融合BIM與現(xiàn)實(shí)捕捉技術(shù)的高速公路病害檢測信息化技術(shù)研究

顏魯鵬，吳逸飛，陳波，韓達(dá)光*，劉國強(qiáng)，周銀，郭彤，胡興意，楊宇鵬

(1.重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院, 重慶市 400074；2.重慶建工集團(tuán) 四川遂資高速公路有限公司；3.東南大學(xué) 土木工程學(xué)院；4.中鐵十六局 第五工程公司吳銀項(xiàng)目經(jīng)理部)

近10年來，隨著國家實(shí)力的提升，中國高速公路網(wǎng)總里程已達(dá)到世界第一，并持續(xù)保持快速的增長速度。隨著汽車的載重量不斷增大和交通車流量的增加，高速公路承受的交通荷載與日俱增，部分老路的設(shè)計(jì)強(qiáng)度早已不能滿足使用需求。因此，在新老路交替的高速公路網(wǎng)中，相關(guān)養(yǎng)護(hù)部門對(duì)高速公路的養(yǎng)護(hù)管理提出了更高的技術(shù)要求?，F(xiàn)今，中國的高速公路養(yǎng)護(hù)工作普遍存在著養(yǎng)護(hù)資金與人員投入不足、設(shè)備設(shè)施陳舊、養(yǎng)護(hù)科技含量低、數(shù)據(jù)記錄信息化智能化程度低的劣勢，使得大部分高速公路的養(yǎng)護(hù)成本過高而效率卻達(dá)不到期望值。BIM技術(shù)是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)需求可集成各階段建筑信息的工程數(shù)據(jù)模型。BIM在建筑領(lǐng)域已有多年的應(yīng)用，其具備建筑物及其信息的可視性、模擬性、協(xié)調(diào)性等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)能夠?yàn)楦咚俟凡『Φ氖占瘍?chǔ)存提供全信息三維模型環(huán)境，也為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的新依存方式提供可能。

隨著測繪技術(shù)的發(fā)展，同樣具有三維技術(shù)特性的三維激光掃描技術(shù)和攝影測量兩大現(xiàn)實(shí)捕捉技術(shù)逐漸開始運(yùn)用于工程實(shí)踐中。三維激光掃描技術(shù)是一種空間數(shù)據(jù)采集手段，它通過對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行高速激光的掃描處理，得到被測對(duì)象表面大量點(diǎn)的坐標(biāo)、反射強(qiáng)度和紋理信息。此項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用于高速公路的養(yǎng)護(hù)檢查工作可以準(zhǔn)確地識(shí)別出公路路面表觀發(fā)生的形變，并計(jì)算出具體的變形量。攝影測量技術(shù)近年來發(fā)展迅速，它通過光學(xué)攝影的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)像片的獲取，再應(yīng)用一定的處理技術(shù)，完成對(duì)被攝物體信息的獲取，包括大小、形狀、特性、位置等方面的信息。攝影測量技術(shù)可以準(zhǔn)確地對(duì)瀝青路面裂縫進(jìn)行長度和寬度上的尺寸計(jì)算，相比傳統(tǒng)方式中養(yǎng)護(hù)人員采取人工檢查測量的方式，其具有針對(duì)瀝青路面裂縫的檢測精度高、效率高、檢測結(jié)果表達(dá)方式更直觀的特點(diǎn)。

該文融合BIM技術(shù)的建筑體信息結(jié)構(gòu)化、可視化的特點(diǎn)，以及三維激光掃描和攝影測量技術(shù)的采集信息速度快、處理結(jié)果精確、數(shù)據(jù)可視性強(qiáng)、便于數(shù)字化建檔的優(yōu)勢，結(jié)合相應(yīng)養(yǎng)護(hù)規(guī)范和工程實(shí)踐提出一套高速公路病害檢測信息化技術(shù)流程。并以四川遂(寧)資(陽)眉(山)高速公路某一段路作為試驗(yàn)路段，進(jìn)行該技術(shù)流程的試驗(yàn)驗(yàn)證。

