如何借助于無人機數(shù)據(jù)采集技術實現(xiàn)BIM模型的建立
2019年對于無人機來說既是豐收之年,亦是多事之秋。一方面,無人機的技術日趨成熟,其性能已經(jīng)達到了多種行業(yè)的使用門檻,可謂民、軍、商齊歡喜。另一方面,無人機也帶來了擾航、噪聲、侵犯隱私等問題。
美軍無人機概念圖(左) 受無人機擾航的希斯羅機場(右)
但無論如何,正反兩方面的事例都表明無人機是越來越多地投入使用了,其中就包括我們建筑行業(yè)。無人機因其在局部地區(qū)數(shù)據(jù)采集快速、不受天氣影響、近距離采集等優(yōu)點,在測繪行業(yè)的發(fā)展可謂突飛猛進。利用無人機進行項目周圍場地建模,具有速度快、時效性高、清晰度高等優(yōu)點,能夠反映項目周圍環(huán)境的實時變化及影響。如何將無人機建模與BIM模型結(jié)合起來,利用無人機技術進行BIM模型的場地部分制作,豐富BIM模型場地部分的信息,是BIM技術應用研究的一個熱點問題。
數(shù)據(jù)采集及建模
無人機數(shù)據(jù)采集的一般過程是先根據(jù)測區(qū)信息設置航帶坐標,根據(jù)項目需求選擇合適的飛行區(qū)域,設置好相關參數(shù);然后制定飛行計劃,并完成飛機設置及其他各項準備工作。按正確方式放飛無人機,利用地面控制軟件觀察飛機的飛行姿態(tài)和任務進展,確保無人機的安全和任務的順利進行,完成數(shù)據(jù)采集。然后利用后期軟件,對無人機采集的數(shù)據(jù)進行處理,與地面控制點數(shù)據(jù)進行匹配后,形成目標地區(qū)的數(shù)字影像或模型等成果。在地形復雜、地勢起伏比較大的區(qū)域,使用無人機獲取地形地貌數(shù)據(jù)的優(yōu)越性體現(xiàn)的淋漓盡致。
無人機數(shù)據(jù)采集流程圖
當然了,現(xiàn)有的無人機由于控制精度的問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。但是使用無人機采集的數(shù)據(jù)進行工程建筑物周圍的場地建模是可行的,而且可以根據(jù)需要及時更新。
無人機數(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實施過程進行兩者結(jié)合的研究。該橋是公司在該標段的一項重點工程、形象工程,位于兩座長大隧道中間,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,周圍房屋錯落,道路交錯,地形條件十分復雜,項目所在區(qū)域內(nèi)的用地類型也較復雜,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)場的地形、地貌進行項目基礎設計的規(guī)劃選址及建造,工程施工對周圍環(huán)境的影響分析,以及與既有線路及其他地物的位置關系沖突分析等,是項目關注的焦點之一,對BIM模型場地部分有較高的要求。
BIM 模型與無人機場地模型的設置
鑒于BIM建模軟件并不是專業(yè)的地形建模軟件,以及場地部分的制約狀況,決定使用無人機采集工程建筑物周圍的場地數(shù)據(jù),單獨進行建模,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)構尺寸的同時,場地部分的功能還能得到有效的強化。
BIM建模完成后,為了與無人機場地模型進行融合,首先要進行模型的轉(zhuǎn)換,讓無人機模型與BIM模型有結(jié)合到一起的可能,因此需要對BIM模型進行一些調(diào)整:①在無人機模型中插入工程線路坐標,將BIM模型按坐標導入到無人機模型中,以此實現(xiàn)全橋BIM模型與無人機模型位置的精確匹配;②通過調(diào)整橋梁各部分結(jié)構模型的比例,使得BIM全橋模型與無人機影像數(shù)據(jù)比例保持一致,最終實現(xiàn)全橋BIM模型與現(xiàn)場無人機模型的高精度疊加融合,既保證了橋梁BIM模型的精度,又保證了工程項目場景的豐富信息。經(jīng)過對BIM模型與無人機模型的不斷調(diào)整和分析及現(xiàn)場比對,最終實現(xiàn)了兩者的完美融合。
無人機模型線路中線的導入
BIM模型與無人機場地模型融合
無人機能夠通過超低空航空攝影測量獲取現(xiàn)勢性強的數(shù)字表面模型(DSM)和數(shù)字高程模型(DEM),以此來真實地反映工程項目在拍攝時刻的實際場景,既能保證高度的時效性,又能保證現(xiàn)場場景的真實性。而BIM可以提供基于設計參數(shù)的工程構筑物的三維設計模型,工程結(jié)構內(nèi)部的位置關系和數(shù)據(jù)是準確細致的?!盁o人機+BIM”的融合,可以實現(xiàn)將設計構筑物鑲嵌在工程實際場景中的構想,使得BIM技術的虛擬現(xiàn)實功能更加真實,徹底改變了BIM模型場地部分弱化、立體度不夠的問題,實現(xiàn)BIM場景的真實化,豐富了BIM場景的信息。
將BIM模型與無人機模型融合后,如何借助于無人機快速及時的數(shù)據(jù)采集技術,在完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集建模的同時,進行現(xiàn)場工程建筑物質(zhì)量、進度及安全的實時管理,是我們需要進一步研究的問題。