量，具有真實準確、靈活多變、高端直觀、經(jīng)濟可重復使用等特點，同時，轉(zhuǎn)換生成GIS數(shù)據(jù)模型可真實展現(xiàn)周邊環(huán)境，對傳統(tǒng)CAD和Revit不能表現(xiàn)出的復雜地理地貌時特別適用，可形成真實三維可視化效果。

該工法通過無人機傾斜攝影技術(shù)掃描真實地表，重塑地表模型并結(jié)合Revit虛擬建造信息模型，針對不同施工階段，形成了一套新型的場地布置模式和土石方工程量的測算方法，并在工程計量方面探尋到另一種快捷方式。

參考文獻

［1］ 李安富.淺析國內(nèi)傾斜攝影技術(shù)的發(fā)展［J］.測繪與空間地理信息.2014.（9）：57-59.

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［4］ 吳立軍.斷面法土石方測量與計算的自動化［J］.地理空間信息，2005（5）：58-59.

［5］ 工程測量規(guī)范： GB 50026-2007［S］.

［6］ 建筑信息模型設(shè)計交付標準： GB/T 51301-2018［S］.中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.北京： 中國建筑工業(yè)出版社.2019.

［7］ 建筑信息模型應用統(tǒng)一標準： GB/T 51212—2016［S］.中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.北京： 中國建筑工業(yè)出版社.2017.

［8］ 建筑信息模型施工應用標準： GB/T 51235-2017［S］.中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.北京： 中國建筑工業(yè)出版社.2011.