基于Bentley平臺中實景模型與BIM融合的方法研究

（中水淮河規劃設計研究有限公司 合肥 230601）

1 BIM 與傾斜攝影技術行業現狀

BIM（Building Information Modeling）技術的核心是信息（Information），BIM 技術對工程項目全生命周期的管理主要是對模型信息的應用而實現的，BIM 技術在工程項目的各階段的應用水平、層次，主要取決于BIM 模型的精細化程度和數據的豐富程度，建筑物的模型越詳細、信息越豐富，高水平和深層次的BIM 技術應用的基礎就越扎實，所以當前主流BIM 軟件在模型的精細度和屬性數據信息方面的功能都做得非常強大。模型本身的精細程度已經足夠高，已經能夠完全滿足建筑行業設計、施工、建造及運營維護的要求。但是對于構筑物外部的信息數據（如地形地貌等），當前的BIM 技術應用能力不強，各大主流的BIM 軟件涉及到相關功能的也不多，這就導致了高精度的BIM 模型與虛擬的模型場景之問難以結合的問題。如何將建筑物的周圍環境信息結合到BIM 上進行展示及應用，并且進一步深化BIM 技術在工程建設中的應用程度，是BIM 技術應用中的一個非常重要的問題。

1.1 BIM 技術

BIM 建筑信息化模型，該項技術由Autodesk 公司于2002年提出，目前已經在建筑行業廣泛使用，近幾年延伸到其他各類工程行業中。該項技術以三維模型為基礎整合各項信息建立三維模型信息數據庫，該信息庫包含了工程的設計、施工、運行，直至整個工程全生命周期，這些信息可以使得設計單位、施工單位、設施運營單位和業主等各方人員都可以基于一個平臺進行協同工作。

1.2 無人機傾斜攝影技術

相比于傳統的無人機攝影測量技術，傾斜攝影技術一般要求無人機搭載多個影像傳感器，同時從垂直、傾斜等多個角度采集影像數據，來獲取更為完整的地面物體信息。根據這些影像信息建立相應的三維實景模型，能夠更加直觀地展現地物與地貌，由于其逼真的立體效果，更能反映地物的實際情況。其要素全面，精確性高，現已應用于應急指揮、國土安全、城市管理、房產稅收、地形勘探、效果宣傳等各個方面。三維實景模型能夠直觀反映地物實際情況，可利用相關軟件和平臺對其進行編輯、三維測量等操作，能為使用者提供身臨其境的視覺效果，從而代替現場勘查工作。

1.3 實景模型應用現狀

首先單獨的實景模型不存有模型信息，模型建筑物單體化本身也是不小的工作量，且根據現有技術難以在重要區域做到實時更新；其次三維實景模型的出現，為三維可視化設計的開展提供了先決條件。但目前多數掌握三維實景模型的企業單位都是采用將三維實景模型的數據采集后整理在二維平面上，再利用二維圖形進行工程設計的工作模式，這對于三維實景模型的資源是一種極大的浪費。

要解決上述問題，需要詳細、附帶信息、可實時更新的建筑模型，并且需要相關的軟件提供三維可視化建模的功能。

2 Bentley 平臺中BIM 與傾斜攝影相結合的應用方法

2.1 BIM 精細化建模

在Bentley 平臺中，通常使用Microstation、AECOsim Building Designer、OpenPlant、Substation 等各專業軟件作為建模的基本軟件，通過ProjectWise 平臺進行三維協同設計，確保項目團隊在創建管理和應用時，按照工作流程一體化協同工作。最終檢查和驗收后由項目人員進行項目模型總裝。

