基于无人机数据的BIM模型场景创建

李立功，梁怀翔，牛丽娟，白芝勇

（1.陕西铁路工程职业技术学院, 陕西 渭南 714099；2.陕西中数集思测绘技术有限公司，陕西 西安 710054；3.中铁一局集团第五工程有限公司，陕西 宝鸡 721006）

无人机因其在局部地区数据采集快速、不受天气影响、近距离采集等优点，在各行业都有突飞猛进的发展，尤其是测绘行业，无人机影像采集数据建模技术也在不断发展。目前的建模软件也比较方便、稳定、快捷。利用无人机进行项目周围场地建模，具有速度快、时效性高、清晰度高等优点，能够反映项目周围环境的实时变化及影响。如何将无人机建模与BIM模型结合起来，利用无人机技术进行BIM模型的场地部分制作，丰富BIM模型场地部分的信息，是BIM技术应用研究的一个热点问题。

1 无人机数据建模

无人机数据建模的一般过程是先根据测区信息设置航带坐标，根据项目需求选择合适的飞行区域，设置好相关参数；然后制定飞行计划，并完成飞机设置及其他各项准备工作。按正确方式放飞无人机，利用地面控制软件观察飞机的飞行姿态和任务进展，确保无人机的安全和任务的顺利进行，完成数据采集。然后利用后期软件，对无人机采集的数据进行处理，与地面控制点数据进行匹配后，形成目标地区的数字影像或模型等成果。在地形复杂、地势起伏比较大的区域，与常规的测量数据获取手段相比，使用无人机获取地形地貌数据具有无可比拟的优越性，如图1。

无人机数据建模的缺点是，只能获取地形表面的数据信息，对于建筑物或构筑物内部的结构关系及尺寸无法涉及，这对于建筑的使用者和建造者来说都是无法接受的。但是使用无人机采集的数据进行工程建筑物周围的场地建模是可行的，而且可以根据需要及时更新，如图2。

图1 无人机数据采集流程图

图2 无人机数据生成的模型

2 BIM模型

BIM技术是一种应用于工程设计、建造、运营管理的建筑整个生命周期的一项技术，通过参数模型整合各种项目的相关信息，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行数据的共享和传递，使设计者、工程技术人员、使用者、管理维护人员都能对各种建筑信息作出正确理解和高效应对，是设计团队以及包括建筑运营单位在内的各方建设主体进行协同工作的基础，在提高生产效率、控制成本、优化施工方案和人材机管理方面发挥着重要作用。

BIM技术除了在管理方面的应用，单就模型而言，利用BIM技术还可以进行工程构件属性数据的衍生，如利用BIM技术建造的模型，可以开发信息化的三维交底手段辅助现场管理，准确、直观、细致、真实地反映工程各个构件的结构位置等信息；借助BIM技术提供的模型，还可进行工程相关构件的材料量、工程量的一键式提取，大大减轻了材料部、物资部在工程量计算方面的工作量；也可以在BIM模型中设置工程坐标信息，方便现场工程人员对工程线路坐标的使用需求及查验检核等等。这一切都是源于BIM技术建造的模型数据来源于设计，来源于真实的数据，可以说BIM技术在各个方面都极大地方便了设计者、建造者和使用者对建筑物（构筑物）的了解和需求，如图3。

图3 BIM模型及后期渲染场地

目前的BIM建模软件注重建筑物内部的结构及尺寸，而工程建筑物外部的场地部分就有些薄弱，显然这与BIM三维、立体、多维度的口号是不一致的。因此，将BIM技术与无人机技术结合起来，既保证BIM模型在内部的结构关系和尺寸数据准确细致，又能让BIM模型周围的场地信息丰富起来，与现场保持同步，这是BIM技术应用研究的热点。

3 案 例

本文结合某高速铁路特大桥的BIM实施过程进行两者结合的研究。某高速铁路特大桥是公司在该标段的一项重点工程、形象工程，要求项目必须使用先进的管理理念和手段，摸索出一条新的管理方法及制度，是公司进行管理改革的试点项目。该桥位于两座长大隧道中间，起着连接作用，又横跨某高速公路，墩身较高，施工难度大。该项目是在两座大山之间的峡谷地带，高差落差较大，地形起伏较大，周围房屋错落，道路交错，跨既有高速而过，地形条件十分复杂，项目所在区域内的用地类型也较复杂，居民用地与农业用地较多。在施工前如何结合工程建筑物模型，根据现场的地形、地貌进行项目基础设计的规划选址及建造，工程施工对周围环境的影响分析，以及与既有线路及其他地物的位置关系冲突分析等，一直是项目关注的焦点之一，而这部分的需求对BIM模型场地部分就有比较高的要求，如图4。

图4 BIM模型与无人机场地模型的设置

鉴于BIM建模软件并不是专业的地形建模软件，以及场地部分的制约状况，BIM项目实施团队考虑使用无人机采集工程建筑物周围的场地数据，单独进行建模，然后利用Virtual Surveyor软件将两者融合到一起，使BIM模型在保证内部结构尺寸的同时，场地部分的功能还能得到有效的强化。BIM建模完成后，为了与无人机场地模型进行融合，首先要进行模型的转换，让无人机模型与BIM模型有结合到一起的可能，然后需要对BIM模型进行一些调整：①在无人机模型中插入工程线路坐标，将BIM模型按坐标导入到无人机模型中，以此实现全桥BIM模型与无人机模型位置的精确匹配；②通过调整桥梁各部分结构模型的比例，使得BIM全桥模型与无人机影像数据比例保持一致，最终实现全桥BIM模型与现场无人机模型的高精度叠加融合，既保证了桥梁BIM模型的精度，又保证了工程项目场景的丰富信息。经过对BIM模型与无人机模型的不断调整和分析及现场比对，最终实现了两者的完美融合，如图5、6。

图5 无人机模型线路中线的导入

图6 BIM模型与无人机场地模型融合

4 结 语

无人机能够通过超低空航空摄影测量获取现势性强的数字表面模型（DSM）和数字高程模型（DEM），以此来真实地反映工程项目在拍摄时刻的实际场景，既能保证高度的时效性，又能保证现场场景的真实性。而BIM可以提供基于设计参数的工程构筑物的三维设计模型，工程结构内部的位置关系和数据是准确细致的。“无人机+BIM”的融合，可以实现将设计构筑物镶嵌在工程实际场景中的构想，使得BIM技术的虚拟现实功能更加真实，彻底改变了BIM模型场地部分弱化、立体度不够的问题，实现了BIM场景的真实化，丰富了BIM场景的信息。将BIM模型与无人机模型融合后，如何借助于无人机快速及时的数据采集技术，在完成现场数据采集建模的同时，进行现场工程建筑物质量、进度及安全的实时管理，是我们需要进一步研究的问题。