傾斜攝影在 BIM 技術(shù)中的應(yīng)用

譚開榮，葛小寧，盧 昊，秦宗森，王 健，梁少崗

（中建八局第二建設(shè)有限公司，山東 濟(jì)南 250014）

0 引言

最近幾年，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)迅速地在測繪地理領(lǐng)域中發(fā)展，這種技術(shù)通過在同一個飛行平臺中進(jìn)行傳感器搭載，圍繞垂直方向和多個傾斜視角完成拍攝影像，得到地面物體確切信息，由此形成地貌地物的實景三維模型，可以說無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)是三維可視化大場景研究應(yīng)用的前提。BIM 是建筑信息模型的一個簡稱，通過三維數(shù)字化技術(shù)集成建筑工程的多樣化數(shù)據(jù)模型，以此為基礎(chǔ)完成建筑項目設(shè)計、建筑項目改造與建筑項目運營管理，所以 BIM 可作用在建筑工程的全壽命周期過程中。新時期下，如何發(fā)揮傾斜攝影技術(shù)的優(yōu)勢，強(qiáng)化 BIM 技術(shù)運用的效率是熱點話題。

1 傾斜攝影與 BIM 技術(shù)概述

1.1 傾斜攝影測量原理

以往的航空攝影測量僅僅是通過單相機(jī)進(jìn)行的，圍繞垂直角度對地物進(jìn)行拍攝，得到的影像被稱之為正攝影攝像。傾斜攝影是圍繞垂直和傾斜的視角進(jìn)行地物拍攝，傳感器的種類以五鏡頭相機(jī)為主，立足于下視角度、側(cè)視角度、前后視角等多個角度進(jìn)行影像采集。對于相同的時間段內(nèi)，相機(jī)持續(xù)拍攝具備重疊度的對應(yīng)照片，相同地物存在于多張照片中［1］。傾斜攝影不僅能夠得到地物頂部數(shù)據(jù)，還可得到地物側(cè)面數(shù)據(jù)，所以更為真實地凸顯地物特征。和正攝影攝像進(jìn)行比較，傾斜影像便于用戶在多個視角上觀察地物情況，處理正攝影像研究過程存在的不足。總體而言，傾斜攝影測量系統(tǒng)設(shè)計飛行平臺結(jié)構(gòu)、傳感器結(jié)構(gòu)與信息處理軟件結(jié)構(gòu)，經(jīng)常運用的飛行平臺便是無人機(jī)，把多旋翼無人機(jī)當(dāng)作核心，搭載對應(yīng)的 GPS/IMU模塊，相關(guān)人員拍攝照片時記錄對應(yīng)的 POS 信息數(shù)據(jù)。發(fā)揮專業(yè)軟件的作用完成信息處理，生產(chǎn)出 DLG、DOM 和 DEM 等測繪產(chǎn)品，直接通過成果影像完成高度測量、長度測量和角度測量，延伸傾斜攝影技術(shù)在行業(yè)中的運用范圍。

1.2 傾斜攝影測量流程

傾斜攝影測量流程涉及任務(wù)接收、飛行準(zhǔn)備、傾斜攝影實施、信息處理和成果輸出幾項內(nèi)容。在接受任務(wù)之后，掌握測量區(qū)域的自然地理現(xiàn)象，必要的情況下進(jìn)行現(xiàn)場勘察，得到測繪資料完成技術(shù)設(shè)計。與此同時，飛行之前對軟件設(shè)備和硬件設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)備，規(guī)劃飛行路線，科學(xué)設(shè)置行高參數(shù)、影像重疊度等。對于實際的傾斜攝影過程，以快拼影像的方式為主，對飛行質(zhì)量進(jìn)行檢驗［2］。把測量的成果和地理坐標(biāo)精確度結(jié)合起來，得到測量地區(qū)的信息之后，利用軟件完成測繪產(chǎn)品的制作，編輯數(shù)據(jù)測量成果，記錄與統(tǒng)計。在此期間，最為繁瑣的便是處理傾斜影像信息，運用多視影像密集匹配、真正攝影像糾正等項目。傾斜攝影運用在 BIM 技術(shù)中，重點是思考如何創(chuàng)建三維模型，凸顯項目附近的地理信息，給 BIM 模型建設(shè)提供確切的可視化場景?，F(xiàn)階段，市面中傾斜攝影信息處理軟件，包含 PhotoMesh 和 DPModeler，和 AutoCAD 等一系列三維建模軟件進(jìn)行比較，能夠更為確切地得到實景三維模型，使得模型生產(chǎn)效率大大提升［3］。