1 工程試驗(yàn)背景與全流程簡述

試驗(yàn)工程選取遂資眉高速公路遂寧至資陽段起點(diǎn)12 km路段。遂資眉高速公路遂資段于2013年正式通車，至今運(yùn)營服務(wù)6年，部分橋梁已進(jìn)入小修保養(yǎng)期，道路已出現(xiàn)部分沉降與開裂。該段設(shè)計(jì)速度80 km/h，路基寬度24.5 m，雙向四車道。通過相關(guān)路檢報(bào)告可獲得較全面的病害數(shù)據(jù)，為該項(xiàng)目道路病害檢測信息化技術(shù)提供了較好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和參照。

依托該項(xiàng)目，此次先進(jìn)行試驗(yàn)路段的數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理工作，然后根據(jù)采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)逆向建立BIM模型單獨(dú)作為數(shù)據(jù)保存。同時(shí)結(jié)合部分?jǐn)?shù)據(jù)與養(yǎng)護(hù)方單位提供的設(shè)計(jì)圖紙完成BIM模型的正向建立，并對(duì)模型進(jìn)行構(gòu)件分類，制定相應(yīng)的編碼規(guī)則。再利用兩種現(xiàn)實(shí)捕捉技術(shù)數(shù)據(jù)處理手段分析兩類路面病害，最后將分析結(jié)果依托公路BIM模型進(jìn)行記錄，并將該病害記錄與BIM逆向模型合并搭建高速公路病害數(shù)據(jù)庫，完成整個(gè)流程，具體流程如圖1所示。

圖1 結(jié)合BIM技術(shù)與現(xiàn)實(shí)捕捉技術(shù)的高速公路病害采集信息化流程

2 現(xiàn)實(shí)捕捉技術(shù)

2.1 三維激光掃描技術(shù)

三維激光掃描技術(shù)是一項(xiàng)源于國外的高新技術(shù)，該技術(shù)依賴于三維激光掃描儀，目前，美國、德國、加拿大和日本等國幾十家高精技術(shù)公司對(duì)三維激光掃描技術(shù)的開發(fā)研究，已形成了規(guī)模較大的產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)品在速度、精度、易操作性等方面已經(jīng)達(dá)到了較高的水平。

該技術(shù)能夠完整并高分辨率、高精度地快速掃描獲取目標(biāo)的真實(shí)三維數(shù)據(jù)，以點(diǎn)云的形式展現(xiàn)出來，采集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)除了具備空間幾何位置外，根據(jù)掃描設(shè)備和需求的不同還含有顏色信息和反射強(qiáng)度信息，使得獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)過一系列后處理工作可以真實(shí)地呈現(xiàn)被掃描物體真實(shí)狀態(tài)。

三維激光掃描技術(shù)在該文提出的高速公路病害檢測信息化流程中的應(yīng)用點(diǎn)主要在變形監(jiān)測與逆向三維建模方面。在測量精度滿足要求的前提下，這兩者在土木工程實(shí)踐中的應(yīng)用點(diǎn)早已非常成熟。

(1) 測量精度

徐壽志提出了一種車載移動(dòng)測量系統(tǒng)的綜合精度評(píng)定方法。通過精度評(píng)定得到的絕對(duì)平面精度可達(dá)到0.187 m，絕對(duì)高程精度可達(dá)到0.251 m，具體的相對(duì)精度可達(dá)到0.02 m。

(2) 變形監(jiān)測

李強(qiáng)和鄧輝等以某采煤沉陷區(qū)內(nèi)地表變形明顯、沉陷趨勢顯著的地表為研究對(duì)象，采用三維激光掃描技術(shù)對(duì)其進(jìn)行地表沉降變形監(jiān)測研究，通過對(duì)研究區(qū)兩期三維激光掃描數(shù)據(jù)的收集、處理和對(duì)比分析，得到了監(jiān)測區(qū)點(diǎn)變形量值、剖面線變形趨勢、地表整體變形等監(jiān)測成果。

(3) 三維建模和可視化

張毅和閆利等根據(jù)地面激光掃描的特點(diǎn)和公路建模要求,在點(diǎn)云配準(zhǔn)和濾波等預(yù)處理后,利用點(diǎn)云幾何信息進(jìn)行了數(shù)字表面模型、等高線、縱橫斷面等模型生成。

