BIM技術(shù)與傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在蘭州某互通立交工程中的應(yīng)用

劉志中， 王 旭

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司;公路交通節(jié)能環(huán)保技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，安徽 合肥 230088)

0 引 言

隨著交通行業(yè)的不斷發(fā)展，復(fù)雜的城市互通立交工程逐漸建設(shè)起來。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，受地理環(huán)境、交通等因素制約[1]，互通立交工程線型越來越復(fù)雜，參建單位人員很難根據(jù)二維圖紙想象和構(gòu)建其模型，這就給各方溝通和現(xiàn)場(chǎng)施工加大難度，導(dǎo)致傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)已經(jīng)滿足不了工程項(xiàng)目建設(shè)的需求。近年來，BIM 技術(shù)發(fā)展迅速，其三維可視化、數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)性、參數(shù)化、協(xié)同化等優(yōu)勢(shì)[2]，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工過程中突顯，因而得到廣泛應(yīng)用，且應(yīng)用效果良好，對(duì)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化具有重要意義[3]。

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)是近幾年興起的高科技測(cè)量技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)具有巨大的優(yōu)勢(shì)[4]。航測(cè)后，通過軟件分析，可以真實(shí)地反映項(xiàng)目周邊的環(huán)境，高精度地獲取地物紋理信息，生成真實(shí)的三維實(shí)景模型[5]。BIM技術(shù)與傾斜攝影測(cè)量技術(shù)結(jié)合能夠形成微妙互補(bǔ)，BIM技術(shù)可以輔助傾斜攝影測(cè)量技術(shù)完善數(shù)字模型的構(gòu)件細(xì)節(jié)，而傾斜攝影測(cè)量技術(shù)可以為BIM模型搭建周邊全部地形環(huán)境，還原項(xiàng)目高度的實(shí)景模型和可視化的三維環(huán)境，為工程項(xiàng)目、設(shè)計(jì)施工提供技術(shù)支撐，提升設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量[6]。

本文以蘭州新區(qū)某項(xiàng)目互通立交工程項(xiàng)目為背景，研究BIM與傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在立交互通應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，為后續(xù)立交工程應(yīng)用BIM與傾斜攝影測(cè)量技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于蘭州新區(qū)經(jīng)三十三路與緯一路、G341線(白銀至中川段)一級(jí)公路交叉處，是城市內(nèi)外交通轉(zhuǎn)換的樞紐立交工程。立交工程采用“變形苜蓿葉”方案，主交通流方向采用“定向+半定向”匝道相連，次交通流方向采用苜蓿葉匝道連接，立交分上下兩層，如圖1所示。本互通立交工程總道路面積109 675 m2，總里程8 782 m，共設(shè)置G341主線橋左右幅和8個(gè)匝道橋，橋梁總長2 779 m。

圖1 項(xiàng)目互通方案圖

2 傾斜攝影測(cè)量技術(shù)原理與研究

無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的新型測(cè)量技術(shù)，它改變了傳統(tǒng)航測(cè)遙感影像只能從垂直方向拍攝的局限性。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是通過5臺(tái)傳感器(1個(gè)垂直，4個(gè)傾斜)從5個(gè)不同的角度獲取同一地物的影像資料[7]，然后通過專業(yè)軟件對(duì)影像進(jìn)行預(yù)處理生成真實(shí)三維實(shí)景模型。該技術(shù)能夠真實(shí)地反應(yīng)實(shí)際的地形、地貌狀況，并且可對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，記錄高程坐標(biāo)等信息，具備獲取信息速度快、后處理自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。

本項(xiàng)目施工階段采用無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量對(duì)項(xiàng)目所在地進(jìn)行測(cè)量，建立三維實(shí)景模型，主要步驟如下。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)踏勘

為了確保航測(cè)期間無人機(jī)正常工作，需提前對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行踏勘，了解項(xiàng)目周邊地形和環(huán)境，查明是否存在無人機(jī)起飛的干擾因素和禁飛區(qū)，綜合考慮制定無人機(jī)的起飛位置和飛行高度。本項(xiàng)目無人機(jī)起飛點(diǎn)選在地勢(shì)平坦、視野開闊、上方無遮擋處，保證安全飛行。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)無人機(jī)航測(cè)

以本項(xiàng)目互通施工區(qū)域?yàn)槟繕?biāo)區(qū)域，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況合理規(guī)劃飛行區(qū)域、相機(jī)傾角、航向重疊率、旁向重疊率等參數(shù)，必要時(shí)進(jìn)行補(bǔ)拍，直到所有區(qū)域完成航測(cè)。

本項(xiàng)目屬于城市內(nèi)外交通轉(zhuǎn)換的樞紐立交工程，不屬于公路或市政項(xiàng)目的帶狀工程。因此本項(xiàng)目無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量需要結(jié)合項(xiàng)目工程實(shí)際特點(diǎn)，進(jìn)行合理的分塊分區(qū)，將航測(cè)項(xiàng)目分為2個(gè)區(qū)塊，每區(qū)塊尺寸大約為1 000 m×1 200 m?？紤]到項(xiàng)目施工存在橋梁墩柱、路基擋墻等構(gòu)筑物，為了滿足無人機(jī)最大限度航測(cè)效果，設(shè)置航攝的相機(jī)傾角α=55°，航向重疊率H=75%，旁向重疊率S=75%。

