三维倾斜摄影与BIM技术在房建项目中的应用

严嘉耕 李云飞 马宏亮

【摘 要】 近年来，无人机倾斜摄影测量技术是测绘工作的重大发展，技术成果得到了广泛应用，包括测绘工程、房建工程等。利用无人机倾斜摄影技术获得测绘区域内的图像数据和方位坐标数据从而构造三维模型，以及通过利用BIM建模技术绘制出的工程高精度三维模型，最后通过sky-line软件平台对两种三维模型的数据进行了融合，并综上分析了该模型在融合前后的各个方面特点和应用。文章结合工程实际情况完成了相应的科学技术论证，以期为今后房建项目施工阶段BIM应用提供参考。

【关键词】无人机; BIM技术应用; 三维倾斜摄影

BIM技術与三维倾斜摄影技术结合，借助信息化技术对施工场地土石方量的精准核算以及土方调配，合理地进行施工场地布置，实现标准化施工。

将BIM技术和三维倾斜摄影技术结合，解决项目施工过程中土方工程量计算及挖填方过程机械调配，并且利用三维倾斜摄影沙盘模型进行施工场地布置，借信息化技术辅助施工项目节约成本、标准化施工、提高施工效率，为房建工程项目施工信息化改革提供新思路。

1 项目概况

本建筑项目是西昌市川兴城中村棚户区改造工程项目，该建筑规划占地90 921 m2，总规划建筑面积约3 787 264 m2，基坑深度15 m，项目内部建有钢筋集中加工厂、污水处理厂，涵盖商业住宅楼、房屋、地下车库，且该项目的水文地质条件相对较差、涉及的专业多、地下管网错综复杂，施工范围狭长，过程中出现的问题有一定排查和定位的困难，设备、装置和供应商的信息庞杂，管理上的难度较大。对此在施工中应用智慧工地系统+BIM技术，辅助项目施工，保证项目成本、物资、进度、以及施工安全质量的精细化管控（图1）。

2 关键技术

2.1 无人机三维倾斜摄影技术

无人机倾斜摄影测量技术主要含义是指通过利用无人机上所搭载的镜头多方位拍摄，从而得到建筑物顶面或地形表面及其侧面的高分辨率纹理数据。它不但能够真实详细地反映地物的存在情况，而且还能高精度地掌握抄测区域的纹理和地貌信息，以及通过精准定位、融合、建模等技术，生成具有实景三维的建筑地形图。项目根据拍摄各个相对方位的图像和数据，进行了预先计算、修正图像的误差、平差分析和解算、生成高密度点云数据、自动制作出三角格网，最终生成实景精准原始地面测绘模型，工程人员依据模型进行数据提取，作为土方工程量计算基础数据。同时根据设计施工图，在原始地面测绘图中建立设计构造模型，借助BIM技术对两个模型进行扣减，精准计算工程量。

2.2 三维建模技术

BIM技术受到了各个行业的高度关注，特别是建筑施工行业，对BIM三维建模技术的研究应用已成为各行业的热潮。BIM技术构建建筑三维模型的关键技术要点包括信息互交标准、三维数字技术、数据存储及访问技术、信息集成平台等要素。项目施工人员可从BIM模型中获得材质、光线、视角等信息，并可以通过调整BIM模型对三维建筑场景进而改变，以此提高施工人员工作效率。倾斜摄影建模软件Contextcapture可以与多种数据格式相兼容，可同时以Openscenegraphbi-nary文件（.osgb）、Lodtreeexport、3mx等多种格式导出。（.osgb）格式的数据文件主要是根据二进制文件方式进行存储的，而同时自带嵌入式链接纹理的三维数据，能将三维模型的所有数据进行归并组合成为连续的数据群综合存储。与Bentley开发的Contextcapture软件.s3c格式相同，以一个文件的形式对数据进行了存储和管理，同时用很多瓦片的形式对它们进行数据生成，缺点是三维模型的数据体量比较大。在建模的过程中，软件可以把目标区域分割成几个子域，子域又可被细分成多个瓦片数，瓦片之下则为其他各个层级的金字塔数据。其次，应用中的Revit都是软件自动创建的BIM模型，通常以如Rvt或者Fbx等文档文件格式进行存储。Fbx同样以二进制的数据形式进行三维数据源的存储，都是完全闭合的数据且能同时在不同的操作平台上直接实现三维场景数据源间互换的多种数据格式，以场景的形式保存着三维数据源的集合。此次课题研究主要内容是通过应用sky-line模型软件对三维倾斜摄影模型和Revit生成的三维结构模型进行数据分析并融合。sky-line软件平台具备了倾斜三维模型和BIM等多种模型的数据引出端口，并且能以3dml文件的形式直接进行存储。 3dml是种三维模型的数据互交标准，可以促进各类三维数据模型的统一，形成三维模型的数据库，因为其具有良好的数据交换、数据分析共享的通用性，从而可以实现三维数据的广泛大众化应用。同时BIM模型进行融合后，模型的所有属性和信息依旧保留，在sky -line软件中可以实现对建筑物的属性搭载，方便了后期施工过程的应用（图2）。