2.2 車載全景攝影測量技術(shù)

車載全景攝影測量技術(shù)是利用正常速度行駛的機(jī)動(dòng)車輛作為移動(dòng)平臺(tái),由GNSS/INS組合導(dǎo)航模塊為相機(jī)等獲取傳感器設(shè)備提供連續(xù)的位置和姿態(tài)信息。通過車頂?shù)娜跋鄼C(jī)獲取每一幀全景影像的位置和姿態(tài)信息，由多個(gè)鏡頭通過拼接擴(kuò)展視場角從而實(shí)現(xiàn)360°的全視域覆蓋，多個(gè)鏡頭的同步曝光影像經(jīng)過拼接處理生成全景影像。

最后通過圖像處理技術(shù)可對(duì)采集到的全景影像進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，分辨出全景照片中路面的裂縫，對(duì)其進(jìn)行空間尺寸的測量。宋宏勛和馬建等運(yùn)用兩臺(tái)面陣相機(jī)，對(duì)路面同一物點(diǎn)建立兩臺(tái)相機(jī)之間的映射關(guān)系，計(jì)算出傾斜拍攝圖像變換后的圖像，將變換后的圖像與垂直拍攝的圖像進(jìn)行運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)了路面裂縫的快速分割識(shí)別。

2.3 數(shù)據(jù)的采集與預(yù)處理

(1) 車載三維激光掃描數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理

該項(xiàng)目試驗(yàn)采用車載移動(dòng)測量系統(tǒng)搭載的三維激光掃描儀對(duì)試驗(yàn)路段的全路面按上下行方向分別進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作，掃描期間車速控制較慢，得到的數(shù)據(jù)精度較好。外業(yè)數(shù)據(jù)采集后，通過對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼站、降噪處理，調(diào)節(jié)整體空間位置坐標(biāo)，得到掃描路段的整體點(diǎn)云模型。

(2) 車載全景攝影測量數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理

試驗(yàn)中，車載移動(dòng)測量系統(tǒng)在三維激光掃描信息采集的同時(shí)，其車頂搭載的多對(duì)高分辨率數(shù)碼相機(jī)也通過移動(dòng)攝影采集等距離間隔的路面全景數(shù)字影像。通過對(duì)試驗(yàn)路段路面進(jìn)行連續(xù)拍照采集影像信息，而后對(duì)照片進(jìn)行拼接處理得到等距離間隔的高速公路全景照片。

3 高速公路運(yùn)維管養(yǎng)BIM模型構(gòu)建

3.1 BIM正向模型構(gòu)建

BIM正向模型是一種集成工程項(xiàng)目竣工階段建筑信息和幾何信息建立的三維數(shù)字化信息模型。在該項(xiàng)目中，利用施工圖紙搭建的BIM模型更趨于是一種代表高速公路竣工階段原始狀態(tài)的信息模型。對(duì)高速公路的病害管理而言，這種正向建立的原始BIM模型是一種高速公路空間結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)載體，結(jié)合養(yǎng)護(hù)需求和病害分布的程度確定模型的精細(xì)程度。根據(jù)原始BIM模型建立高速公路病害記錄的空間依存模式，模型根據(jù)部件的分類不同將試驗(yàn)路段的各類病害按模型結(jié)構(gòu)重新分類。

通過搭載病害及詳細(xì)檢查養(yǎng)護(hù)信息的原始模型，養(yǎng)護(hù)人員能夠直觀地觀測到高速公路病害的分布情況及局部路段的整體狀況。同時(shí)也方便一次性查看同一處某類病害的多期檢查養(yǎng)護(hù)記錄。

3.2 點(diǎn)云逆向生成模型

對(duì)于高速公路的運(yùn)營維護(hù)來講，養(yǎng)護(hù)階段的路面BIM模型應(yīng)該是高速公路路面整體的虛擬三維數(shù)字化，是將真實(shí)的公路路面幾何體逆向重現(xiàn)于虛擬的數(shù)字開發(fā)環(huán)境中。它表達(dá)了數(shù)據(jù)采集時(shí)刻公路路面的幾何形態(tài)和狀態(tài)信息，與BIM正向建模中由竣工階段圖紙翻模得到的原始模型相比，逆向生成的模型在數(shù)據(jù)信息來源上有本質(zhì)的不同，其運(yùn)用于運(yùn)維階段的側(cè)重點(diǎn)也不同。