2.3 建立傾斜攝影實(shí)景建模

航測(cè)完成后，及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，本次采用Context Capture Center 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)初步處理，形成三維實(shí)景模型,如圖2所示。

圖2 傾斜攝影測(cè)量三維實(shí)景模型

3 傾斜攝影模型的應(yīng)用

3.1 施工現(xiàn)場(chǎng)規(guī)劃布置

施工場(chǎng)地布置是施工組織設(shè)計(jì)的重要組成部分，對(duì)施工正常有序運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的施工場(chǎng)地布置往往都是由項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，再根據(jù)施工平面圖并結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)對(duì)施工場(chǎng)地等進(jìn)行大致區(qū)域布置的，很多三維信息和專業(yè)信息資料均難以集中體現(xiàn)，無法定量評(píng)判其合理性，為后期施工帶來不便。

本項(xiàng)目完成測(cè)區(qū)的傾斜攝影，建立實(shí)景三維模型，高精度高逼真地還原項(xiàng)目所處環(huán)境，為開展GIS應(yīng)用提供基礎(chǔ)。實(shí)景模型與BIM 模型融合，通過可視化模擬可直觀反映施工現(xiàn)場(chǎng)情況，有助于合理規(guī)劃施工用地和施工便道，保證現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸?shù)缆窌惩?，方便施工人員作業(yè)，有效避免二次搬運(yùn)，提高施工效率。

3.2 不同時(shí)期施工現(xiàn)場(chǎng)狀況查看

通過無人機(jī)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)不定期航測(cè)，獲得不同階段的施工現(xiàn)場(chǎng)攝影圖，再通過Context Capture處理得到三維實(shí)景模型，進(jìn)一步的數(shù)字化處理后，即可查看施工現(xiàn)場(chǎng)狀況。通過不同階段的實(shí)景模型對(duì)比，可以查看現(xiàn)在施工進(jìn)度情況，作為施工進(jìn)度管理的依據(jù)，如圖3所示。

圖3 不同時(shí)間施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景模型對(duì)比圖

4 BIM與傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

本項(xiàng)目采用Open Roads Designer和Open Bridge Modeler軟件分別對(duì)互通立交路基段和橋梁進(jìn)行數(shù)字建模，通過控制點(diǎn)坐標(biāo)將三維數(shù)字模型和實(shí)景模型進(jìn)行融合。其技術(shù)路線如圖4所示。

圖4 GIS+傾斜攝影測(cè)量技術(shù)信息化管理技術(shù)路線

4.1 BIM+傾斜攝影模型三維可視化

傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)方案都是通過二維圖紙進(jìn)行展示，對(duì)于復(fù)雜的互通立交工程，參建單位人員很難通過圖紙想象和構(gòu)建模型，這就給各方溝通和現(xiàn)場(chǎng)施工增加了難度。而BIM設(shè)計(jì)突顯了其3D的優(yōu)勢(shì)，建立三維BIM模型和動(dòng)態(tài)展示，效果非常直觀，同時(shí)結(jié)合三維實(shí)景模型，可以查看項(xiàng)目周邊環(huán)境，如圖5所示，為施工準(zhǔn)備提供依據(jù)。

圖5 BIM模型與實(shí)景模型三維可視化

4.2 BIM與傾斜攝影數(shù)據(jù)共享

在Web平臺(tái)搭建后，可以將模型的構(gòu)件信息和建設(shè)管理平臺(tái)進(jìn)行整合和數(shù)據(jù)共享，通過建設(shè)管理平臺(tái)對(duì)項(xiàng)目的進(jìn)度、質(zhì)量、安全、計(jì)量和檔案進(jìn)行管理，如圖6所示。同時(shí)，及時(shí)將工程數(shù)據(jù)展現(xiàn)給參建各方，參建各方可以通過平臺(tái)對(duì)項(xiàng)目信息進(jìn)行管理分析和處理。數(shù)據(jù)共享可以提升建設(shè)業(yè)主單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、施工企業(yè)對(duì)項(xiàng)目的綜合協(xié)同控制管理能力，助力施工單位合理制定施工方案，保證施工質(zhì)量，減少返工，節(jié)約工期，使施工過程有序可控，為項(xiàng)目竣工時(shí)提供全要素可視立交工程信息模型。

圖6 項(xiàng)目建設(shè)項(xiàng)目管理平臺(tái)

5 結(jié)束語

本文介紹了無人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在互通立交工程中的應(yīng)用，通過三維實(shí)景建模可以助力于項(xiàng)目施工場(chǎng)地布置和查看不同時(shí)期工程進(jìn)度情況，為項(xiàng)目施工進(jìn)度管理做技術(shù)支撐。

采用BIM技術(shù)將三維數(shù)字模型和實(shí)景模型進(jìn)行融合，通過Web平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合和共享，便于參建各方對(duì)項(xiàng)目精細(xì)化、可視化管理。隨著BIM+傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的成熟，這項(xiàng)技術(shù)將在立交互通等道路工程中得到更大程度的應(yīng)用，為BIM技術(shù)在交通行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展提供支撐。