武 炜 张丽丽 司典浩 郑佳荣 王 博 李小利 杨欢欢

(1.北京工业职业技术学院 建筑与测绘工程学院，北京 100042；2.北京市政建设集团有限公司，北京 100164)

0 引言

随着无人机倾斜摄影测量技术的快速发展，在无人机上搭载传感器，可从多个角度对地拍摄，获得地面物体完整准确的信息，建立真实反映地貌地物的实景三维模型。该技术具有速度快、时效性强、清晰度高等优点，可以显示周边环境的实际情况以及实时变化，但不足之处是只能获取地形表面数据信息，对于建筑物内部的结构关系及尺寸信息无法涉及。BIM(建筑信息模型)技术能够对建筑物进行三维数字化建模，具有可视化的优点，可以直观地展现工程建设的全过程，更可以及时发现和有效解决施工过程中出现的问题。无人机倾斜摄影测量技术可以构建真实环境的实景三维模型，从宏观角度关注空间地理信息[1]；而BIM技术从微观角度关注建筑物内部信息，但缺乏周边现实环境定位信息。如果将无人机倾斜摄影测量建立的实景三维模型与用BIM技术建立的三维建筑模型进行融合，融合后的三维模型可以在工程建设、成本控制、安全监管、数据分析、决策效率等方面有效地整合各种资源，实现对工程施工全过程的监控管理。为此，笔者探讨和研究BIM+无人机倾斜摄影测量技术(以下简称BIM+无人机测量技术)融合关键技术点，并将该融合技术应用于雄安昝岗片区再生水厂工程“实景三维模型+三维建筑模型”中，旨在提高项目的精细化施工与管理水平。

1 BIM+无人机测量技术融合思路

1.1 BIM+无人机测量技术融合路线图

BIM+无人机测量技术融合路线图如图1所示。

图1 BIM+无人机测量技术融合路线图

1.2 BIM三维建模软件选择

BIM建模过程是在三维模型上加入建筑构件信息、设备信息、位置信息、施工完成时间以及建设预期完成时间等属性信息。通过在施工前期建立可视化的BIM模型，可以辅助完成施工方案设计、工程造价管理等工作。建模软件主要有Revit，Bentley，Navisworks等。笔者选用Revit软件进行土建与机电三维建模。

1.3 三维实景建模软件选择

国内外倾斜摄影建模软件有多种，如，PIX4D，PhotoScan，Smart3D Capture，Context Capture等。各种建模软件所采用的数据格式不同，如，.osgb，.obj，.fbx等，并且都带有数据格式转换功能。.fbx是一种可以在不同平台之间进行三维数据交换的格式，通常以二进制存储，保存的最大集合是一个场景[2]。笔者选用Context Capture软件建立三维实景模型，并将数据输出为.fbx格式。

1.4 BIM+无人机测量技术融合平台选择

将无人机倾斜摄影测量数据与BIM模型数据格式转换后，需要选择一个既能够对三维实景模型进行展示、编辑以及空间分析，又能够对BIM三维模型进行展示的合适的数据集成平台，以实现无人机倾斜摄影测量模型与BIM模型数据的有机融合。国内外数据集成软件有很多，如SkylineGlobe，Wish3Dearth，SuperMap，Fuzor等平台。Fuzor平台是一款将BIM+VR技术与4D施工模拟技术深度结合的综合性平台级软件，它的优势在于能够将基于三维模型转化成附着详细数据信息的VR场景视图，并且可以在场景视图和BIM模型之间进行同步数据修改[3-4]。故笔者选择Fuzor作为三维数据集成软件平台。

2 BIM+无人机测量融合技术应用实例

笔者以雄安昝岗片区再生水厂工程为例，介绍BIM+无人机倾斜摄影测量融合技术在该项工程中的应用。

2.1 工程简介

雄安站枢纽片区位于雄安新区东北部、淀东片区昝岗组团之中，西临昝岗生态森林区，东接昝岗郊野公园带，北起规划横一路，南至雄昝中央湿地公园带，规划用地面积4.9 km2，是昝岗组团乃至雄安新区率先开发建设的区域。昝岗片区再生水厂是雄安站枢纽的配套基础设施，为全地下式水厂，职能为高铁站片区新建的一处全地下式水资源再生中心，保证雄安高铁站建成后，枢纽片区的办公、生产正常运营。水厂总规模为30 000 m3/d，土建一次建成，设备分期安装。除综合管理楼及门卫室在地面外，其他建(构)筑物均布置在地下箱体内。雄安昝岗再生水厂范围如图2所示。