在試驗(yàn)段高速公路現(xiàn)場利用車載三維激光掃描儀對(duì)整段路進(jìn)行掃描處理，所得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，導(dǎo)入BIM基礎(chǔ)軟件中逆向生成反映養(yǎng)護(hù)現(xiàn)場的路面實(shí)際模型，如圖2所示。由于三維激光掃描的技術(shù)特點(diǎn)是快速高精度的采集掃描體的表面信息，因此由點(diǎn)云逆向生成的模型更傾向于展現(xiàn)信息采集時(shí)刻高速公路的路面實(shí)時(shí)狀態(tài)。

圖2 點(diǎn)云表示的路面信息

點(diǎn)云逆向生成的路面實(shí)際模型與正向建立的BIM模型對(duì)比分析，能夠發(fā)現(xiàn)并計(jì)算路面各類表觀形變問題。與此同時(shí)，每期掃描得到的點(diǎn)云逆向生成的模型可作為巡查記錄分別進(jìn)行保存以便隨時(shí)調(diào)用分析不同時(shí)刻高速公路的路面狀態(tài)。此外，通過對(duì)多期數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比也可進(jìn)行公路路面各種形變裂縫發(fā)展趨勢的分析。相比以往常規(guī)的信息采集與處理手段，點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理使用能夠更高效、完整地獲取得到路面的整體和局部的變形情況。

3.3 模型分類與編碼規(guī)則

公路工程是典型的線路工程，最大的特點(diǎn)是區(qū)域跨度大，呈帶狀分布。因此，為搭建高速公路運(yùn)維管養(yǎng)BIM模型并基于模型建立系統(tǒng)科學(xué)的公路病害記錄檔案，該文借鑒了國內(nèi)外建筑行業(yè)BIM模型的分類、編碼標(biāo)準(zhǔn)，參考相關(guān)養(yǎng)護(hù)規(guī)范及鐵路行業(yè)的相關(guān)方法，研究建立了一套運(yùn)維管養(yǎng)階段高速公路BIM模型及病害的分類和編碼規(guī)則。

《鐵路工程信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》依照ISO 12006-2體系框架編制。為建立完整、分類清楚的構(gòu)件分類及病害記錄體系，該文所建立的高速公路運(yùn)維管養(yǎng)BIM模型中，點(diǎn)云逆向生成的模型數(shù)據(jù)作為單期數(shù)據(jù)保存計(jì)算。將正向建立的基礎(chǔ)BIM模型參照規(guī)范與設(shè)計(jì)圖紙按公路實(shí)體組成構(gòu)件進(jìn)行分類，并根據(jù)功能將高速公路模型分為路面、路基、橋隧構(gòu)造物和交通工程及沿線設(shè)施4大部分。并按不同部分所涵蓋的部件進(jìn)行逐級(jí)分類，精確至病害記錄的模型構(gòu)件深度。

由于公路的運(yùn)維管養(yǎng)主要針對(duì)公路路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測與評(píng)定，因此該文提出的高速公路運(yùn)維管養(yǎng)信息模型編碼方案由實(shí)體構(gòu)件編碼+病害編碼組成。實(shí)體構(gòu)件以樁號(hào)為基本單元定位，上下行編號(hào)給出總體方向，拼音首字母代表具體構(gòu)件名稱的方式進(jìn)行編號(hào)。同時(shí)根據(jù)養(yǎng)護(hù)記錄需求將構(gòu)件名稱直接同級(jí)編為具體地病害分布位置，公路病害信息通過2位字母+數(shù)字分別進(jìn)行編碼，字母表示病害名稱，數(shù)字表示記錄時(shí)間?，F(xiàn)以路面損壞為例，其編碼如圖3所示。

圖3 高速公路路面損壞編碼規(guī)則

4 融合BIM與現(xiàn)實(shí)捕捉技術(shù)的高速公路病害檢測信息化技術(shù)