1.3 BIM 技術(shù)應(yīng)用價值

首先是發(fā)展為主流技術(shù)平臺，BIM 技術(shù)平臺的運用不只是在房屋建筑層面，還可運用在路橋區(qū)隧道建設(shè)與風(fēng)景園林規(guī)劃等場面，應(yīng)用 BIM 技術(shù)的人群逐步廣泛化，把 BIM 技術(shù)作為增強(qiáng)工程質(zhì)量的有力工具，發(fā)展為建筑行業(yè)的主流技術(shù)。其次是建筑項目共同協(xié)作的平臺核心，傳統(tǒng)的建筑工程項目因為多次修改造成信息流通不暢與信息孤島情況，如今建筑主體的規(guī)模逐步擴(kuò)展，建筑物投資范圍逐步擴(kuò)大，信息交流逐步繁瑣。建筑設(shè)計中，通過 BIM 工作平臺，真實給各個專業(yè)管理單位提供信息交流條件，科學(xué)安排工程任務(wù)［4］。針對施工階段，以 BIM 平臺為基礎(chǔ)，完成建筑方案設(shè)計，以三維動畫的形式深入進(jìn)行雙方溝通，不同的分包機(jī)構(gòu)與工序小組通過 BIM 技術(shù)完成工序處理，減小信息風(fēng)險。建筑工程運營維護(hù)時期，業(yè)主全面監(jiān)控建筑信息模型，了解感應(yīng)器和預(yù)埋應(yīng)變片等工具的運作狀態(tài)。最后是建筑行業(yè)變革的推動力，BIM 技術(shù)給建筑行業(yè)的發(fā)展提供條件，不管是建筑設(shè)計，還是建筑施工，都應(yīng)該應(yīng)用 BIM 技術(shù)，特別是具備較大影響力的項目。

2 傾斜攝影與 BIM 技術(shù)結(jié)合的運用方向

傾斜攝影一方面可真實地凸顯地物信息，另一方面可通過差分 GPS 定位技術(shù)融入相對確切的地理位置信息，保證用戶得到最為真實的運用體驗，延伸技術(shù)運用領(lǐng)域。在建筑工程建設(shè)中，通過傾斜攝影得到建筑項目的地表環(huán)境數(shù)據(jù)，形成高精度的地理場景，之后結(jié)合 BIM 技術(shù)形成建筑模型，涉及地表施工情況、物料堆積情況、建筑附屬情況等，保證工程建設(shè)工作時效性進(jìn)展。并且傾斜攝影運用在 BIM 技術(shù)中，給市政精細(xì)化管理以及應(yīng)急救援提供信息支撐。融合 BIM 技術(shù)與傾斜攝影建設(shè)三維模型，提供冬季供暖的傳導(dǎo)路線，以免出現(xiàn)人員傷亡與能源浪費的現(xiàn)象［5］。最后是三維城市建模，以往的航空測量與地面拍攝要建立在大量的人工貼圖基礎(chǔ)之上，缺少確切的建筑物內(nèi)部信息。以 BIM 技術(shù)為主，輕松地得到建筑外觀尺寸信息與建筑內(nèi)部信息，保證建筑空間信息和附近的地理環(huán)境進(jìn)行共享，作用在城市三維模型中，減小城市建造成本，增強(qiáng)建筑工程模型的精度。

