基于BIM技術電子沙盤高精度地形制作

凌云鋒 姚波 曹洪 袁小冬

（1.重慶金交勁通科技股份有限公司，重慶 401336；2.重慶高速工程顧問有限公司，重慶 401121）

一、概述

城開高速公路起自城口縣北屏（陜渝界），接擬建的安康至嵐皋（陜渝界）公路，北端設計為縱貫陜渝界的大巴山隧道，途經重慶城口縣北屏、蓼子、雞鳴等鄉鎮，穿雪寶山（設城開隧道）進入開州區，接已建的萬州至開縣高速公路，全長約128.5km。沿線擬設橋梁28288m/63座、隧道71408m/19座，橋隧比77.7%，其中前80km橋隧比高達95%，項目總投資額234.6億元。

城開高速項目地質地形極其復雜，沿線為典型的山嶺重丘區，溝谷遍布、山勢陡峭；橋隧區地質滑坡、崩塌、巖溶、突泥、涌水等不良地質高度發育，施工難度大、風險高。

二、電子沙盤應用

城開高速公路工程有點多、線長、面廣等特點， 適合與三維GIS進行融合，通過電子沙盤顯示結構物的地理坐標和高度信息。而模擬項目的真實空間場景，就需要利用三維GIS技術制作三維真實場景（包含地形地貌、周邊建筑等），真實還原結構所處實際位置的地形地貌，實現基于BIM模型的三維電子沙盤功能，與基于BIM技術的建設管理平臺中的數據形成宏觀與微觀的可視化管理。

三、三維GIS地形制作現狀

（一）衛星遙感地形制作

衛星遙感地圖目前采用用最多的是谷歌衛星地圖，利用萬能地圖下載器，選擇設計線路再下載衛星地圖及高程。

導入設計線路前，需計算七參數，然后將設計線路轉為dxf文件格式導入下載器中，再選擇下載范圍及高程，將高程數據及衛星地圖導入超圖中如圖1所示，重慶城口縣的衛星地圖高程精度非常低，任河河道的高差從地圖上已無法分辨，而1：2000等高線顯示河床高差與實際高差存在很大的誤差。

圖1. 沙盤中任河河道高差

（二）無人機地形制作

重慶城口縣由于地勢復雜，對無人機操作影響較大，從而影響采集數據的精度。為采集精準的數據作為研究依據，選取了中山市某一項目進行地形精度數據的采集與研究。該地區地形較平整，起伏小，有一處河道穿過。為了降低研究成本，采用消費級微型無人機通過來回往返攝影采集數據。

將無人機數據導入超圖進行展示，雖然遠觀效果較好，但是查看近處河道卻受河水漫反射影響，河道標高出現很大問題，畫面無法形成平緩水面效果，兩側河堤高差也出現同樣的問題。由此可見該類無人機對河流地形測設精度明顯偏低。

四、利用等高線制作高精度地形的電子沙盤

（一）等高線

等高線指地形圖上高程相等的相鄰各點所連成的閉合曲線。據了解，谷歌地形地圖精度約為1：25000，無法達到制作高精度高差的地的要求，而無人機對溪流等位置的高程測設又難以滿足精度要求，采用勘測單位的1：2000地形等高線作為底圖制作電子沙盤地形，則可一舉兩得。既可以在設計階段進行設計使用，又可以在建設階段作為電子沙盤使用。不僅保證了精度且達到BIM模型與地形融合后的設計復核作用。

（二）DEM數據

DEM數據是制作電子沙盤地形的主要數據。使用ArcGIS處理地形數據可以將其轉換為電子沙盤所需的DEM數據。

（三）七參數轉換

由于等高線數據為平面坐標系，需要通過參數轉換為地理坐標系才能形成電子沙盤數據，七參數選擇基于COORDINATE_方法，采用ArcMap進行轉換，然后形成高精度地形圖。由圖2可看到任河兩側河道高差明顯，與等高線地形非常吻合，可達到所需的精度要求。

圖2. 等高線轉換后形成地形

（四）電子沙盤的制作

1.BIM模型的創建

采用達索公司的3DEXPERIENCE進行路橋隧的BIM模型創建，首先必須建立合理的結構樹，以方便后期項目的管理變更調整以及深化。

結構樹的搭建以標段進行總體創建，每個標段按照地形、路線、橋梁、隧道、路基、路面、路線交叉進行創建。

2.地形與BIM模型的融合

為了更好地反映BIM模型和真實地形的真實效果，需要渲染BIM模型中的結構和真實地形。包括結構的真實外觀、場景的真實感、照明效果等。轉換上述輪廓線的DEM數據和高清谷歌衛星地圖后，可以在高精度地形下獲得更逼真的場景。

將創建的BIM模型、DEM地形文件和谷歌衛星地圖導入超級地圖，可獲取具有高精度地形的BIM電子沙盤，如圖3所示。

圖3. 基于BIM電子沙盤

五、結語

通過等高線多種轉換的方法可以制作高精度地形模型，還可以解決1：2000地形精度不夠的問題，如果現場可以測設1：500的地形，則地形高程精度更加準確。雖然作為宏觀管理基于BIM的電子沙盤，采用1：2000的等高線精度可以滿足管理需要，但是由于等高線對原有道路的多樣線條存在高程不連續的問題，導致對原有道路的還原程度存在很大的誤差，舍棄原有道路的地形制作，就會導致對原有道路的高程還原出現錯誤。下一步，將研究對原有道路以及房屋等結構物的還原方法，使等高線能制作出更高準確度的地形。