倾斜摄影与BIM融合技术在特大型桥梁建设上的应用

周建敏，叶嘉庭，刘 辉，何武超

（1.宁波城市地下空间投资有限公司，浙江 宁波 315000；2.宁波通途投资开发有限公司，浙江 宁波 315000；3.上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市200092）

1 工程概况

中兴大桥及接线工程起于宁波市中兴路-江南路口，沿中兴北路跨越甬江，止于青云路，全长约2.62 km，是通途路与世纪大道间跨甬江重要的交通主干道。工程总投资22.6亿元，主桥采用上层机动车、下层非机动车的双层布置，主跨400 m，V型桥塔桥面以上高度37 m，为国内外最大跨径的单索面矮塔斜拉桥，如图1所示。

中兴大桥位于宁波庄桥机场60 m航空限高范围内，同时甬江航道要求主桥一跨过江，因此采用矮塔斜拉桥的方案，创造了国内外同类桥型的最大跨径记录。桥梁不仅设计难度高，施工过程中采用支架滑移、桥面吊机拼装及竖向转体等多种施工工艺，而且周边环境复杂，地下管线错综复杂，地铁3号线与大桥同步建设，沿线待拆迁建筑超过12万m2。

中兴大桥建设条件苛刻、桥梁构造复杂、施工工艺先进、施工场地有限，因此项目从方案阶段开始使用BIM进行正向设计，并积极引入倾斜摄影、虚拟现实等新技术，实现与BIM的融合应用。

2 倾斜摄影技术

倾斜摄影测量技术是近年来发展起来的一项新的测量技术。它改变了以往航测遥感影像只能从垂直方向拍摄的局限性，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直、倾斜不同的角度采集影像，同时记录航高、航速、坐标等参数，然后通过专业程序对倾斜影像进行自动分析和整理，从而获得真实三维影像（见图2）。

倾斜摄影具有很多技术优势。它通过快速的影像数据采集、自动化的三维建模实现外业、内业的高效率工作，测绘精度达厘米级，构建的三维场景真实反映地物的外观、位置、高度等属性，并且影像数据可量测，同时输出DSM、DOM、三维网格模型、点云数据模型等多种数据成果。

该项目在方案阶段引入倾斜摄影技术，利用1台旋翼摄影相机，2个工作人员花2 d时间即完成3.0 km2的现场拍摄，再利用2 d时间完成自动建模。无论是外业影像拍摄还是内业数据处理效率都大大提高（见图3、图4）。

通过倾斜摄影可以构建工程的真实三维场景，输出的点云数据格式可与达索、欧特克等多种BIM平台兼容，直接应用于三维场景设计（见图5）。

基于倾斜摄影数据的可量测性，结合项目的规划条件，可准确计算场地平整方量，且可用于明确可征范围土地的物理属性，了解地区内河道、城市道路、市政配套设施及动迁房分布情况等基础信息，通过多次拍摄掌握场地在动拆迁期间的动态变化，辅助土地征用决算（见图6）。

图1 工程概况示意图

图2 正射摄影与倾斜摄影影像获取之实景

图3 倾斜摄影外业现场拍摄之实景

图4 内业数据处理自动空三匹配图示

图5 倾斜摄影之实景构建真实三维场景之图示

图6 倾斜摄影数据测量土地方量之图示

3 大桥BIM模型

基于达索3D EXPERIENCE R2015x平台开发面向道路交通设计的SMEDI-RDBIM系统，该系统分为地形建模、设计建模、BIM模型应用和设计方案评估等4个模块，如图7所示。

图7 自主研发SMEDI-RDBIM系统图

软件可进行道路中心线平、纵设计，快速生成三维中心线；基于中心线、横断面等信息进行道路模型的快速创建；一键式完成桥梁布跨设计，以及管线和附属设施的设计。在方案模型基础上可进一步构建主桥钢结构的精细化模型，如图8所示。

图8 利用SMEDI-RDBIM系统快速建模之图示

4 倾斜摄影与BIM融合及虚拟现实

将倾斜摄影真实三维场景与桥梁工程BIM精确模型分别导出.fbx格式，在3ds max平台进行融合，并将融合后的模型导入Unreal虚拟现实引擎，通过分析项目建设对周边环境的影响确定桥梁方案。经分析，矮塔斜拉桥与周边环境融合良好，V型主塔象征“积极向上、正能量”，和横梁一起，共建“面向世界、展望未来”的“未来之窗”。该项应用在国内大型市政桥梁工程中第一次实现了倾斜摄影与BIM技术的融合，并利用虚拟现实技术进行方案比选（见图9）。

借助虚拟现实统一的可视化协同平台，有效地解决了不同设计专业之间的界面协同问题，同时运用虚拟决策优选各方意见，综合景观效果、工程造价及实施条件等多种因素，确定设计内容。通过设计师和专家的虚拟代入式体验，从合理性和人性化的角度，对项目进行设计优化，完善交通标志、景观及灯带等细节设计（见图10）。

图10 虚拟现实代入体验优化细节设计之图示

5 结语

中兴大桥建设条件苛刻、桥梁构造复杂、施工场地有限、施工工艺先进，为攻克项目的多项建设难题，从项目方案阶段开始使用BIM进行正向设计，并积极引入倾斜摄影、虚拟现实先进技术。在方案设计阶段，利用倾斜摄影与BIM模型融合技术进行方案比选，通过分析工程建设对周边环境的影响确定最终方案。相比传统的效果图形式，由于倾斜摄影三维场景真实、BIM模型准确，方案分析结论价值更高。虚拟现实技术的代入式体验，不仅优化了交通标志、景观及灯带等细节设计，同时为建设各方的交流汇报提供了新的技术手段。