4.1 基于點(diǎn)云的路面沉降分析

該項(xiàng)目對(duì)高速公路路面進(jìn)行了三維激光掃描，獲取的路面點(diǎn)云數(shù)據(jù)具備較好的精度和整體性?？蓪?duì)坑槽、沉降、波浪、擁包等有表觀形變的病害進(jìn)行處理分析。下面以沉降分析為例，由于高速公路路面有路面線形、路拱橫坡、道路縱坡等因素影響，其空間整體形態(tài)類似于螺旋形。因此在分析時(shí)將BIM正向模型路面部分導(dǎo)入分析軟件作為參照面。對(duì)采集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪、拼站等內(nèi)業(yè)處理后，只留下路面部分點(diǎn)云，并調(diào)整其空間坐標(biāo)與BIM正向模型對(duì)應(yīng)重合。將點(diǎn)云面和參照面進(jìn)行高程對(duì)比分析，在K9處發(fā)現(xiàn)明顯的路基沉降段，輪廓清晰可見，得到兩個(gè)平面間距的色差對(duì)比圖如圖4所示，精確度可達(dá)到毫米級(jí)別。

圖4 點(diǎn)云分析沉降的色差對(duì)比圖(單位：m)

進(jìn)一步可對(duì)該沉降段進(jìn)行沉降量分析，為修補(bǔ)工作的挖補(bǔ)范圍以及工程量計(jì)算提供可靠決策依據(jù)。而其他具有明顯幾何變化特征的路面病害在誤差允許范圍內(nèi)均可用此方法識(shí)別測量并分析，不同的病害分析結(jié)果以色差對(duì)比圖等直觀的形式貼圖在高速公路BIM模型表面，并將相應(yīng)的病害描述及處治歷史的文本記錄鏈接在相應(yīng)位置，方便用戶查看。通過以上實(shí)例，點(diǎn)云的數(shù)據(jù)采集-數(shù)據(jù)分析-數(shù)據(jù)記錄信息化路線能夠快速、精準(zhǔn)地發(fā)現(xiàn)分析并記錄此類路面病害，在高速公路的運(yùn)維管養(yǎng)過程中有著較大的應(yīng)用價(jià)值。

4.2 圖像處理技術(shù)觀測路面裂縫

在高速公路運(yùn)維中，也需要對(duì)路面的各類裂縫、泛油、松散等病害進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，而三維激光掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)并不能很好地分析這幾類不具備明顯形變的病害。此外對(duì)各類護(hù)欄、路燈、交通標(biāo)志標(biāo)線等路面設(shè)施的外觀檢查，傳統(tǒng)的方法只是利用人工現(xiàn)場識(shí)別來完成，誤差較大。針對(duì)以上問題，傳統(tǒng)手段不僅效率低、測量誤差大，檢查過程也存在一定的安全隱患。而且收集的文本和有限的圖片數(shù)據(jù)在記錄時(shí)并不能很好地標(biāo)注病害的位置和分布情況，用戶在查看數(shù)據(jù)時(shí)相對(duì)不便，甚至容易理解錯(cuò)誤，影響?zhàn)B護(hù)決策。

在該項(xiàng)目中，通過對(duì)試驗(yàn)段的車載全景攝影數(shù)據(jù)采集，在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理后得到了等間隔的路面全景照片。通過高像素?cái)z像頭拍攝的路面照片能夠清楚地分辨出路面裂縫等病害。利用相應(yīng)圖像處理軟件，可以在高像素照片中測量路面各類裂縫、泛油、松散等病害的長度、寬度、面積等空間尺寸。養(yǎng)護(hù)人員不再需要去現(xiàn)場人眼分辨記錄病害，而是通過對(duì)采集照片的后期處理識(shí)別各類病害，大大提升了工作效率。以裂縫為例，通過對(duì)全景照片的處理分析，得到了K0～K4的22條裂縫的長度、寬度和分布位置(表1)。傳統(tǒng)巡檢路面病害時(shí)需要養(yǎng)護(hù)人員搭乘車輛在低速行駛時(shí)肉眼分辨裂縫，發(fā)現(xiàn)裂縫后下車測量具體裂縫尺寸并記錄。以4 km長度路段為例，需耗時(shí)1 h以上。且既不安全，也不準(zhǔn)確，巡檢后對(duì)未探查到的裂縫更難以復(fù)核查對(duì)。而利用該技術(shù)則可完整地拍攝記錄路面病害情況，養(yǎng)護(hù)人員可在短時(shí)間內(nèi)通過高像素照片對(duì)路面裂縫進(jìn)行分辨、測量與記錄，且可以隨時(shí)調(diào)看復(fù)核。經(jīng)對(duì)比，在成熟的圖像處理技術(shù)下單人對(duì)4 km路面裂縫的統(tǒng)計(jì)共用時(shí)18 min，包括裂縫的長度、寬度與樁號(hào)位置。事后通過現(xiàn)場人工核查27條裂縫信息均與實(shí)際路面情況相符。

