BIM＋傾斜攝影在城市更新改造中的應(yīng)用

何 煉，丁建友，代普達(dá)，潘 東

（中國電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650051）

0 前 言

城市發(fā)展日新月異，城市配套基礎(chǔ)設(shè)施已不能完全滿足城市高速發(fā)展的需求。在經(jīng)濟(jì)落后城鎮(zhèn)，河道開發(fā)最早，上下游存在大量過度使用的情況，這造成城市河道流量過小、污染嚴(yán)重、侵占河道空間等問題，成為了城市難以根治的問題。同時(shí)隨著市民對(duì)美好生活的向往，對(duì)城市升級(jí)改造城市生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)提出的全新的要求［1］。河道治理成為了城市改造的優(yōu)先對(duì)象，其主要針對(duì)河道品質(zhì)提升、人居環(huán)境質(zhì)量提升，達(dá)到城市修補(bǔ)及生態(tài)修復(fù)的目的。針對(duì)以上現(xiàn)象，結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)BIM＋傾斜攝影技術(shù)以及自研的三維插件，實(shí)現(xiàn)云踏勘、虛擬現(xiàn)實(shí)的疊合設(shè)計(jì)、管網(wǎng)碰撞優(yōu)化、BIM正向協(xié)同設(shè)計(jì)等功能，完成對(duì)濱河道路、管線設(shè)計(jì)、堤防設(shè)計(jì)、河道等設(shè)計(jì)，助力城市修補(bǔ)及生態(tài)修復(fù)。

BIM＋傾斜攝影技術(shù)將廣泛應(yīng)用于城市各類項(xiàng)目中，分析復(fù)雜的城市邊界條件，進(jìn)行空間三維重構(gòu)［2］。該技術(shù)得到中國勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)、中國市政工程協(xié)會(huì)、中國建筑裝飾協(xié)會(huì)的認(rèn)可，獲得了多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)。

1 傾斜攝影技術(shù)

傾斜攝影技術(shù)是國際測(cè)繪領(lǐng)域近些年發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，它顛覆了以往正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，通過在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器，同時(shí)從1個(gè)垂直、4個(gè)傾斜等5個(gè)不同的角度采集影像，將用戶引入了符合人眼視覺的真實(shí)直觀世界。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)以大范圍、高精度、高清晰的方式全面感知復(fù)雜場(chǎng)景，通過高效的數(shù)據(jù)采集設(shè)備及專業(yè)的數(shù)據(jù)處理流程生成的數(shù)據(jù)成果直觀反映地物的外觀、位置、高度等屬性，為真實(shí)效果和測(cè)繪級(jí)精度提供保證［3］。同時(shí)有效提升模型的生產(chǎn)效率，大大降低了三維模型數(shù)據(jù)采集的經(jīng)濟(jì)代價(jià)和時(shí)間代價(jià)［4］。

目前，國內(nèi)外已廣泛開展傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，傾斜攝影建模數(shù)據(jù)也逐漸成為城市空間數(shù)據(jù)框架的重要內(nèi)容。將傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用到市政領(lǐng)域，能有效輔助平面市政道路的平面及縱斷面設(shè)計(jì)工作，極大減少設(shè)計(jì)與實(shí)際工程之間信息不匹配的問題。傾斜攝影成果可與絕大部分的三維軟件及平臺(tái)兼容。傾斜攝影數(shù)據(jù)交互如圖1所示。

圖1 傾斜攝影數(shù)據(jù)交互

2 模型融合技術(shù)

CADWPFOsgbPluginv1.2.1軟件是基于Civil 3D設(shè)計(jì)軟件以及傾斜攝影模型，進(jìn)行模型的二維三維融合的插件。該技術(shù)提供多層級(jí)傾斜三維模型加載到AutoCAD、Civil3D中，實(shí)現(xiàn)對(duì)傾斜三維模型的多層級(jí)漫游、動(dòng)態(tài)調(diào)繪、曲面構(gòu)建、曲面地形過濾、點(diǎn)云數(shù)據(jù)的二維和三維采集編輯工具等操作。在Civil 3D中實(shí)現(xiàn)二維線條與三維線條的疊合設(shè)計(jì)（如圖2所示），為設(shè)計(jì)人員提供了高精度實(shí)景傾斜三維模型設(shè)計(jì)場(chǎng)景，優(yōu)化設(shè)計(jì)體驗(yàn)與設(shè)計(jì)精度，有效提高了測(cè)圖精度及效率，成果可導(dǎo)出多種格式。

圖2 模型數(shù)據(jù)疊合設(shè)計(jì)

3 城市更新改造

以河南某城市更新改造工程為例，該工程內(nèi)容主要包含：左岸新建堤防、右岸新建提防、新建左右岸濱河道路、沿堤岸敷設(shè)截污管道、2座人行景觀橋、給排水工程、電力電信工程、渠水、灌河濕地公園、桂花主題園、市民廣場(chǎng)等景觀提升改造等內(nèi)容。

3.1 濱河道路設(shè)計(jì)

沿陶家河新建濱河道路，著力打造慢行通道，不搞大填挖，避免高邊坡，全力保護(hù)好沿河自然山水風(fēng)貌格局。結(jié)合傾斜攝影模型融合技術(shù)，分析城市更新改造中復(fù)雜的邊界條件，將設(shè)計(jì)意圖在模型中進(jìn)行直觀表達(dá)，提高設(shè)計(jì)效率。

