如何借助于無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)采集技術(shù)實(shí)現(xiàn)BIM模型的建立

2019年對(duì)于無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)既是豐收之年，亦是多事之秋。一方面，無(wú)人機(jī)的技術(shù)日趨成熟，其性能已經(jīng)達(dá)到了多種行業(yè)的使用門(mén)檻，可謂民、軍、商齊歡喜。另一方面，無(wú)人機(jī)也帶來(lái)了擾航、噪聲、侵犯隱私等問(wèn)題。

美軍無(wú)人機(jī)概念圖（左） 受無(wú)人機(jī)擾航的希斯羅機(jī)場(chǎng)（右）

但無(wú)論如何，正反兩方面的事例都表明無(wú)人機(jī)是越來(lái)越多地投入使用了，其中就包括我們建筑行業(yè)。無(wú)人機(jī)因其在局部地區(qū)數(shù)據(jù)采集快速、不受天氣影響、近距離采集等優(yōu)點(diǎn)，在測(cè)繪行業(yè)的發(fā)展可謂突飛猛進(jìn)。利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行項(xiàng)目周?chē)鷪?chǎng)地建模，具有速度快、時(shí)效性高、清晰度高等優(yōu)點(diǎn)，能夠反映項(xiàng)目周?chē)h(huán)境的實(shí)時(shí)變化及影響。如何將無(wú)人機(jī)建模與BIM模型結(jié)合起來(lái)，利用無(wú)人機(jī)技術(shù)進(jìn)行BIM模型的場(chǎng)地部分制作，豐富BIM模型場(chǎng)地部分的信息，是BIM技術(shù)應(yīng)用研究的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。

數(shù)據(jù)采集及建模

無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)采集的一般過(guò)程是先根據(jù)測(cè)區(qū)信息設(shè)置航帶坐標(biāo)，根據(jù)項(xiàng)目需求選擇合適的飛行區(qū)域，設(shè)置好相關(guān)參數(shù)；然后制定飛行計(jì)劃，并完成飛機(jī)設(shè)置及其他各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。按正確方式放飛無(wú)人機(jī)，利用地面控制軟件觀察飛機(jī)的飛行姿態(tài)和任務(wù)進(jìn)展，確保無(wú)人機(jī)的安全和任務(wù)的順利進(jìn)行，完成數(shù)據(jù)采集。然后利用后期軟件，對(duì)無(wú)人機(jī)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，與地面控制點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配后，形成目標(biāo)地區(qū)的數(shù)字影像或模型等成果。在地形復(fù)雜、地勢(shì)起伏比較大的區(qū)域，使用無(wú)人機(jī)獲取地形地貌數(shù)據(jù)的優(yōu)越性體現(xiàn)的淋漓盡致。

無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)采集流程圖

當(dāng)然了，現(xiàn)有的無(wú)人機(jī)由于控制精度的問(wèn)題只能獲取地形表面的數(shù)據(jù)信息，很難在狹窄的室內(nèi)穿梭。但是使用無(wú)人機(jī)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行工程建筑物周?chē)膱?chǎng)地建模是可行的，而且可以根據(jù)需要及時(shí)更新。

無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)生成的模型

BIM模型

本文結(jié)合某高速鐵路特大橋的BIM實(shí)施過(guò)程進(jìn)行兩者結(jié)合的研究。該橋是公司在該標(biāo)段的一項(xiàng)重點(diǎn)工程、形象工程，位于兩座長(zhǎng)大隧道中間，起著連接作用，又橫跨某高速公路，墩身較高，施工難度大。該項(xiàng)目是在兩座大山之間的峽谷地帶，高差落差較大，地形起伏較大，周?chē)课蒎e(cuò)落，道路交錯(cuò)，地形條件十分復(fù)雜，項(xiàng)目所在區(qū)域內(nèi)的用地類(lèi)型也較復(fù)雜，居民用地與農(nóng)業(yè)用地較多。在施工前如何結(jié)合工程建筑物模型，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地形、地貌進(jìn)行項(xiàng)目基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的規(guī)劃選址及建造，工程施工對(duì)周?chē)h(huán)境的影響分析，以及與既有線路及其他地物的位置關(guān)系沖突分析等，是項(xiàng)目關(guān)注的焦點(diǎn)之一，對(duì)BIM模型場(chǎng)地部分有較高的要求。

BIM 模型與無(wú)人機(jī)場(chǎng)地模型的設(shè)置

鑒于BIM建模軟件并不是專(zhuān)業(yè)的地形建模軟件，以及場(chǎng)地部分的制約狀況，決定使用無(wú)人機(jī)采集工程建筑物周?chē)膱?chǎng)地?cái)?shù)據(jù)，單獨(dú)進(jìn)行建模，然后利用Virtual Surveyor軟件將兩者融合到一起，使BIM模型在保證內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸的同時(shí)，場(chǎng)地部分的功能還能得到有效的強(qiáng)化。

BIM建模完成后，為了與無(wú)人機(jī)場(chǎng)地模型進(jìn)行融合，首先要進(jìn)行模型的轉(zhuǎn)換，讓無(wú)人機(jī)模型與BIM模型有結(jié)合到一起的可能，因此需要對(duì)BIM模型進(jìn)行一些調(diào)整：①在無(wú)人機(jī)模型中插入工程線路坐標(biāo)，將BIM模型按坐標(biāo)導(dǎo)入到無(wú)人機(jī)模型中，以此實(shí)現(xiàn)全橋BIM模型與無(wú)人機(jī)模型位置的精確匹配；②通過(guò)調(diào)整橋梁各部分結(jié)構(gòu)模型的比例，使得BIM全橋模型與無(wú)人機(jī)影像數(shù)據(jù)比例保持一致，最終實(shí)現(xiàn)全橋BIM模型與現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人機(jī)模型的高精度疊加融合，既保證了橋梁BIM模型的精度，又保證了工程項(xiàng)目場(chǎng)景的豐富信息。經(jīng)過(guò)對(duì)BIM模型與無(wú)人機(jī)模型的不斷調(diào)整和分析及現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)，最終實(shí)現(xiàn)了兩者的完美融合。

無(wú)人機(jī)模型線路中線的導(dǎo)入

BIM模型與無(wú)人機(jī)場(chǎng)地模型融合

無(wú)人機(jī)能夠通過(guò)超低空航空攝影測(cè)量獲取現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)的數(shù)字表面模型（DSM）和數(shù)字高程模型（DEM），以此來(lái)真實(shí)地反映工程項(xiàng)目在拍攝時(shí)刻的實(shí)際場(chǎng)景，既能保證高度的時(shí)效性，又能保證現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景的真實(shí)性。而B(niǎo)IM可以提供基于設(shè)計(jì)參數(shù)的工程構(gòu)筑物的三維設(shè)計(jì)模型，工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部的位置關(guān)系和數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確細(xì)致的。“無(wú)人機(jī)+BIM”的融合，可以實(shí)現(xiàn)將設(shè)計(jì)構(gòu)筑物鑲嵌在工程實(shí)際場(chǎng)景中的構(gòu)想，使得BIM技術(shù)的虛擬現(xiàn)實(shí)功能更加真實(shí)，徹底改變了BIM模型場(chǎng)地部分弱化、立體度不夠的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)BIM場(chǎng)景的真實(shí)化，豐富了BIM場(chǎng)景的信息。

將BIM模型與無(wú)人機(jī)模型融合后，如何借助于無(wú)人機(jī)快速及時(shí)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)，在完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集建模的同時(shí)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)工程建筑物質(zhì)量、進(jìn)度及安全的實(shí)時(shí)管理，是我們需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題。