4.3 病害的建庫與記錄

在正向建立高速公路的BIM模型時(shí)，部件分類、結(jié)構(gòu)尺寸、材料材質(zhì)隨即被定義在模型中。通過將病害圖片信息貼附于模型表面，養(yǎng)護(hù)人員可以在軟件平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)對(duì)路面病害的識(shí)別與標(biāo)記，并進(jìn)行長度、寬度、面積的測量和空間定位。根據(jù)高速公路運(yùn)維管養(yǎng)BIM模型分類與編碼規(guī)則，對(duì)不同的公路病害進(jìn)行編碼，并將其掛接在模型中相應(yīng)的構(gòu)件部位上。另外，每次三維激光掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)及通過點(diǎn)云逆向生成的模型數(shù)據(jù)作為單期的整體公路表觀形態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，方便養(yǎng)護(hù)人員隨時(shí)提取部分點(diǎn)云信息進(jìn)行變形分析。

表1 K1～K4路段裂縫識(shí)別結(jié)果

根據(jù)養(yǎng)護(hù)方需求，在參考了JTG H20-2007《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》和JTG H10-2009《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》等相關(guān)養(yǎng)護(hù)規(guī)范后，結(jié)合BIM技術(shù)按部件分類、空間結(jié)構(gòu)形式強(qiáng)的特點(diǎn)，將高速公路病害數(shù)據(jù)庫所包括的主要數(shù)據(jù)分為4個(gè)系統(tǒng)，分別為：路面數(shù)據(jù)庫、路基數(shù)據(jù)庫、橋隧構(gòu)造物數(shù)據(jù)庫和交通工程及沿線設(shè)施數(shù)據(jù)庫。由于病害數(shù)據(jù)存在著覆蓋面廣、類型復(fù)雜的特點(diǎn)，病害數(shù)據(jù)庫采取樹狀分布，每個(gè)系統(tǒng)下再細(xì)分不同的子系統(tǒng)，各數(shù)據(jù)分類如圖5所示。

圖5 病害數(shù)據(jù)庫的邏輯樹

因此該文提出的病害信息化記錄既包含了BIM范疇內(nèi)所應(yīng)具備的道路所有屬性與結(jié)構(gòu)物信息，也涵蓋著基于現(xiàn)實(shí)捕捉技術(shù)所建立的具有養(yǎng)護(hù)狀態(tài)信息的信息模型。在BIM技術(shù)與現(xiàn)實(shí)捕捉技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步將各類新型檢測手段和傳統(tǒng)手段采集到的病害信息與養(yǎng)護(hù)狀態(tài)進(jìn)行重新分類，并以模型為病害記錄載體，形成了融合BIM與現(xiàn)實(shí)捕捉技術(shù)的高速公路病害信息化數(shù)據(jù)庫。實(shí)現(xiàn)了路面病害數(shù)據(jù)保存的結(jié)構(gòu)化、空間化、直觀化的特點(diǎn)。也能夠更好地處理高速公路道路病害類型多、成因復(fù)雜、分布呈空間態(tài)勢的問題。

5 融合BIM與現(xiàn)實(shí)捕捉技術(shù)的病害采集信息化流程的技術(shù)特點(diǎn)

