真实场景建模还原在市政长距离线性工程中的应用-----基于倾斜摄影及BIM正向设计技术

真实场景建模还原在市政长距离线性工程中的应用-----基于倾斜摄影及BIM正向设计技术

陈雨喆1，赵刘伟2，李卓桁3，刘星4

1.中国建筑西南设计研究院有限公司，四川 成都 610041

摘要：对于市政类长距离线性隐蔽工程，同类型工程BIM&数字化应用案例较少，项目组通过无人机倾斜摄影及三维正向建模，实现了BIM+GIS领域的深度应用，有效地整合模型信息和地理空间信息，同时在探索针对性解决方案的同时，竭力挖掘BIM&数字化应用对于该类型项目的辅助优化及收益点。旨在为今后同类型项目BIM&数字化应用全面推广贡献绵薄之力。

关键词：倾斜摄影；项目场景还原；模型融合；市政长距离线性工程。

我国 BIM 技术的发展以政府为主导，政府部门先后发布实施了多项 BIM 技术的相关政策[1]。 目前，BIM 技术已经在房屋建筑领域得到广泛的应用，而在市政工程领域中的进展相对缓慢。因此，笔者拟基于市政工程施工特点，以四川省某在的建长距离输水管线及配套加压泵站工程为实际案例，分析BIM技术在市政工程中应用的潜在优势和研究现状，探讨 BIM 技术在市政工程项目中发挥积极效应的应用途径，旨在为未来市政基础设施行业和发展提供技术支持。

1.项目概述

项目为四川省某市的清水输水管线工程，管线全长超过50公里，其中DN2000、DN1800等特大口径管线长度占比超过60%。改扩建加压泵站两座，规模分别为60000m³/d与80000m³/d。项目建成后将与现状供水管网、形成多“多环互动、东西联动”的供水新格局，确保了当地区逾130万人口的生产生活用水安全，是典型的市政长距离线性隐蔽工程。

2.场景还原及模型融合

2.1软硬件配置

无人机：大疆精灵4 RTK，1英寸2000万像素CMOS传感器，自带航点飞行、航带飞行、摄影测量2D、摄影测量3D、仿地飞行、大区分割等多种航线规划模式，支持KML/KMZ文件导入，适用于不同的航测应用场景。

倾斜摄影数据处理软件：Context Capture、Photoscan、Autodesk ReCap。

清水管道建模软件：鸿业管立得2022，Revit 2019。

加压泵站建模软件：Revit 2019，Sketch Up 2020。

模型整合软件：Autodesk InfraWorks。

2.2无人机航测

项目采用 1:500 的精度，故各个像控点间距为 300 m，按照矩形布置。通过各种软件比选，建立倾斜摄影模型最贴合要求。选用 EPS 全息测绘系统软件进行倾斜摄影模型数据的处理以及模型点云数据采集、导出的相关工作。

图2-1  无人机准备

无人机型号选用大疆精灵4RTK，其拍摄距离以及飞行路线的设定，要通过无人机单次飞行时间来确定，约 30 min。为确保模型准确，尤其是红线范围内，无人机的测量范围需超过红线范围约200 m。为保证建模的精确度，需要通过PPK天线以及GPS测量仪保证无人机照片的 POS 数据。避免在雾霾较重的天气进行航测。像控点布置仪器选择 GPS 测量仪，初始坐标按照点位布置情况进行记录。根据建模精度，对像控点的布置进行调整。

2.3航测数据处理

照片POS数据需要对GPS的数据及坐标信息对照片同步，通过坐标转换为DOM的建模信息。由于图片信息量大，故需提前进行坐标信息处理，以提高数据应用效率。在软件中导入航测影像及更新后的POS数据，在ContextCapture或Photoscan软件端进行空三解算。第一次空三解算目的是测试影像和坐标信息的正确性。通过检测解算完成的点云数据，确认坐标无较大偏差后，将航测前期确定的像控点坐标在图像中进行逐一定位对应，来提高模型生成精度，减小累计误差。完成第二次空三解算后，对模型进行渲染生成，输出模型。

图2-2  航测数据处理

2.4场景及模型融合

通过无人机倾斜摄影及三维正向建模，将项目航测模型及设计模型在软件Autodesk InfraWorks中进行融合，实现项目设计的真实场景还原。所有管线、附属井及加压泵站的构（建）筑物模型均可在融合后的场景中作为独立数据源查看、移动、编辑，可依据甲方要求现场调整，初步实现了“现提现改”。

