BIM+IOT+GIS技術在城市建設進程管控中的應用

文/杜然

近年來隨著國內城市建設進程的不斷加速，一大批新城區相繼成立，江北新區作為第十三個國家級新區，建設體量大，核心規劃面積788 平方公里，每天都有成百個項目同時建設。新區每個項目的進度管理信息相對獨立，如何集約高效的實現建設進度的管控成為了新城建設者們心中的老大難問題。三維數字建造技術為片區劃建設進度的集中可視化管控提供了可能。依托先進的無人機傾斜攝影技術、BIM 技術、GIS 技術、IOT 技術，通過建立新建城區的建設進程的可視化信息大數據，以進度為主線，通過三維可視化虛擬模型與實景模型的融合，時間維度信息與空間維度信息的耦合，打造實時動態的實景沙盤，直觀展現新城區的建設過程形態，提升建設決策者的管理效率。

1 實景數據建立方法研究

1.1 準備工作研究

借助航線規劃軟件（地面站）的地圖數據，于規劃航線之前確定項目航測范圍，了解航測地貌，進行合理的飛行架次劃分，優化航拍方案，提升作業效率。無人機傾斜攝影的飛行參數包括高度、速度、拍攝間隔、航向間距、旁向間距等，不同的參數設置均會對捕獲數據的精度、效率等產生影響。航測作業前，應當綜合考慮飛控距離、電池消耗、地形地貌、建筑物分布、測量精度等因素，使用地面站軟件進行航線規劃和參數設定，飛行高度、地面分辨率及物理像元尺寸滿足三角比例關系，確保實景數據的精準轉化。

1.2 傾斜攝影外業

無人機傾斜攝影中的外業是指通過無人機上的高清攝像頭在不同角度捕獲實景狀況的過程。地面站設置及無人機組裝完成后，即可開始航測作業。無人機將依據指定的航線及參數設置，自動完成航拍任務，操作人員觀察無人機位置及地面站實時飛行參數即可，每天可完成2-3 平方公里的航測任務。

1.3 航測數據整理

請采集的數據包括各拍攝點的多角度影像信息和對應的pos 數據。影像信息由五鏡頭相機獲取，無人機搭載相機以恒定速度對地面進行等距拍照，采集到具有70%重疊率的相片；pos 數據由飛控系統在相機拍照時生成，與相片一一對應，賦予相片豐富的信息，包括經緯度、高度、海拔、飛行方向、飛行姿態等。

1.4 航測數據后處理

1.4.1 空間三角測量計算

航測過程中，照片組對應姿態的精確性可能會受到影響，致使影像信息缺失。而ContextCapture 進行三維重建時，要求各個照片組具備非常精確的屬性以及對應的姿態參數，此時可以通過空中三角測量計算對影像定位信息嚴格配準，選定參數自動準確估算每幅影像的位置、角元素和相機屬性，獲得缺失的影像信息。

1.4.2 三維重建計算

三維重建計算在指定坐標系下完成，本項目采用WGS84 坐標系。由于拍攝范圍大，影像數據多，完成重建所需的計算機內存往往達到上百G，普通計算機無法一次性完成重建計算，應根據計算機性能重建框架，調整重建范圍及瓦片大小，將原框架分為若干個大小相同的數據切塊，分塊進行重建計算。

1.4.3 數據集群處理

相對與單機進行數據處理，集群處理有更高的可靠性和容錯率，當群組中一個節點計算機出現故障，原本分配至此節點的子任務將自動分配至其他節點進行計算；同時集群處理也能降低成本，龐大的GIS 數據量，對于單機的儲存空間和數據處理速度都提出極大考驗，將普通的計算機進行集群則可有效降低硬件成本，發揮與高性能計算機相當的運算能力。我們將12 臺計算機分為兩個群組，集群進行三維重建計算，提高數據運算效率，在3 周內完成了32 多個架次，共計35 余平方公里的數據處理。

2 BIM 4D模型建立研究

在BIM 模型空間維度信息的基礎上，通過借助施工進度模擬軟件可以實現模型與進度的關聯、并賦予BIM 模型時間維度的信息，也就是我們所說的BIM4D。借助BIM4D 模型，配合平臺軟件的開發我們便可以直觀展現出一個新城鎮所有項目的建設過程形態。

單一項目的動態模擬我們通過借助NAVISWORK，FUZOR，廣聯達BIM5D 等 軟件既可以實現，但是隨著模擬項目構建數量的提升，對硬件設備的需求也會成倍的提升。一個新城市的建設往往包含數十個甚至成百上千個項目，為了降低硬件的需求我們提出了一種節點輕量化到處方法。通過研究我們發現，城市的建設進度管理關注點的顆粒級度要遠大于單一的項目管理，決策者們關注不在是每一天項目的完成情況，而是幾個固定節點上所有項目的建設計劃完成情況。因此我們創新的提出了BIM4D 模型的節點輕量化導出方法，以施工進度信息為主體，在最大限度保留建筑信息的前提下，在不同的時間節點對BIM 4D 模型進行輕量化處理，使城市級別的可視化模擬成為了可能。

3 以4DBIM+GIS為載體的進度管理

在進度管理的層面上BIM 與GIS 的融合不但可以通過空間的耦合可視化的展現城市的建設動態與建設規劃，提升決策效率與決策精度；還可以通過后臺數據庫中信息的相互比較完成實際進度與計劃進度的自動客觀比對，實時預警，降低管理風險。

4 結語

伴隨著城鎮化建設步伐的不斷加快，BIM已經在我們傳統建筑業逐漸發揮出應有的價值，IOT、GIS 技術也已經開始逐步走進人們的視野；建筑產業信息化技術融合應用的未來發展前景必定不可限量，希望BIM+IOT+GIS能夠真正走入建筑人的工作中去，服務整個建筑業，成為推動城市建設進程管控的一把利劍，讓祖國的城市建設更快更好。