BIM技术与倾斜摄影测量技术在兰州某互通立交工程中的应用

刘志中， 王 旭

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司;公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心，安徽 合肥 230088)

0 引 言

随着交通行业的不断发展，复杂的城市互通立交工程逐渐建设起来。在项目设计中，受地理环境、交通等因素制约[1]，互通立交工程线型越来越复杂，参建单位人员很难根据二维图纸想象和构建其模型，这就给各方沟通和现场施工加大难度，导致传统的二维设计已经满足不了工程项目建设的需求。近年来，BIM 技术发展迅速，其三维可视化、数据联动性、参数化、协同化等优势[2]，在项目设计和施工过程中突显，因而得到广泛应用，且应用效果良好，对设计方案的优化具有重要意义[3]。

无人机倾斜摄影技术是近几年兴起的高科技测量技术，相对于传统测量技术具有巨大的优势[4]。航测后，通过软件分析，可以真实地反映项目周边的环境，高精度地获取地物纹理信息，生成真实的三维实景模型[5]。BIM技术与倾斜摄影测量技术结合能够形成微妙互补，BIM技术可以辅助倾斜摄影测量技术完善数字模型的构件细节，而倾斜摄影测量技术可以为BIM模型搭建周边全部地形环境，还原项目高度的实景模型和可视化的三维环境，为工程项目、设计施工提供技术支撑，提升设计和施工质量[6]。

本文以兰州新区某项目互通立交工程项目为背景，研究BIM与倾斜摄影测量技术在立交互通应用的优势，为后续立交工程应用BIM与倾斜摄影测量技术奠定基础。

1 项目概况

本项目位于兰州新区经三十三路与纬一路、G341线(白银至中川段)一级公路交叉处，是城市内外交通转换的枢纽立交工程。立交工程采用“变形苜蓿叶”方案，主交通流方向采用“定向+半定向”匝道相连，次交通流方向采用苜蓿叶匝道连接，立交分上下两层，如图1所示。本互通立交工程总道路面积109 675 m2，总里程8 782 m，共设置G341主线桥左右幅和8个匝道桥，桥梁总长2 779 m。

图1 项目互通方案图

2 倾斜摄影测量技术原理与研究

无人机倾斜摄影测量技术是近几年发展起来的新型测量技术，它改变了传统航测遥感影像只能从垂直方向拍摄的局限性。倾斜摄影测量技术是通过5台传感器(1个垂直，4个倾斜)从5个不同的角度获取同一地物的影像资料[7]，然后通过专业软件对影像进行预处理生成真实三维实景模型。该技术能够真实地反应实际的地形、地貌状况，并且可对其进行测量，记录高程坐标等信息，具备获取信息速度快、后处理自动化程度高等特点。

本项目施工阶段采用无人机倾斜摄影测量对项目所在地进行测量，建立三维实景模型，主要步骤如下。

2.1 现场踏勘

为了确保航测期间无人机正常工作，需提前对项目现场进行踏勘，了解项目周边地形和环境，查明是否存在无人机起飞的干扰因素和禁飞区，综合考虑制定无人机的起飞位置和飞行高度。本项目无人机起飞点选在地势平坦、视野开阔、上方无遮挡处，保证安全飞行。

2.2 现场无人机航测

以本项目互通施工区域为目标区域，根据现场实际情况合理规划飞行区域、相机倾角、航向重叠率、旁向重叠率等参数，必要时进行补拍，直到所有区域完成航测。

本项目属于城市内外交通转换的枢纽立交工程，不属于公路或市政项目的带状工程。因此本项目无人机倾斜摄影测量需要结合项目工程实际特点，进行合理的分块分区，将航测项目分为2个区块，每区块尺寸大约为1 000 m×1 200 m。考虑到项目施工存在桥梁墩柱、路基挡墙等构筑物，为了满足无人机最大限度航测效果，设置航摄的相机倾角α=55°，航向重叠率H=75%，旁向重叠率S=75%。

2.3 建立倾斜摄影实景建模

航测完成后，及时对数据进行处理，本次采用Context Capture Center 软件进行数据初步处理，形成三维实景模型,如图2所示。

图2 倾斜摄影测量三维实景模型

3 倾斜摄影模型的应用

3.1 施工现场规划布置

施工场地布置是施工组织设计的重要组成部分，对施工正常有序运行起着至关重要的作用。传统的施工场地布置往往都是由项目技术负责人根据现场踏勘，再根据施工平面图并结合施工经验对施工场地等进行大致区域布置的，很多三维信息和专业信息资料均难以集中体现，无法定量评判其合理性，为后期施工带来不便。

本项目完成测区的倾斜摄影，建立实景三维模型，高精度高逼真地还原项目所处环境，为开展GIS应用提供基础。实景模型与BIM 模型融合，通过可视化模拟可直观反映施工现场情况，有助于合理规划施工用地和施工便道，保证现场运输道路畅通，方便施工人员作业，有效避免二次搬运，提高施工效率。

3.2 不同时期施工现场状况查看

通过无人机对施工现场不定期航测，获得不同阶段的施工现场摄影图，再通过Context Capture处理得到三维实景模型，进一步的数字化处理后，即可查看施工现场状况。通过不同阶段的实景模型对比，可以查看现在施工进度情况，作为施工进度管理的依据，如图3所示。

图3 不同时间施工现场实景模型对比图

4 BIM与倾斜摄影测量技术的应用

本项目采用Open Roads Designer和Open Bridge Modeler软件分别对互通立交路基段和桥梁进行数字建模，通过控制点坐标将三维数字模型和实景模型进行融合。其技术路线如图4所示。

图4 GIS+倾斜摄影测量技术信息化管理技术路线

4.1 BIM+倾斜摄影模型三维可视化

传统的工程设计中，设计方案都是通过二维图纸进行展示，对于复杂的互通立交工程，参建单位人员很难通过图纸想象和构建模型，这就给各方沟通和现场施工增加了难度。而BIM设计突显了其3D的优势，建立三维BIM模型和动态展示，效果非常直观，同时结合三维实景模型，可以查看项目周边环境，如图5所示，为施工准备提供依据。

图5 BIM模型与实景模型三维可视化

4.2 BIM与倾斜摄影数据共享

在Web平台搭建后，可以将模型的构件信息和建设管理平台进行整合和数据共享，通过建设管理平台对项目的进度、质量、安全、计量和档案进行管理，如图6所示。同时，及时将工程数据展现给参建各方，参建各方可以通过平台对项目信息进行管理分析和处理。数据共享可以提升建设业主单位、设计单位、监理单位、施工企业对项目的综合协同控制管理能力，助力施工单位合理制定施工方案，保证施工质量，减少返工，节约工期，使施工过程有序可控，为项目竣工时提供全要素可视立交工程信息模型。

图6 项目建设项目管理平台

5 结束语

本文介绍了无人机倾斜摄影测量技术在互通立交工程中的应用，通过三维实景建模可以助力于项目施工场地布置和查看不同时期工程进度情况，为项目施工进度管理做技术支撑。

采用BIM技术将三维数字模型和实景模型进行融合，通过Web平台进行数据整合和共享，便于参建各方对项目精细化、可视化管理。随着BIM+倾斜摄影测量技术的成熟，这项技术将在立交互通等道路工程中得到更大程度的应用，为BIM技术在交通行业的进一步发展提供支撑。