2.2 基于傾斜攝影測量的實景模型場景搭建

傾斜攝影測量大致包括以下幾個步驟：（1）資料收集與現場踏勘：收集測區內的測繪資料如地形圖、控制點資料等，了解測區內的地物地形條件、高程變化、交通情況和天氣變化等情況，同時提前查閱測區是否為限飛區或禁飛區，來制定相應的飛行計劃。最后根據測區內的地形、交通與高差情況來布設像控點以及檢查點。（2）外業數據采集：根據測區情況規劃無人機飛行的高度以及航線，確保作業的安全性以及可行性，通常可設置條件有：相對地面高度、航向重疊率、旁向重疊率、飛行速度、飛行方式和鏡頭的各種參數等，通常高度不低于測區最高建筑物100m，航向重疊率在80%為佳，旁向重疊率在70%為佳，飛行方式根據需求有五向飛行和“井”字飛行等。設置好之后，航線經由航飛軟件自動生成。（3）內業數據處理：野外數據采集結束后，統一對影像成果進行預處理，包括影像質量、POS 數據、像控點質量等，檢查無誤后，可將影像成果導入實景模型處理軟件中如：ContextCapture、Pix4D 等，軟件自動對影像進行空三加密、三維重建等處理。需要人工干預的有像控點刺點、模型格式、成果參數等，最后可以輸出傾斜實景模型。

2.3 基于Bentley 平臺的實景模型與BIM 相融合

收集測區的必要資料后，可以利用Bentley 平臺的ContextCapture 軟件進行實景模型處理，從而生成OBJ 格式的文件，通過Descartes 軟件對OBJ 文件進行模型修飾，可以重新生成Bentley 平臺獨有的3SM 格式文件，再經由MicrostationCE 系列軟件將BIM 模型和實景模型導入到同一個文件中，具體是將BIM 模型通過坐標轉化導入，而實景模型則通過遮罩功實現與BIM 模型的結合，當BIM 模型與實景模型的相對位置固定后，最后可以通過LumenRT 軟件實現渲染輸出。

3 應用領域

3.1 三維可視化設計參考

在Bentley 平臺中可以實現直接在實景模型中進行三維正向設計，通過參考真實的現場模型，可以加快設計流程，同時能夠根據現場情況作出更好的決策。

3.2 工程項目展示

實景建模能夠展示項目階段性的施工進度模擬，通過實景建模可以非常清晰直觀地把握施工進度，能反饋出項目與原施工計劃的對比。結合BIM和實景模型，利用VR 虛擬現場瀏覽，展示全景虛擬現實場景，高精度真三維空間數據，無需親臨工程現場，更貼近于工程應用。

3.3 國土安全

傾斜攝影與BIM 結合進行國土安全數據庫的構建和信息的填充，傾斜攝影進行底層模型數據的加載。BIM 進行精準化數據的分析和構建，國土信息數據逐步的采集和上傳，實現信息化管理和同步建設。

3.4 構建智慧城市

每個城市的建筑類型各具特色，外觀尺寸形狀各不相同，如果采用單一的BIM 技術進行建模，則將耗費巨大的人員和硬件成本，但是如果在非重要區域采用無人機傾斜攝影技術，則可以短時間獲得大范圍城市地物地貌的模型。不同于BIM 的是，實景模型僅僅是一個“空殼”，而BIM 技術恰恰可以補充精細化建模的部分，并且BIM 技術作為一項工程全生命周期的技術，不僅僅構建了完善的精細化三維模型，而且提供了豐富且可延續性的數據，因此BIM 技術與無人機傾斜攝影技術的結合是構建智慧城市數據基礎的一種非常有效的方法。

4 結語

無人機傾斜攝影測量技術作為當前發展速度最快的航測技術之一，能高效、方便地獲取地面豐富的數據信息，并且生成實景模型。BIM 技術作為一項工程全生命周期應用的技術，主要是以三維模型為載體，包含著眾多數據信息，可以具體應用到工程設計、施工、運維管理等工程各階段。基于Bentley 軟件強大的實景建模功能與BIM 功能相結合，能夠應用在三維可視化設計、國土安全、項目展示、構建智慧城市等多個領域。使用實景模型作為真實可靠的GIS 數據來進行分析與應用，不僅滿足目前BIM 技術應用的需求，也是將來BIM 技術發展中數據采集的重要環節■