3 傾斜攝影在 BIM 技術(shù)中的應(yīng)用途徑

3.1 建筑工程施工前期階段

結(jié)合詳細(xì)的航空測量信息進(jìn)行影像預(yù)處理，生成高精度的 GPS 模型。和正向影像進(jìn)行比較，傾斜影像借助先進(jìn)的定位技術(shù)融入確切的地理信息，獲得建筑工程地表環(huán)境的信息，生成實景模型。在建筑項目施工之前，施工單位對施工現(xiàn)場進(jìn)行勘察，評估施工附近環(huán)境，明確對應(yīng)的建筑方案。把傾斜攝影運用在 BIM 技術(shù)中，通過傾斜攝影勘查現(xiàn)場減少人工成本，在電腦中呈現(xiàn)真實的建筑情況，匹配 BIM 顯示和實景模型［6］，生成最佳的建筑施工路線。對于建筑總平面圖的布置，通過前期航拍的實景圖模擬施工場地的臨建臨水臨電布局，完成建筑工程整體設(shè)計。

3.2 建筑工程施工現(xiàn)場

建筑工程是無法控制建筑成本和工期的，在很大程度上和建筑施工范圍存在關(guān)聯(lián)，諸多建筑工程需要建設(shè)較長時間，工程師也要親臨現(xiàn)場檢查建筑是否存在紕漏情況。傾斜攝影對建筑施工過程進(jìn)行拍攝，借助對應(yīng)軟件形成三維網(wǎng)絡(luò)模型，數(shù)字化處理相關(guān)畫面，呈現(xiàn)建筑竣工的整體面貌。用戶依托平板電腦查看施工現(xiàn)場情況，判斷施工過程是否存在錯誤。傾斜攝影運用在 BIM 技術(shù)中，設(shè)置攝影點與固定拍攝點，整理施工現(xiàn)場的資源運用情況，強(qiáng)化建筑現(xiàn)場總平面管理質(zhì)量［7］。除此之外，涉及施工資料的整理，檔案館歸檔時應(yīng)提交對應(yīng)的施工影像資料，對于施工過程不容易捕捉的項目，傾斜攝影起到巨大作用。通過自身的高度優(yōu)勢捕捉相對廣泛的施工作業(yè)面，密切掌握業(yè)主報批進(jìn)度。通過實景模型完成匯報，真實地呈現(xiàn)施工資料，便于保證建筑工程施工精細(xì)化管理。

3.3 建筑工程結(jié)算

土石方工程量的核算作為建筑工程預(yù)算以及結(jié)算的焦點，工程相關(guān)方偽造對應(yīng)資料造成糾紛，以至于建筑工程不能順利交工。在以往的土方量計算模式下，體現(xiàn)出數(shù)據(jù)量大與精確度不高的特點，相關(guān)人員應(yīng)通過傾斜攝影與 BIM 技術(shù)處理相關(guān)問題，由于傾斜攝影能夠?qū)δＰ瓦M(jìn)行研究和計算，減小人工計算的時間與成本，因此要體現(xiàn)傾斜攝影的準(zhǔn)確性，計算建筑工程的挖方量、凈挖方量與填方量。

3.4 傾斜攝影在 BIM 技術(shù)中的應(yīng)用案例

某辦公樓計劃進(jìn)行建筑改造，項目是運用 BIM 技術(shù)完成建筑管理，把樓群和附近的環(huán)境場景當(dāng)作信息基礎(chǔ)。通過無人機(jī)搭載傾斜攝影相機(jī)，無人機(jī)的型號是中海達(dá) iFiy D6 多旋翼無人機(jī)、對應(yīng)攝影相機(jī)的型號是 iCam Q5。對應(yīng)的測量區(qū)域面積為 0.26 km2飛行高度為 150 m、航向重疊率為 75 %、旁向重疊率為 70 %［8］。借助 DP-Modeler軟件對于建筑工程完成自動化建模，以空三加密和 TIN 網(wǎng)構(gòu)建以及紋理貼圖等操作過程構(gòu)建實景三維模型，信息成果滿足技術(shù)要求，在很大程度上支撐著 BIM 項目的進(jìn)行。

4 結(jié)語

綜上所述，研究傾斜攝影在 BIM 技術(shù)中的應(yīng)用存在深遠(yuǎn)的意義和價值，傾斜攝影應(yīng)用在 BIM 技術(shù)中給建筑工程的進(jìn)展提供更多便捷條件。相關(guān)人員需盡可能地發(fā)揮傾斜攝影存在價值，輔助 BIM 技術(shù)構(gòu)建建筑工程施工體系，動態(tài)掌握工程進(jìn)展效率，不斷提高建筑工程建設(shè)有效性。