基于Bentley平臺中實(shí)景模型與BIM融合的方法研究

（中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司 合肥 230601）

1 BIM 與傾斜攝影技術(shù)行業(yè)現(xiàn)狀

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)的核心是信息（Information），BIM 技術(shù)對工程項(xiàng)目全生命周期的管理主要是對模型信息的應(yīng)用而實(shí)現(xiàn)的，BIM 技術(shù)在工程項(xiàng)目的各階段的應(yīng)用水平、層次，主要取決于BIM 模型的精細(xì)化程度和數(shù)據(jù)的豐富程度，建筑物的模型越詳細(xì)、信息越豐富，高水平和深層次的BIM 技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)就越扎實(shí)，所以當(dāng)前主流BIM 軟件在模型的精細(xì)度和屬性數(shù)據(jù)信息方面的功能都做得非常強(qiáng)大。模型本身的精細(xì)程度已經(jīng)足夠高，已經(jīng)能夠完全滿足建筑行業(yè)設(shè)計(jì)、施工、建造及運(yùn)營維護(hù)的要求。但是對于構(gòu)筑物外部的信息數(shù)據(jù)（如地形地貌等），當(dāng)前的BIM 技術(shù)應(yīng)用能力不強(qiáng)，各大主流的BIM 軟件涉及到相關(guān)功能的也不多，這就導(dǎo)致了高精度的BIM 模型與虛擬的模型場景之問難以結(jié)合的問題。如何將建筑物的周圍環(huán)境信息結(jié)合到BIM 上進(jìn)行展示及應(yīng)用，并且進(jìn)一步深化BIM 技術(shù)在工程建設(shè)中的應(yīng)用程度，是BIM 技術(shù)應(yīng)用中的一個非常重要的問題。

1.1 BIM 技術(shù)

BIM 建筑信息化模型，該項(xiàng)技術(shù)由Autodesk 公司于2002年提出，目前已經(jīng)在建筑行業(yè)廣泛使用，近幾年延伸到其他各類工程行業(yè)中。該項(xiàng)技術(shù)以三維模型為基礎(chǔ)整合各項(xiàng)信息建立三維模型信息數(shù)據(jù)庫，該信息庫包含了工程的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行，直至整個工程全生命周期，這些信息可以使得設(shè)計(jì)單位、施工單位、設(shè)施運(yùn)營單位和業(yè)主等各方人員都可以基于一個平臺進(jìn)行協(xié)同工作。

1.2 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)

相比于傳統(tǒng)的無人機(jī)攝影測量技術(shù)，傾斜攝影技術(shù)一般要求無人機(jī)搭載多個影像傳感器，同時(shí)從垂直、傾斜等多個角度采集影像數(shù)據(jù)，來獲取更為完整的地面物體信息。根據(jù)這些影像信息建立相應(yīng)的三維實(shí)景模型，能夠更加直觀地展現(xiàn)地物與地貌，由于其逼真的立體效果，更能反映地物的實(shí)際情況。其要素全面，精確性高，現(xiàn)已應(yīng)用于應(yīng)急指揮、國土安全、城市管理、房產(chǎn)稅收、地形勘探、效果宣傳等各個方面。三維實(shí)景模型能夠直觀反映地物實(shí)際情況，可利用相關(guān)軟件和平臺對其進(jìn)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(xiàn)場勘查工作。

1.3 實(shí)景模型應(yīng)用現(xiàn)狀

首先單獨(dú)的實(shí)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(jù)現(xiàn)有技術(shù)難以在重要區(qū)域做到實(shí)時(shí)更新；其次三維實(shí)景模型的出現(xiàn)，為三維可視化設(shè)計(jì)的開展提供了先決條件。但目前多數(shù)掌握三維實(shí)景模型的企業(yè)單位都是采用將三維實(shí)景模型的數(shù)據(jù)采集后整理在二維平面上，再利用二維圖形進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的工作模式，這對于三維實(shí)景模型的資源是一種極大的浪費(fèi)。

要解決上述問題，需要詳細(xì)、附帶信息、可實(shí)時(shí)更新的建筑模型，并且需要相關(guān)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(jié)合的應(yīng)用方法

2.1 BIM 精細(xì)化建模

在Bentley 平臺中，通常使用Microstation、AECOsim Building Designer、OpenPlant、Substation 等各專業(yè)軟件作為建模的基本軟件，通過ProjectWise 平臺進(jìn)行三維協(xié)同設(shè)計(jì)，確保項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在創(chuàng)建管理和應(yīng)用時(shí)，按照工作流程一體化協(xié)同工作。最終檢查和驗(yàn)收后由項(xiàng)目人員進(jìn)行項(xiàng)目模型總裝。

