如何借助于無人機數(shù)據(jù)采集技術(shù)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(shù)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(shù)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(shù)應(yīng)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(shè)置航帶坐標(biāo)，根據(jù)項目需求選擇合適的飛行區(qū)域，設(shè)置好相關(guān)參數(shù)；然后制定飛行計劃，并完成飛機設(shè)置及其他各項準(zhǔn)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(wù)進展，確保無人機的安全和任務(wù)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(biāo)地區(qū)的數(shù)字影像或模型等成果。在地形復(fù)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(dāng)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(biāo)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(fù)雜，項目所在區(qū)域內(nèi)的用地類型也較復(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)場的地形、地貌進行項目基礎(chǔ)設(shè)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(guān)系沖突分析等，是項目關(guān)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(shè)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(gòu)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(biāo)，將BIM模型按坐標(biāo)導(dǎo)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(gòu)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(dǎo)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(shè)計參數(shù)的工程構(gòu)筑物的三維設(shè)計模型，工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部的位置關(guān)系和數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確細致的?！盁o人機+BIM”的融合，可以實現(xiàn)將設(shè)計構(gòu)筑物鑲嵌在工程實際場景中的構(gòu)想，使得BIM技術(shù)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(shù)，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。