BIM＋倾斜摄影在城市更新改造中的应用

何 炼，丁建友，代普达，潘 东

（中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650051）

0 前 言

城市发展日新月异，城市配套基础设施已不能完全满足城市高速发展的需求。在经济落后城镇，河道开发最早，上下游存在大量过度使用的情况，这造成城市河道流量过小、污染严重、侵占河道空间等问题，成为了城市难以根治的问题。同时随着市民对美好生活的向往，对城市升级改造城市生态系统修复提出的全新的要求［1］。河道治理成为了城市改造的优先对象，其主要针对河道品质提升、人居环境质量提升，达到城市修补及生态修复的目的。针对以上现象，结合当前先进BIM＋倾斜摄影技术以及自研的三维插件，实现云踏勘、虚拟现实的叠合设计、管网碰撞优化、BIM正向协同设计等功能，完成对滨河道路、管线设计、堤防设计、河道等设计，助力城市修补及生态修复。

BIM＋倾斜摄影技术将广泛应用于城市各类项目中，分析复杂的城市边界条件，进行空间三维重构［2］。该技术得到中国勘察设计协会、中国市政工程协会、中国建筑装饰协会的认可，获得了多项奖励。

1 倾斜摄影技术

倾斜摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术，它颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从1个垂直、4个倾斜等5个不同的角度采集影像，将用户引入了符合人眼视觉的真实直观世界。倾斜摄影测量技术以大范围、高精度、高清晰的方式全面感知复杂场景，通过高效的数据采集设备及专业的数据处理流程生成的数据成果直观反映地物的外观、位置、高度等属性，为真实效果和测绘级精度提供保证［3］。同时有效提升模型的生产效率，大大降低了三维模型数据采集的经济代价和时间代价［4］。

目前，国内外已广泛开展倾斜摄影测量技术的应用，倾斜摄影建模数据也逐渐成为城市空间数据框架的重要内容。将倾斜摄影技术应用到市政领域，能有效辅助平面市政道路的平面及纵断面设计工作，极大减少设计与实际工程之间信息不匹配的问题。倾斜摄影成果可与绝大部分的三维软件及平台兼容。倾斜摄影数据交互如图1所示。

图1 倾斜摄影数据交互

2 模型融合技术

CADWPFOsgbPluginv1.2.1软件是基于Civil 3D设计软件以及倾斜摄影模型，进行模型的二维三维融合的插件。该技术提供多层级倾斜三维模型加载到AutoCAD、Civil3D中，实现对倾斜三维模型的多层级漫游、动态调绘、曲面构建、曲面地形过滤、点云数据的二维和三维采集编辑工具等操作。在Civil 3D中实现二维线条与三维线条的叠合设计（如图2所示），为设计人员提供了高精度实景倾斜三维模型设计场景，优化设计体验与设计精度，有效提高了测图精度及效率，成果可导出多种格式。

图2 模型数据叠合设计

3 城市更新改造

以河南某城市更新改造工程为例，该工程内容主要包含：左岸新建堤防、右岸新建提防、新建左右岸滨河道路、沿堤岸敷设截污管道、2座人行景观桥、给排水工程、电力电信工程、渠水、灌河湿地公园、桂花主题园、市民广场等景观提升改造等内容。

3.1 滨河道路设计

沿陶家河新建滨河道路，着力打造慢行通道，不搞大填挖，避免高边坡，全力保护好沿河自然山水风貌格局。结合倾斜摄影模型融合技术，分析城市更新改造中复杂的边界条件，将设计意图在模型中进行直观表达，提高设计效率。

3.2 管网设计及优化

3.2.1 管网设计

陶家河西岸污水工程起于陶家河水库，止于新华桥处，为截污管网建设。为杜绝渗漏，切断外源污染，本次设计把左岸现状截污管迁改上岸。右岸全线迁改上岸。污水最终进入下游的处理厂，实现陶家河两岸截污系统的全线贯通。

3.2.2 管网优化

利用BIM软件的市政管网设计功能，对项目中所有地下管线进行了设计及出图，并对雨水、污水、给水、中水、燃气、电力、通信等错综复杂的管线以及海绵城市设施进行碰撞分析和优化设计，避免了由于管线碰撞导致的施工返工，有效控制了投资。碰撞流程如图3所示。

图3 BIM碰撞检查流程

在BIM软件中对拟建管线进行碰撞分析，事前检测拟碰撞点，及时进行设计优化，避免施工浪费，有效控制投资。生成碰撞报告明确碰撞的位置，如图4所示。

图4 碰撞检查

3.2.3 管网虚拟现实技术监测施工进度

首先进行数据采集，对飞行线路进行优化，采用三段式快速拍摄。收集数据后，通过预处理小工具进行模板式批量制作方案。最后将实体与实景拍摄相结合，实现无人机＋虚拟现实技术的全要素监测。

技术创新亮点包括：基于优化改良的高效无人机数据采集处理技术方案，采用施工全景及倾斜模型实现施工现场形象进度快速更新；基于施工业务结构化分解，实现工程报量、BIM模型、施工全景及倾斜三维的深度融合，全方位掌握进度情况；设计模型与施工实景模型的多次叠加对比分析，虚拟与现实的对比，进度与质量双向管控。

3.3 BIM协同设计与集成

3.3.1 BIM正向协同设计

基于“云服务器＋快捷方式”协同模式，道路、软基、交通、管线、桥隧、排洪渠等多个专业相互引用中间设计成果，开展协同设计，显著提高了设计效率。

通过协同设计建立统一的设计标准，包括图层、颜色、线型、打印样式等，在此基础上，所有设计专业及人员在一个统一的平台上进行设计，从而减少现行各专业之间由于沟通不畅或沟通不及时导致的错、漏、碰、缺，真正实现所有图纸信息元的单一性，实现一处修改其他自动修改，提升设计效率和设计质量，对设计项目的规范化管理起到重要作用。

3.3.2 BIM模型大场景集成

完成道路、管网模型后，将倾斜摄影模型、BIM模型集成在Infraworks中进行直观展示，辅助进行方案汇报、设计交底及施工应用等功能。

4 结 论

该研究结果表明，利用BIM技术（正向协同设计、管网优化设计、大场景集合）、倾斜摄影技术和模型融合技术，能简单高效地将设计成果与实际情况高度贴合，避免图纸返工，提高设计效率，在城市修补及生态修复工程中有广泛的应用空间。形成的主要结论如下：

（1）结合倾斜摄影技术和模型融合技术，对现场进行云踏勘，分析现场边界条件，实现虚拟现实叠合设计，达到降本增效的目的。

（2）依托BIM正向协同设计，实现各专业间快速协同，并对管网的优化进行设计。避免后期返工，达到提质增效的目的。

（3）依托BIM技术，将倾斜摄影模型、路网模型等设计成果集成在Infraworks中，进行可视化展示，为后期施工做指导。