图2-3  模型融合

3.主要成果应用

3.1设计模型应用

管线采用鸿业管立得正向建模；根据模型竖向信息，可直接通过软件得检查功能检查管线碰撞情况，从而可以针对碰撞进行调整，实现管线位置及高程相互避让。管立得模型三维发布后，可实现在Revit中查看属性、二次编辑等功能，为后续与其他配合专业模型融合奠定基础。

在市政厂站类单体构（建）筑物建模的过程中，部分特殊设备的族块需要制作或重新编辑。通过多个项目的积累，可不断完善本专业特殊模型族库，提高今后的建模效率。

3.2融合模型应用

通过泵站各个单体模型与项目地点场景模型融合，泵站建成前后的真实场景还原，更加直观生动的对项目成果进行展现，

鉴于部分服务对象专业程度较低，短时间内无法理解二维图纸表达的意图及设计思路，通过真实场景还原可辅助服务对象快速把控设计意图，加速方案推进。通过无人机倾斜摄影及三维建模，实现了BIM+GIS领域的深度应用，有效地整合模型信息和地理空间信息。

1）畸形用地设计呈现

为了响应甲方要求，将加压泵站厂区北侧畸形红线范围充分利用的同时尽量远离现状高边坡地貌。项目团队将该节点结合红线范围特别设计“L”型清水池，充分利用厂区用地空间且提升泵站调蓄水量的比例，保障供水安全。所有构（建）筑物模型均可在融合后的场景中作为独立数据源查看、移动、编辑，可依据甲方要求现场调整，初步实现了“现提现改”

图3-1  畸形用地设计呈现

2）涉铁节点呈现

项目大部分输水管线均沿现状道路敷设，甲方及相关政府部门特别强调对现状道路及周边现状设施的保护；通过将局部特殊节点的管线模型融入到已还原的真实场景中，向甲方及相关政府部门多维度展示了设计管线与周边现状设施的关系；本项目长度约54公里，沿途涉及三个行政辖区，每一次方案调整都需要汇报三次，通过真实场景建模辅助方案汇报，大大提高了方案推进效率。

对于甲方特别关注的管线下穿现状铁路桥节点；本项目将管线模型与下穿铁路桥节点场景建模融合后，直观体现了管线与道路、铁路桥支墩、现状建筑物的空间关系；作为市政管线类隐蔽工程项目，同样向甲方及政府部门展示了工程竣工后的场景状态（原始地貌仅增加若干井盖）。

图3-2  管线涉铁节点呈现

该类问题采用模型融合成果辅汇报的方式，在面向铁路管理部门及辖区车务段领导汇报的过程中，取得显著成果，所有涉铁节点方案均一次通过。

3）日照分析

项目城市秋多绵雨，冬多云雾，年均日照较少，甲方对办公环境日照情况额外关注。本项目场景模型建立完成后，在汇报中向甲方展示了综合楼办公时间一年四季的日照模拟情况，进一步促进新建加压泵房方案的敲定。相较于其余更专业的日照分析软件，Infraworks自带的日照模拟功能更加直观、简洁，更适用与市政类项目方案使用

图3-3  日照模拟

4.结语

充分利用无人机倾斜摄影技术及BIM正向设计的实景模型数据的优势，直观、快捷地检验设计方案与实际施工环境的匹配程度，为市政线性工程合理的选线设计提供技术支持。

特别在规划设计阶段，使用无人机高效采集实际地形数据，利用空三解算、刺点校准、模型修复等工作将现实世界以数字化模型方式进行存储展示；通过深入处理模型数据，快速完成地勘数据输出。实景模型可为设计、业主、政府等单位讨论方案提供直观载体；地勘数据可为设计单位出图提供基础数据载体，实现了项目快速落地实施。

另外，笔者提倡应当全面推广BIM&数字化应用技术从项目设计到市政工程运营全寿命周期的应用，为施工企业带来全新的管理理念。

参考文献

[1] BIM技术在机场市政配套工程设计中的应用_刘华杰.

[2] BIM技术在市政工程中的综合应用研究_张晓斌.

[3] BIM在市政排水工程中的应用_王崇祯.

[4]基于BIM模型的三维仿真软件技术在给排水管道设计中的应用_郭欢

[5]浅析BIM技术在市政道路设计中的运用_肖春和.

[6]倾斜摄影结合BIM技术辅助设计施工数字孪生的应用与研究_冯闯.

[7]探究BIM_3D打印和VR技术在市政行业的应用_何文飞.