BIM和傾斜攝影測(cè)量技術(shù)在實(shí)景三維模型中的應(yīng)用

昌圣翔

（1 廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司；2 廣東省建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測(cè)總站有限公司）

0 引言

隨著我國(guó)城市的不斷發(fā)展，城市實(shí)景三維模型作為其數(shù)字化最重要的基礎(chǔ)框架數(shù)據(jù)，越來(lái)越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。想要獲得理想的實(shí)景三維模型，離不開(kāi)兩種技術(shù)：BIM 和GIS。建筑信息模型（Building Information Modeling, BIM）是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的數(shù)據(jù)模型，可實(shí)現(xiàn)超精細(xì)化的建構(gòu)筑物內(nèi)部信息管理，是對(duì)工程項(xiàng)目設(shè)施實(shí)體與功能特性的數(shù)字化表達(dá)。地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）是一種具有信息系統(tǒng)空間專(zhuān)業(yè)形式的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，突破了傳統(tǒng)二維平面中空間信息可視化能力的局限，使得建筑物和地形環(huán)境的空間結(jié)構(gòu)與相互關(guān)系得到展示。利用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)可以快速獲取大范圍的地物信息，極大的降低了GIS 平臺(tái)的搭建成本。

但是BIM 的空間分析能力較為微觀，并且BIM 模型設(shè)計(jì)軟件支持的空間范圍小，無(wú)法承載海量大范圍的地形數(shù)據(jù)，也不具備對(duì)地理信息進(jìn)行分析和建筑周邊環(huán)境整體展示的功能。GIS 是面向地球上帶有地理信息的任何物體，相對(duì)來(lái)說(shuō)較為宏觀，無(wú)法直接獲取精細(xì)化的建筑信息，并且傳統(tǒng)的GIS 數(shù)據(jù)制作成本較高，不利于大范圍推廣。傾斜攝影測(cè)量的出現(xiàn)，為該難題提供了一種解決方案。傾斜攝影測(cè)量（Oblique Photography）是指在同一飛行平臺(tái)上搭載5 臺(tái)航攝相機(jī)，同時(shí)從一個(gè)垂直、四個(gè)傾斜五個(gè)不同角度采集影像，獲取地面物體的完整信息，拍攝相片時(shí)，同時(shí)記錄航高、航速、航向和旁向重疊、坐標(biāo)等參數(shù)，具有作業(yè)面積大、建模效率高和平均成本低等優(yōu)點(diǎn)。本論文將探討如何將BIM 與傾斜攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行有效的結(jié)合，為數(shù)字化城市的發(fā)展提供技術(shù)支持。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 基于BIM 的精細(xì)化建模

本論文中研究建筑均為民用建筑，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)復(fù)雜異形構(gòu)件，故選用Autodesk Revit，以獲得簡(jiǎn)便的圖形工作界面、方便的操作和豐富的族庫(kù)。

Revit 創(chuàng)建建筑結(jié)構(gòu)的總流程：選擇項(xiàng)目樣板→設(shè)置標(biāo)高→繪制軸網(wǎng)→創(chuàng)建墻體→添加門(mén)窗→創(chuàng)建樓板和屋頂→放置內(nèi)部構(gòu)件→添加樓梯

1.2 基于傾斜攝影測(cè)量的三維場(chǎng)景搭建

傾斜攝影建模使用Bentley 公司的專(zhuān)業(yè)實(shí)景建模軟件ContextCapture 來(lái)建立3D 模型，該軟件的一般建模過(guò)程如圖1 所示。該過(guò)程主要由兩個(gè)步驟組成：①使用無(wú)人機(jī)（UAV）進(jìn)行傾斜攝影；②使用ContextCapture進(jìn)行后處理。

基于傾斜攝影測(cè)量數(shù)據(jù)的真實(shí)感三維模型的一般建模流程如圖1 所示。

1.3 基于Skyline 的三維實(shí)景融合

Terra-IT 公司旗下的三維可視化軟件Skyline 提供的智慧城市解決方案將傾斜攝影測(cè)量技術(shù)與BIM 技術(shù)無(wú)縫融合，實(shí)現(xiàn)了城市的徹底數(shù)字化，信息最大化，搭建全要素三維智慧城市系統(tǒng)平臺(tái)，包括整個(gè)城市全面的綜合數(shù)據(jù)，按照行業(yè)需求將其分層分類(lèi)，直至無(wú)限層次的細(xì)分，每個(gè)行業(yè)都可以利用關(guān)聯(lián)信息實(shí)現(xiàn)自己的功能需求，使智慧城市應(yīng)用無(wú)限擴(kuò)展，形成完整的智慧城市信息化、智能化生態(tài)系統(tǒng)，促進(jìn)智慧城市建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展。

2 案例

本研究選取了一棟教學(xué)樓作為算例來(lái)具體介紹上述的方法與流程。該教學(xué)樓為框架混凝土結(jié)構(gòu)，分為3層，層高4.5m，總建筑面積2688m2，見(jiàn)圖2。

通過(guò)無(wú)人機(jī)采集目標(biāo)建筑周邊原始影像照片，經(jīng)建模軟件后處理，生成具有真實(shí)感的3D 模型，導(dǎo)出為T(mén)IFF 格式后，在Skyline 平臺(tái)進(jìn)行加載展示。見(jiàn)圖3-圖5。

將BIM 模型進(jìn)行貼圖處理獲得真實(shí)紋理后，再導(dǎo)入Skyline 平臺(tái)進(jìn)行比例融合，獲得最終的實(shí)景三維模型，見(jiàn)圖6。

圖3 采集照片數(shù)據(jù)

圖4 空三計(jì)算獲得點(diǎn)云數(shù)據(jù)

圖5 具有高真實(shí)感的室外環(huán)境模型

圖6 在Skyline 中加載傾斜攝影模型

3 結(jié)論

本論文將BIM 與傾斜攝影測(cè)量技術(shù)相結(jié)合，既可以利用傾斜攝影技術(shù)快速搭建極具真實(shí)感的GIS 實(shí)景，又可以使已有的三維模型可得到極大重用，大量高精度的BIM 模型可作為GIS 系統(tǒng)中一個(gè)重要的數(shù)據(jù)來(lái)源，為數(shù)字化城市提供有力的數(shù)據(jù)支撐。