BIM技術與傾斜攝影測量技術在蘭州某互通立交工程中的應用

劉志中， 王 旭

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司;公路交通節能環保技術交通運輸行業研發中心，安徽 合肥 230088)

0 引 言

隨著交通行業的不斷發展，復雜的城市互通立交工程逐漸建設起來。在項目設計中，受地理環境、交通等因素制約[1]，互通立交工程線型越來越復雜，參建單位人員很難根據二維圖紙想象和構建其模型，這就給各方溝通和現場施工加大難度，導致傳統的二維設計已經滿足不了工程項目建設的需求。近年來，BIM 技術發展迅速，其三維可視化、數據聯動性、參數化、協同化等優勢[2]，在項目設計和施工過程中突顯，因而得到廣泛應用，且應用效果良好，對設計方案的優化具有重要意義[3]。

無人機傾斜攝影技術是近幾年興起的高科技測量技術，相對于傳統測量技術具有巨大的優勢[4]。航測后，通過軟件分析，可以真實地反映項目周邊的環境，高精度地獲取地物紋理信息，生成真實的三維實景模型[5]。BIM技術與傾斜攝影測量技術結合能夠形成微妙互補，BIM技術可以輔助傾斜攝影測量技術完善數字模型的構件細節，而傾斜攝影測量技術可以為BIM模型搭建周邊全部地形環境，還原項目高度的實景模型和可視化的三維環境，為工程項目、設計施工提供技術支撐，提升設計和施工質量[6]。

本文以蘭州新區某項目互通立交工程項目為背景，研究BIM與傾斜攝影測量技術在立交互通應用的優勢，為后續立交工程應用BIM與傾斜攝影測量技術奠定基礎。

1 項目概況

本項目位于蘭州新區經三十三路與緯一路、G341線(白銀至中川段)一級公路交叉處，是城市內外交通轉換的樞紐立交工程。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，共設置G341主線橋左右幅和8個匝道橋，橋梁總長2 779 m。

圖1 項目互通方案圖

2 傾斜攝影測量技術原理與研究

無人機傾斜攝影測量技術是近幾年發展起來的新型測量技術，它改變了傳統航測遙感影像只能從垂直方向拍攝的局限性。傾斜攝影測量技術是通過5臺傳感器(1個垂直，4個傾斜)從5個不同的角度獲取同一地物的影像資料[7]，然后通過專業軟件對影像進行預處理生成真實三維實景模型。該技術能夠真實地反應實際的地形、地貌狀況，并且可對其進行測量，記錄高程坐標等信息，具備獲取信息速度快、后處理自動化程度高等特點。

本項目施工階段采用無人機傾斜攝影測量對項目所在地進行測量，建立三維實景模型，主要步驟如下。

2.1 現場踏勘

為了確保航測期間無人機正常工作，需提前對項目現場進行踏勘，了解項目周邊地形和環境，查明是否存在無人機起飛的干擾因素和禁飛區，綜合考慮制定無人機的起飛位置和飛行高度。本項目無人機起飛點選在地勢平坦、視野開闊、上方無遮擋處，保證安全飛行。

2.2 現場無人機航測

以本項目互通施工區域為目標區域，根據現場實際情況合理規劃飛行區域、相機傾角、航向重疊率、旁向重疊率等參數，必要時進行補拍，直到所有區域完成航測。

本項目屬于城市內外交通轉換的樞紐立交工程，不屬于公路或市政項目的帶狀工程。因此本項目無人機傾斜攝影測量需要結合項目工程實際特點，進行合理的分塊分區，將航測項目分為2個區塊，每區塊尺寸大約為1 000 m×1 200 m。考慮到項目施工存在橋梁墩柱、路基擋墻等構筑物，為了滿足無人機最大限度航測效果，設置航攝的相機傾角α=55°，航向重疊率H=75%，旁向重疊率S=75%。

2.3 建立傾斜攝影實景建模

航測完成后，及時對數據進行處理，本次采用Context Capture Center 軟件進行數據初步處理，形成三維實景模型,如圖2所示。

圖2 傾斜攝影測量三維實景模型

3 傾斜攝影模型的應用

3.1 施工現場規劃布置

施工場地布置是施工組織設計的重要組成部分，對施工正常有序運行起著至關重要的作用。傳統的施工場地布置往往都是由項目技術負責人根據現場踏勘，再根據施工平面圖并結合施工經驗對施工場地等進行大致區域布置的，很多三維信息和專業信息資料均難以集中體現，無法定量評判其合理性，為后期施工帶來不便。

本項目完成測區的傾斜攝影，建立實景三維模型，高精度高逼真地還原項目所處環境，為開展GIS應用提供基礎。實景模型與BIM 模型融合，通過可視化模擬可直觀反映施工現場情況，有助于合理規劃施工用地和施工便道，保證現場運輸道路暢通，方便施工人員作業，有效避免二次搬運，提高施工效率。

3.2 不同時期施工現場狀況查看

通過無人機對施工現場不定期航測，獲得不同階段的施工現場攝影圖，再通過Context Capture處理得到三維實景模型，進一步的數字化處理后，即可查看施工現場狀況。通過不同階段的實景模型對比，可以查看現在施工進度情況，作為施工進度管理的依據，如圖3所示。

圖3 不同時間施工現場實景模型對比圖

4 BIM與傾斜攝影測量技術的應用

本項目采用Open Roads Designer和Open Bridge Modeler軟件分別對互通立交路基段和橋梁進行數字建模，通過控制點坐標將三維數字模型和實景模型進行融合。其技術路線如圖4所示。

圖4 GIS+傾斜攝影測量技術信息化管理技術路線

4.1 BIM+傾斜攝影模型三維可視化

傳統的工程設計中，設計方案都是通過二維圖紙進行展示，對于復雜的互通立交工程，參建單位人員很難通過圖紙想象和構建模型，這就給各方溝通和現場施工增加了難度。而BIM設計突顯了其3D的優勢，建立三維BIM模型和動態展示，效果非常直觀，同時結合三維實景模型，可以查看項目周邊環境，如圖5所示，為施工準備提供依據。

圖5 BIM模型與實景模型三維可視化

4.2 BIM與傾斜攝影數據共享

在Web平臺搭建后，可以將模型的構件信息和建設管理平臺進行整合和數據共享，通過建設管理平臺對項目的進度、質量、安全、計量和檔案進行管理，如圖6所示。同時，及時將工程數據展現給參建各方，參建各方可以通過平臺對項目信息進行管理分析和處理。數據共享可以提升建設業主單位、設計單位、監理單位、施工企業對項目的綜合協同控制管理能力，助力施工單位合理制定施工方案，保證施工質量，減少返工，節約工期，使施工過程有序可控，為項目竣工時提供全要素可視立交工程信息模型。

圖6 項目建設項目管理平臺

5 結束語

本文介紹了無人機傾斜攝影測量技術在互通立交工程中的應用，通過三維實景建模可以助力于項目施工場地布置和查看不同時期工程進度情況，為項目施工進度管理做技術支撐。

采用BIM技術將三維數字模型和實景模型進行融合，通過Web平臺進行數據整合和共享，便于參建各方對項目精細化、可視化管理。隨著BIM+傾斜攝影測量技術的成熟，這項技術將在立交互通等道路工程中得到更大程度的應用，為BIM技術在交通行業的進一步發展提供支撐。