通過以上兩種現(xiàn)實(shí)捕捉技術(shù)與BIM的結(jié)合應(yīng)用，搭建起了一整套基于融合BIM與現(xiàn)實(shí)捕捉技術(shù)的高速公路病害采集信息化流程。這套流程包括完整的公路病害的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)記錄3個(gè)部分。集成了兩種先進(jìn)測量手段的高效采集信息、數(shù)據(jù)分析精準(zhǔn)、結(jié)果顯示直觀的特點(diǎn)。

具體而言，該病害采集信息化流程在高速公路養(yǎng)護(hù)工作中的優(yōu)勢主要有以下幾個(gè)方面：

(1) 發(fā)揮了兩種新興測量技術(shù)的優(yōu)勢。在該流程中，數(shù)據(jù)采集時(shí)高效新型的檢測手段與傳統(tǒng)方式并存，人員在采集數(shù)據(jù)時(shí)更加安全，數(shù)據(jù)類型空間化、完整化、信息涵蓋量更大、儲(chǔ)存更方便。大大改善了傳統(tǒng)病害信息采集的誤差大、安全性低、耗時(shí)長等缺點(diǎn)。

(2) 數(shù)據(jù)處理的針對(duì)性強(qiáng)，效率高。該套流程利用兩種現(xiàn)實(shí)捕捉技術(shù)針對(duì)不同類型的病害進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與處理分析工作。結(jié)合相應(yīng)算法能夠?qū)Σ『M(jìn)行更高效、更具針對(duì)性的分析處理。相比傳統(tǒng)手段的養(yǎng)護(hù)人員現(xiàn)場判斷記錄，該流程更具安全性、科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

(3) 數(shù)據(jù)記錄的形式由傳統(tǒng)的二維形式變?yōu)槿S空間形式，數(shù)據(jù)記錄的邏輯關(guān)系更強(qiáng)。各類病害按公路的BIM模型構(gòu)件分類劃分，將病害圖片以模型貼圖的方式進(jìn)行記錄，能夠更精確地表達(dá)出空間位置信息，使得病害數(shù)據(jù)記錄的邏輯關(guān)系更清楚，影像數(shù)據(jù)的查看更全面化、精準(zhǔn)化，也避免了添加數(shù)據(jù)時(shí)的重復(fù)和缺漏。此外，該套流程數(shù)據(jù)的記錄增加了點(diǎn)云數(shù)據(jù)和逆向模型這種更包容的數(shù)據(jù)記錄形式，方便用戶進(jìn)行多期數(shù)據(jù)的對(duì)比得到特定病害的發(fā)展趨勢。

(4) 成套成體系的數(shù)據(jù)采集、處理、記錄提升了高速公路養(yǎng)護(hù)工作的效率，方便養(yǎng)護(hù)人員能夠隨時(shí)提取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。該流程具備快速完整的數(shù)據(jù)采集、高效準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析及隨時(shí)可提取分析數(shù)據(jù)記錄的特點(diǎn)。

6 結(jié)語

以中國高速公路發(fā)展與養(yǎng)護(hù)現(xiàn)狀為背景，以滿足更高效、更具科技含量、更節(jié)省資金與人員投入的養(yǎng)護(hù)需求為目標(biāo)，提出了一種基于融合BIM技術(shù)與現(xiàn)實(shí)捕捉技術(shù)的高速公路病害采集信息化流程。全流程包括三維激光掃描技術(shù)與攝影測量技術(shù)的信息采集與處理、依托高速公路正向BIM模型的病害數(shù)據(jù)庫搭建、數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存等步驟，建立了一整套運(yùn)用于養(yǎng)護(hù)階段的BIM模型分類與編碼規(guī)則。依托工程項(xiàng)目實(shí)例，分別針對(duì)路基沉降與路面裂縫兩類病害進(jìn)行了全流程試驗(yàn)，體現(xiàn)了該流程在養(yǎng)護(hù)階段應(yīng)用的高效性、高準(zhǔn)確性、利用性強(qiáng)等優(yōu)勢。與傳統(tǒng)僅僅基于BIM的運(yùn)維養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)相比，該文提出的融合技術(shù)更具全面的專業(yè)優(yōu)勢與更開闊的應(yīng)用前景。