3 三维倾斜摄影与BIM技术在工程管理中的应用

3.1 准备工作

川兴项目场地周边高压线，电线电缆较多，以及场地内剩有未拆除完的建筑，平均地面高程1 534 m，相对高差在10 m左右，场地相对狭长，飞行方案设置为飞行高度50 m，以短边为主路线，采用S型路线，进行数据采集，保证航向数据采集重叠率大于60 %，同时以5个不同角度进行数据影像收集，计划拍摄6 000张影像资料。因为对像控点的布置大小数量和精确度都会直接影响到航测生成模型的精确度，所以对于像控点的布设设置成50 m见方方格网布置。

3.2 三维倾斜摄影

项目选用大疆御2专业版无人机，根据其单次飞行时间约为25 min，制定测区分段布设，对单次飞行路线提前制定拍摄距离设定。无人机航测区域以项目红线范围及外延100 m为界，目的是保证红线区域内模型建立的精确性，同时无人机航测过程中的照片POS数据采用PPK天线与地面GPS测量仪进行确定，保证照片定位数据精度满足建模精度要求。最后航测过程中选择晴天飞行，确保整个过程的安全性，以及雾天或则阴天，天气对后期模型创建效果和精确度的影响（图3）。

3.3 BIM模型创建

根据倾斜摄影，及项目控制点坐标，设定好项目坐标基点，参照设计图纸利用Revit进行原状地貌和实际地面标高的数据输入，为加强地形精度弥补地形变化复杂、等高线缺失等问题，增加相应补测点，进行方格网数据的相互补充，以保证BIM模型的准确性和可参考性。以及通过搭建施工场地布置BIM模型，对施工现场的材料堆放，塔吊安装位置等布局情况进行一个三维模型创建，以便对后续土方工程量，及土方开挖机械调配进行合理布置，同时考虑到后续融合的三维倾斜摄影，一起加强对现场标准化建设的控制与管理（图4）。

3.4 模型数据融合并获取精准土方量

sky-line软件中的Citybuilder可以应用Photomesh建立的网格模型文件，用cont-excapture或者pho-tonmesh创建的文件导入到Citybuilder中，并生成3DML文件，即能在Lodtree-export窗口中显示的区域倾斜摄影三维模型，最后在sky-line中进行两类模型数据的融合。

利用融合后的三维数据模型生成DEM文件，将三维实景模型与依据项目设计图纸绘制的BIM模型进行综合比对，并考虑实际情况和根据场地平整、土方划分原则进行项目调配区的划分，在两种模型对比的基础上选取分区的土方进行土方量的自动计算。以及在利用设计标高等设计数据的基础上建立场地平整完工后的模型，并在现场实景建模的基础上进行两种模型的比对，得到不同分区的土方施工量以及选定土块的土方量（图5）。

3.5 应用

针对实际施工场地的情况，建立三维仿真实景模型大大提高了土方测量的计算精度与效率，也为土方调配的科学和合理性提供了基础保障，同时利用BIM仿真实景模型进行施工场地的布置和动态仿真，有助于实现施工场地的有效运行管理，根据实际施工进度，分阶段、分区域对土方进行仿真实景土方开挖，显示交通组织计划、大型设备的使用、物料堆放和加工场地以及临时性施工设备的使用是否正确合理，并且通过对于进场的道路位置、机器设备和建筑物材料的堆放、现场施工中的防火布局等进行了全方位的模拟，有效地对施工现场的安全性进行了综合计划和管理，以确保项目的合理、有序地进行施工。

4 结束语

相比于采用方格直线网法、等高线网法、三角线网法、断面法等多种传统的建筑土方工程测量计算方法，具有很多场地测量计算上的局限性、测量过程数据容易遗漏、计算结果准确性相对差较大，通过建立三维实景模型，将三维实景模型与BIM模型比对获取精准土方量计算的方法，减少了现场测量原始地形等数据的工作量，同时提高了计算准确度和效率，优化了土方挖填过程中的机械动态调配，并且利用三维倾斜摄影沙盘模型进行施工场地布置，借信息化技术辅助施工项目节约成本、实施标准化施工、提高施工效率。在未来的发展中，应注重对于BIM技术和三维倾斜摄影技术的分析与应用，让其能够更大程度地发挥作用。

参考文献

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