傾斜攝影與BIM融合技術在特大型橋梁建設上的應用

周建敏，葉嘉庭，劉 輝，何武超

（1.寧波城市地下空間投資有限公司，浙江 寧波 315000；2.寧波通途投資開發有限公司，浙江 寧波 315000；3.上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092）

1 工程概況

中興大橋及接線工程起于寧波市中興路-江南路口，沿中興北路跨越甬江，止于青云路，全長約2.62 km，是通途路與世紀大道間跨甬江重要的交通主干道。工程總投資22.6億元，主橋采用上層機動車、下層非機動車的雙層布置，主跨400 m，V型橋塔橋面以上高度37 m，為國內外最大跨徑的單索面矮塔斜拉橋，如圖1所示。

中興大橋位于寧波莊橋機場60 m航空限高范圍內，同時甬江航道要求主橋一跨過江，因此采用矮塔斜拉橋的方案，創造了國內外同類橋型的最大跨徑記錄。橋梁不僅設計難度高，施工過程中采用支架滑移、橋面吊機拼裝及豎向轉體等多種施工工藝，而且周邊環境復雜，地下管線錯綜復雜，地鐵3號線與大橋同步建設，沿線待拆遷建筑超過12萬m2。

中興大橋建設條件苛刻、橋梁構造復雜、施工工藝先進、施工場地有限，因此項目從方案階段開始使用BIM進行正向設計，并積極引入傾斜攝影、虛擬現實等新技術，實現與BIM的融合應用。

2 傾斜攝影技術

傾斜攝影測量技術是近年來發展起來的一項新的測量技術。它改變了以往航測遙感影像只能從垂直方向拍攝的局限性，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從垂直、傾斜不同的角度采集影像，同時記錄航高、航速、坐標等參數，然后通過專業程序對傾斜影像進行自動分析和整理，從而獲得真實三維影像（見圖2）。

傾斜攝影具有很多技術優勢。它通過快速的影像數據采集、自動化的三維建模實現外業、內業的高效率工作，測繪精度達厘米級，構建的三維場景真實反映地物的外觀、位置、高度等屬性，并且影像數據可量測，同時輸出DSM、DOM、三維網格模型、點云數據模型等多種數據成果。

該項目在方案階段引入傾斜攝影技術，利用1臺旋翼攝影相機，2個工作人員花2 d時間即完成3.0 km2的現場拍攝，再利用2 d時間完成自動建模。無論是外業影像拍攝還是內業數據處理效率都大大提高（見圖3、圖4）。

通過傾斜攝影可以構建工程的真實三維場景，輸出的點云數據格式可與達索、歐特克等多種BIM平臺兼容，直接應用于三維場景設計（見圖5）。

基于傾斜攝影數據的可量測性，結合項目的規劃條件，可準確計算場地平整方量，且可用于明確可征范圍土地的物理屬性，了解地區內河道、城市道路、市政配套設施及動遷房分布情況等基礎信息，通過多次拍攝掌握場地在動拆遷期間的動態變化，輔助土地征用決算（見圖6）。

圖1 工程概況示意圖

圖2 正射攝影與傾斜攝影影像獲取之實景

圖3 傾斜攝影外業現場拍攝之實景

圖4 內業數據處理自動空三匹配圖示

圖5 傾斜攝影之實景構建真實三維場景之圖示

圖6 傾斜攝影數據測量土地方量之圖示

3 大橋BIM模型

基于達索3D EXPERIENCE R2015x平臺開發面向道路交通設計的SMEDI-RDBIM系統，該系統分為地形建模、設計建模、BIM模型應用和設計方案評估等4個模塊，如圖7所示。

圖7 自主研發SMEDI-RDBIM系統圖

軟件可進行道路中心線平、縱設計，快速生成三維中心線；基于中心線、橫斷面等信息進行道路模型的快速創建；一鍵式完成橋梁布跨設計，以及管線和附屬設施的設計。在方案模型基礎上可進一步構建主橋鋼結構的精細化模型，如圖8所示。

圖8 利用SMEDI-RDBIM系統快速建模之圖示

4 傾斜攝影與BIM融合及虛擬現實

將傾斜攝影真實三維場景與橋梁工程BIM精確模型分別導出.fbx格式，在3ds max平臺進行融合，并將融合后的模型導入Unreal虛擬現實引擎，通過分析項目建設對周邊環境的影響確定橋梁方案。經分析，矮塔斜拉橋與周邊環境融合良好，V型主塔象征“積極向上、正能量”，和橫梁一起，共建“面向世界、展望未來”的“未來之窗”。該項應用在國內大型市政橋梁工程中第一次實現了傾斜攝影與BIM技術的融合，并利用虛擬現實技術進行方案比選（見圖9）。

借助虛擬現實統一的可視化協同平臺，有效地解決了不同設計專業之間的界面協同問題，同時運用虛擬決策優選各方意見，綜合景觀效果、工程造價及實施條件等多種因素，確定設計內容。通過設計師和專家的虛擬代入式體驗，從合理性和人性化的角度，對項目進行設計優化，完善交通標志、景觀及燈帶等細節設計（見圖10）。

圖10 虛擬現實代入體驗優化細節設計之圖示

5 結語

中興大橋建設條件苛刻、橋梁構造復雜、施工場地有限、施工工藝先進，為攻克項目的多項建設難題，從項目方案階段開始使用BIM進行正向設計，并積極引入傾斜攝影、虛擬現實先進技術。在方案設計階段，利用傾斜攝影與BIM模型融合技術進行方案比選，通過分析工程建設對周邊環境的影響確定最終方案。相比傳統的效果圖形式，由于傾斜攝影三維場景真實、BIM模型準確，方案分析結論價值更高。虛擬現實技術的代入式體驗，不僅優化了交通標志、景觀及燈帶等細節設計，同時為建設各方的交流匯報提供了新的技術手段。