2.2 基于傾斜攝影測量的實(shí)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(xiàn)場踏勘：收集測區(qū)內(nèi)的測繪資料如地形圖、控制點(diǎn)資料等，了解測區(qū)內(nèi)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(shí)提前查閱測區(qū)是否為限飛區(qū)或禁飛區(qū)，來制定相應(yīng)的飛行計(jì)劃。最后根據(jù)測區(qū)內(nèi)的地形、交通與高差情況來布設(shè)像控點(diǎn)以及檢查點(diǎn)。（2）外業(yè)數(shù)據(jù)采集：根據(jù)測區(qū)情況規(guī)劃無人機(jī)飛行的高度以及航線，確保作業(yè)的安全性以及可行性，通常可設(shè)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(shù)等，通常高度不低于測區(qū)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(jù)需求有五向飛行和“井”字飛行等。設(shè)置好之后，航線經(jīng)由航飛軟件自動生成。（3）內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理：野外數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，統(tǒng)一對影像成果進(jìn)行預(yù)處理，包括影像質(zhì)量、POS 數(shù)據(jù)、像控點(diǎn)質(zhì)量等，檢查無誤后，可將影像成果導(dǎo)入實(shí)景模型處理軟件中如：ContextCapture、Pix4D 等，軟件自動對影像進(jìn)行空三加密、三維重建等處理。需要人工干預(yù)的有像控點(diǎn)刺點(diǎn)、模型格式、成果參數(shù)等，最后可以輸出傾斜實(shí)景模型。

2.3 基于Bentley 平臺的實(shí)景模型與BIM 相融合

收集測區(qū)的必要資料后，可以利用Bentley 平臺的ContextCapture 軟件進(jìn)行實(shí)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(jìn)行模型修飾，可以重新生成Bentley 平臺獨(dú)有的3SM 格式文件，再經(jīng)由MicrostationCE 系列軟件將BIM 模型和實(shí)景模型導(dǎo)入到同一個文件中，具體是將BIM 模型通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)化導(dǎo)入，而實(shí)景模型則通過遮罩功實(shí)現(xiàn)與BIM 模型的結(jié)合，當(dāng)BIM 模型與實(shí)景模型的相對位置固定后，最后可以通過LumenRT 軟件實(shí)現(xiàn)渲染輸出。

3 應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 三維可視化設(shè)計(jì)參考

在Bentley 平臺中可以實(shí)現(xiàn)直接在實(shí)景模型中進(jìn)行三維正向設(shè)計(jì)，通過參考真實(shí)的現(xiàn)場模型，可以加快設(shè)計(jì)流程，同時(shí)能夠根據(jù)現(xiàn)場情況作出更好的決策。

3.2 工程項(xiàng)目展示

實(shí)景建模能夠展示項(xiàng)目階段性的施工進(jìn)度模擬，通過實(shí)景建模可以非常清晰直觀地把握施工進(jìn)度，能反饋出項(xiàng)目與原施工計(jì)劃的對比。結(jié)合BIM和實(shí)景模型，利用VR 虛擬現(xiàn)場瀏覽，展示全景虛擬現(xiàn)實(shí)場景，高精度真三維空間數(shù)據(jù)，無需親臨工程現(xiàn)場，更貼近于工程應(yīng)用。

3.3 國土安全

傾斜攝影與BIM 結(jié)合進(jìn)行國土安全數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建和信息的填充，傾斜攝影進(jìn)行底層模型數(shù)據(jù)的加載。BIM 進(jìn)行精準(zhǔn)化數(shù)據(jù)的分析和構(gòu)建，國土信息數(shù)據(jù)逐步的采集和上傳，實(shí)現(xiàn)信息化管理和同步建設(shè)。

3.4 構(gòu)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(shù)進(jìn)行建模，則將耗費(fèi)巨大的人員和硬件成本，但是如果在非重要區(qū)域采用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，則可以短時(shí)間獲得大范圍城市地物地貌的模型。不同于BIM 的是，實(shí)景模型僅僅是一個“空殼”，而BIM 技術(shù)恰恰可以補(bǔ)充精細(xì)化建模的部分，并且BIM 技術(shù)作為一項(xiàng)工程全生命周期的技術(shù)，不僅僅構(gòu)建了完善的精細(xì)化三維模型，而且提供了豐富且可延續(xù)性的數(shù)據(jù)，因此BIM 技術(shù)與無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的結(jié)合是構(gòu)建智慧城市數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的一種非常有效的方法。

4 結(jié)語

無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)作為當(dāng)前發(fā)展速度最快的航測技術(shù)之一，能高效、方便地獲取地面豐富的數(shù)據(jù)信息，并且生成實(shí)景模型。BIM 技術(shù)作為一項(xiàng)工程全生命周期應(yīng)用的技術(shù)，主要是以三維模型為載體，包含著眾多數(shù)據(jù)信息，可以具體應(yīng)用到工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維管理等工程各階段。基于Bentley 軟件強(qiáng)大的實(shí)景建模功能與BIM 功能相結(jié)合，能夠應(yīng)用在三維可視化設(shè)計(jì)、國土安全、項(xiàng)目展示、構(gòu)建智慧城市等多個領(lǐng)域。使用實(shí)景模型作為真實(shí)可靠的GIS 數(shù)據(jù)來進(jìn)行分析與應(yīng)用，不僅滿足目前BIM 技術(shù)應(yīng)用的需求，也是將來BIM 技術(shù)發(fā)展中數(shù)據(jù)采集的重要環(huán)節(jié)■