基于BIM技术电子沙盘高精度地形制作

凌云锋 姚波 曹洪 袁小冬

（1.重庆金交劲通科技股份有限公司，重庆 401336；2.重庆高速工程顾问有限公司，重庆 401121）

一、概述

城开高速公路起自城口县北屏（陕渝界），接拟建的安康至岚皋（陕渝界）公路，北端设计为纵贯陕渝界的大巴山隧道，途经重庆城口县北屏、蓼子、鸡鸣等乡镇，穿雪宝山（设城开隧道）进入开州区，接已建的万州至开县高速公路，全长约128.5km。沿线拟设桥梁28288m/63座、隧道71408m/19座，桥隧比77.7%，其中前80km桥隧比高达95%，项目总投资额234.6亿元。

城开高速项目地质地形极其复杂，沿线为典型的山岭重丘区，沟谷遍布、山势陡峭；桥隧区地质滑坡、崩塌、岩溶、突泥、涌水等不良地质高度发育，施工难度大、风险高。

二、电子沙盘应用

城开高速公路工程有点多、线长、面广等特点， 适合与三维GIS进行融合，通过电子沙盘显示结构物的地理坐标和高度信息。而模拟项目的真实空间场景，就需要利用三维GIS技术制作三维真实场景（包含地形地貌、周边建筑等），真实还原结构所处实际位置的地形地貌，实现基于BIM模型的三维电子沙盘功能，与基于BIM技术的建设管理平台中的数据形成宏观与微观的可视化管理。

三、三维GIS地形制作现状

（一）卫星遥感地形制作

卫星遥感地图目前采用用最多的是谷歌卫星地图，利用万能地图下载器，选择设计线路再下载卫星地图及高程。

导入设计线路前，需计算七参数，然后将设计线路转为dxf文件格式导入下载器中，再选择下载范围及高程，将高程数据及卫星地图导入超图中如图1所示，重庆城口县的卫星地图高程精度非常低，任河河道的高差从地图上已无法分辨，而1：2000等高线显示河床高差与实际高差存在很大的误差。

图1. 沙盘中任河河道高差

（二）无人机地形制作

重庆城口县由于地势复杂，对无人机操作影响较大，从而影响采集数据的精度。为采集精准的数据作为研究依据，选取了中山市某一项目进行地形精度数据的采集与研究。该地区地形较平整，起伏小，有一处河道穿过。为了降低研究成本，采用消费级微型无人机通过来回往返摄影采集数据。

将无人机数据导入超图进行展示，虽然远观效果较好，但是查看近处河道却受河水漫反射影响，河道标高出现很大问题，画面无法形成平缓水面效果，两侧河堤高差也出现同样的问题。由此可见该类无人机对河流地形测设精度明显偏低。

四、利用等高线制作高精度地形的电子沙盘

（一）等高线

等高线指地形图上高程相等的相邻各点所连成的闭合曲线。据了解，谷歌地形地图精度约为1：25000，无法达到制作高精度高差的地的要求，而无人机对溪流等位置的高程测设又难以满足精度要求，采用勘测单位的1：2000地形等高线作为底图制作电子沙盘地形，则可一举两得。既可以在设计阶段进行设计使用，又可以在建设阶段作为电子沙盘使用。不仅保证了精度且达到BIM模型与地形融合后的设计复核作用。

（二）DEM数据

DEM数据是制作电子沙盘地形的主要数据。使用ArcGIS处理地形数据可以将其转换为电子沙盘所需的DEM数据。

（三）七参数转换

由于等高线数据为平面坐标系，需要通过参数转换为地理坐标系才能形成电子沙盘数据，七参数选择基于COORDINATE_方法，采用ArcMap进行转换，然后形成高精度地形图。由图2可看到任河两侧河道高差明显，与等高线地形非常吻合，可达到所需的精度要求。

图2. 等高线转换后形成地形

（四）电子沙盘的制作

1.BIM模型的创建

采用达索公司的3DEXPERIENCE进行路桥隧的BIM模型创建，首先必须建立合理的结构树，以方便后期项目的管理变更调整以及深化。

结构树的搭建以标段进行总体创建，每个标段按照地形、路线、桥梁、隧道、路基、路面、路线交叉进行创建。

2.地形与BIM模型的融合

为了更好地反映BIM模型和真实地形的真实效果，需要渲染BIM模型中的结构和真实地形。包括结构的真实外观、场景的真实感、照明效果等。转换上述轮廓线的DEM数据和高清谷歌卫星地图后，可以在高精度地形下获得更逼真的场景。

将创建的BIM模型、DEM地形文件和谷歌卫星地图导入超级地图，可获取具有高精度地形的BIM电子沙盘，如图3所示。

图3. 基于BIM电子沙盘

五、结语

通过等高线多种转换的方法可以制作高精度地形模型，还可以解决1：2000地形精度不够的问题，如果现场可以测设1：500的地形，则地形高程精度更加准确。虽然作为宏观管理基于BIM的电子沙盘，采用1：2000的等高线精度可以满足管理需要，但是由于等高线对原有道路的多样线条存在高程不连续的问题，导致对原有道路的还原程度存在很大的误差，舍弃原有道路的地形制作，就会导致对原有道路的高程还原出现错误。下一步，将研究对原有道路以及房屋等结构物的还原方法，使等高线能制作出更高准确度的地形。