3.2 管網(wǎng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化

3.2.1 管網(wǎng)設(shè)計(jì)

陶家河西岸污水工程起于陶家河水庫，止于新華橋處，為截污管網(wǎng)建設(shè)。為杜絕滲漏，切斷外源污染，本次設(shè)計(jì)把左岸現(xiàn)狀截污管遷改上岸。右岸全線遷改上岸。污水最終進(jìn)入下游的處理廠，實(shí)現(xiàn)陶家河兩岸截污系統(tǒng)的全線貫通。

3.2.2 管網(wǎng)優(yōu)化

利用BIM軟件的市政管網(wǎng)設(shè)計(jì)功能，對(duì)項(xiàng)目中所有地下管線進(jìn)行了設(shè)計(jì)及出圖，并對(duì)雨水、污水、給水、中水、燃?xì)狻㈦娏?、通信等錯(cuò)綜復(fù)雜的管線以及海綿城市設(shè)施進(jìn)行碰撞分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免了由于管線碰撞導(dǎo)致的施工返工，有效控制了投資。碰撞流程如圖3所示。

圖3 BIM碰撞檢查流程

在BIM軟件中對(duì)擬建管線進(jìn)行碰撞分析，事前檢測(cè)擬碰撞點(diǎn)，及時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，避免施工浪費(fèi)，有效控制投資。生成碰撞報(bào)告明確碰撞的位置，如圖4所示。

圖4 碰撞檢查

3.2.3 管網(wǎng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)監(jiān)測(cè)施工進(jìn)度

首先進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對(duì)飛行線路進(jìn)行優(yōu)化，采用三段式快速拍攝。收集數(shù)據(jù)后，通過預(yù)處理小工具進(jìn)行模板式批量制作方案。最后將實(shí)體與實(shí)景拍攝相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)＋虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的全要素監(jiān)測(cè)。

技術(shù)創(chuàng)新亮點(diǎn)包括：基于優(yōu)化改良的高效無人機(jī)數(shù)據(jù)采集處理技術(shù)方案，采用施工全景及傾斜模型實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)形象進(jìn)度快速更新；基于施工業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)化分解，實(shí)現(xiàn)工程報(bào)量、BIM模型、施工全景及傾斜三維的深度融合，全方位掌握進(jìn)度情況；設(shè)計(jì)模型與施工實(shí)景模型的多次疊加對(duì)比分析，虛擬與現(xiàn)實(shí)的對(duì)比，進(jìn)度與質(zhì)量雙向管控。

3.3 BIM協(xié)同設(shè)計(jì)與集成

3.3.1 BIM正向協(xié)同設(shè)計(jì)

基于“云服務(wù)器＋快捷方式”協(xié)同模式，道路、軟基、交通、管線、橋隧、排洪渠等多個(gè)專業(yè)相互引用中間設(shè)計(jì)成果，開展協(xié)同設(shè)計(jì)，顯著提高了設(shè)計(jì)效率。

通過協(xié)同設(shè)計(jì)建立統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，包括圖層、顏色、線型、打印樣式等，在此基礎(chǔ)上，所有設(shè)計(jì)專業(yè)及人員在一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而減少現(xiàn)行各專業(yè)之間由于溝通不暢或溝通不及時(shí)導(dǎo)致的錯(cuò)、漏、碰、缺，真正實(shí)現(xiàn)所有圖紙信息元的單一性，實(shí)現(xiàn)一處修改其他自動(dòng)修改，提升設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，對(duì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的規(guī)范化管理起到重要作用。

3.3.2 BIM模型大場(chǎng)景集成

完成道路、管網(wǎng)模型后，將傾斜攝影模型、BIM模型集成在Infraworks中進(jìn)行直觀展示，輔助進(jìn)行方案匯報(bào)、設(shè)計(jì)交底及施工應(yīng)用等功能。

4 結(jié) 論

該研究結(jié)果表明，利用BIM技術(shù)（正向協(xié)同設(shè)計(jì)、管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、大場(chǎng)景集合）、傾斜攝影技術(shù)和模型融合技術(shù)，能簡(jiǎn)單高效地將設(shè)計(jì)成果與實(shí)際情況高度貼合，避免圖紙返工，提高設(shè)計(jì)效率，在城市修補(bǔ)及生態(tài)修復(fù)工程中有廣泛的應(yīng)用空間。形成的主要結(jié)論如下：

（1）結(jié)合傾斜攝影技術(shù)和模型融合技術(shù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行云踏勘，分析現(xiàn)場(chǎng)邊界條件，實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)疊合設(shè)計(jì)，達(dá)到降本增效的目的。

（2）依托BIM正向協(xié)同設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)間快速協(xié)同，并對(duì)管網(wǎng)的優(yōu)化進(jìn)行設(shè)計(jì)。避免后期返工，達(dá)到提質(zhì)增效的目的。

（3）依托BIM技術(shù)，將傾斜攝影模型、路網(wǎng)模型等設(shè)計(jì)成果集成在Infraworks中，進(jìn)行可視化展示，為后期施工做指導(dǎo)。