图2 雄安昝岗再生水厂范围

2.2 工程重点和难点

该水厂工程需与雄安高铁站同期竣工，总工期仅364 d，工期进度异常紧张，专业交叉作业多，筹划难度大；设计标准高，技术含量高，质量及安全文明施工要求高；清水混凝土箱体，质量要求高；厂区面积大、综合管线种类多、工程量大等特点。笔者利用Revit对水厂箱体土建及工艺设备建立三维模型，同时利用无人机搭载不同传感器进行航空摄影，采集水厂及局部重点施工区影像数据，制作水厂实景三维地理信息模型，利用Fuzor平台将2种模型进行融合应用，辅助雄安昝岗再生水厂施工过程管理。

2.3 技术实施

2.3.1 BIM三维建模

采用Revit软件建立水厂模型，将整个水厂箱体建筑以及工艺分单元建模并整合模型，如图3、图4所示。

图3 昝岗片区再生水厂工程土建分单元建模并整合模型

图4 昝岗片区再生水厂工程工艺分单元建模并整合模型

2.3.2 无人机倾斜摄影测量数据采集与建模

项目采用大疆多旋翼无人机搭载多视角倾斜摄影测量传感器和定位设备，对目标区域进行航测飞行，获得该区域内高分辨率的多视角影像和位置数据。采用Context Capture倾斜摄影三维建模软件对影像进行建模，建模完成后进行模型精修与单体化处理。

2.3.3 BIM+无人机测量技术融合

利用Fuzor平台软件将BIM和无人机倾斜测量数据模型进行融合，将无人机倾斜摄影数据在Fuzor平台中呈现，同时在Revit软件中将BIM三维模型同步到Fuzor平台，将BIM模型与无人机倾斜摄影模型在Fuzor平台手动合成，效果如图5所示。

图5 BIM与无人机技术融合后模型

2.4 融合模型应用

2.4.1 三维可视化技术交底

施工前技术人员可以根据融合后的模型对施工人员进行可视化技术交底。以动画的形式演示工程方案的动态施工过程，将施工方案的数据及信息以仿真的形式表达，使得施工人员能够更加准确地理解设计意图。同时可以模拟现场施工场地布置以及施工场地周边环境状况，施工人员可以通过演示以及Fuzor平台提供的VR模拟熟悉施工环境，提前发现并预防施工过程中可能出现的问题。使用Fuzor软件可以把同步的模型文件导出为可独立运行的EXE格式文件，使计算机在不安装Fuzor软件时依然可以打开融合后的模型进行漫游，如图6、图7所示。

图6 Fuzor平台昝岗再生水厂施工现场漫游

图7 Fuzor平台昝岗再生水厂内部漫游

2.4.2 进度管控

运用无人机定期对施工现场进行拍摄，将BIM三维模型+无人机倾斜摄影实景三维模型与施工进度计划进行关联，形成一个5D(三维模型+时间维度+成本控制)模型，直观、精确地反映整个施工过程，对施工进度正在进行、已经完成、进度提前和滞后的地方用不同颜色标注显示，可以及时直观地掌握项目计划进展、工期情况，协助项目管理层进行相应的工作协调。

2.4.3 安全巡查

利用BIM技术的可视化和参数化特点，可通过对复杂节点分析、管线综合优化、施工现场模拟等方法，事前明确控制要点，增强质量安全控制的针对性[5]。利用无人机可保持对施工现场的定期安全巡查，全方位全视角地拍摄所有工程的照片及视频，如图8、图9所示，同时全面存档现场分部分项工程的巡查资料。

图8 无人机现场物料巡查

图9 无人机现场设备巡查记录

对昝岗片区再生水厂工程施工现场进行无人机安全巡查项目，如表1所示。

表1 无人机安全巡查内容

表1(续)

3 结论

笔者通过雄安昝岗再生水厂项目工程，将含有水厂建筑信息的BIM三维建筑模型与无人机倾斜摄影测量建立的实景三维模型进行融合。利用融合后的模型进行施工过程管理，具有实际应用意义，主要体现在以下方面：

(1)BIM模型中包含各专业建筑信息，为建筑物物料使用量、建筑物工程完成进度、建筑物碰撞检查等提供相应的依据，为建筑管理提供支撑。利用无人机倾斜摄影测量技术可以方便快速地获得较大范围的实景三维信息，有自动化程度高、人工干预影响小、建模效率高等优点。

(2)将BIM三维建筑模型与无人机倾斜摄影测量实景三维模型融合，既保留了模型的建筑信息，又增加了建筑物外部纹理信息，可以将内部建筑信息与建筑物外部纹理信息整合与贯通，实现BIM三维模型融入实景三维模型的一体化与可视化，对项目施工的方案比对模拟、三维可视化技术交底、完成进度展示、质量安全管理、工程造价等方面具有较好的辅助作用。