倾斜摄影在 BIM 技术中的应用

时间：2024-07-28

谭开荣，葛小宁，卢昊，秦宗森，王健，梁少岗

（中建八局第二建设有限公司，山东济南 250014）

0 引言

最近几年，无人机倾斜摄影技术迅速地在测绘地理领域中发展，这种技术通过在同一个飞行平台中进行传感器搭载，围绕垂直方向和多个倾斜视角完成拍摄影像，得到地面物体确切信息，由此形成地貌地物的实景三维模型，可以说无人机倾斜摄影技术是三维可视化大场景研究应用的前提。BIM 是建筑信息模型的一个简称，通过三维数字化技术集成建筑工程的多样化数据模型，以此为基础完成建筑项目设计、建筑项目改造与建筑项目运营管理，所以 BIM 可作用在建筑工程的全寿命周期过程中。新时期下，如何发挥倾斜摄影技术的优势，强化 BIM 技术运用的效率是热点话题。

1 倾斜摄影与 BIM 技术概述

1.1 倾斜摄影测量原理

以往的航空摄影测量仅仅是通过单相机进行的，围绕垂直角度对地物进行拍摄，得到的影像被称之为正摄影摄像。倾斜摄影是围绕垂直和倾斜的视角进行地物拍摄，传感器的种类以五镜头相机为主，立足于下视角度、侧视角度、前后视角等多个角度进行影像采集。对于相同的时间段内，相机持续拍摄具备重叠度的对应照片，相同地物存在于多张照片中［1］。倾斜摄影不仅能够得到地物顶部数据，还可得到地物侧面数据，所以更为真实地凸显地物特征。和正摄影摄像进行比较，倾斜影像便于用户在多个视角上观察地物情况，处理正摄影像研究过程存在的不足。总体而言，倾斜摄影测量系统设计飞行平台结构、传感器结构与信息处理软件结构，经常运用的飞行平台便是无人机，把多旋翼无人机当作核心，搭载对应的 GPS/IMU模块，相关人员拍摄照片时记录对应的 POS 信息数据。发挥专业软件的作用完成信息处理，生产出 DLG、DOM 和 DEM 等测绘产品，直接通过成果影像完成高度测量、长度测量和角度测量，延伸倾斜摄影技术在行业中的运用范围。

1.2 倾斜摄影测量流程

倾斜摄影测量流程涉及任务接收、飞行准备、倾斜摄影实施、信息处理和成果输出几项内容。在接受任务之后，掌握测量区域的自然地理现象，必要的情况下进行现场勘察，得到测绘资料完成技术设计。与此同时，飞行之前对软件设备和硬件设备进行准备，规划飞行路线，科学设置行高参数、影像重叠度等。对于实际的倾斜摄影过程，以快拼影像的方式为主，对飞行质量进行检验［2］。把测量的成果和地理坐标精确度结合起来，得到测量地区的信息之后，利用软件完成测绘产品的制作，编辑数据测量成果，记录与统计。在此期间，最为繁琐的便是处理倾斜影像信息，运用多视影像密集匹配、真正摄影像纠正等项目。倾斜摄影运用在 BIM 技术中，重点是思考如何创建三维模型，凸显项目附近的地理信息，给 BIM 模型建设提供确切的可视化场景。现阶段，市面中倾斜摄影信息处理软件，包含 PhotoMesh 和 DPModeler，和 AutoCAD 等一系列三维建模软件进行比较，能够更为确切地得到实景三维模型，使得模型生产效率大大提升［3］。

1.3 BIM 技术应用价值

首先是发展为主流技术平台，BIM 技术平台的运用不只是在房屋建筑层面，还可运用在路桥区隧道建设与风景园林规划等场面，应用 BIM 技术的人群逐步广泛化，把 BIM 技术作为增强工程质量的有力工具，发展为建筑行业的主流技术。其次是建筑项目共同协作的平台核心，传统的建筑工程项目因为多次修改造成信息流通不畅与信息孤岛情况，如今建筑主体的规模逐步扩展，建筑物投资范围逐步扩大，信息交流逐步繁琐。建筑设计中，通过 BIM 工作平台，真实给各个专业管理单位提供信息交流条件，科学安排工程任务［4］。针对施工阶段，以 BIM 平台为基础，完成建筑方案设计，以三维动画的形式深入进行双方沟通，不同的分包机构与工序小组通过 BIM 技术完成工序处理，减小信息风险。建筑工程运营维护时期，业主全面监控建筑信息模型，了解感应器和预埋应变片等工具的运作状态。最后是建筑行业变革的推动力，BIM 技术给建筑行业的发展提供条件，不管是建筑设计，还是建筑施工，都应该应用 BIM 技术，特别是具备较大影响力的项目。

2 倾斜摄影与 BIM 技术结合的运用方向

倾斜摄影一方面可真实地凸显地物信息，另一方面可通过差分 GPS 定位技术融入相对确切的地理位置信息，保证用户得到最为真实的运用体验，延伸技术运用领域。在建筑工程建设中，通过倾斜摄影得到建筑项目的地表环境数据，形成高精度的地理场景，之后结合 BIM 技术形成建筑模型，涉及地表施工情况、物料堆积情况、建筑附属情况等，保证工程建设工作时效性进展。并且倾斜摄影运用在 BIM 技术中，给市政精细化管理以及应急救援提供信息支撑。融合 BIM 技术与倾斜摄影建设三维模型，提供冬季供暖的传导路线，以免出现人员伤亡与能源浪费的现象［5］。最后是三维城市建模，以往的航空测量与地面拍摄要建立在大量的人工贴图基础之上，缺少确切的建筑物内部信息。以 BIM 技术为主，轻松地得到建筑外观尺寸信息与建筑内部信息，保证建筑空间信息和附近的地理环境进行共享，作用在城市三维模型中，减小城市建造成本，增强建筑工程模型的精度。

3 倾斜摄影在 BIM 技术中的应用途径

3.1 建筑工程施工前期阶段

结合详细的航空测量信息进行影像预处理，生成高精度的 GPS 模型。和正向影像进行比较，倾斜影像借助先进的定位技术融入确切的地理信息，获得建筑工程地表环境的信息，生成实景模型。在建筑项目施工之前，施工单位对施工现场进行勘察，评估施工附近环境，明确对应的建筑方案。把倾斜摄影运用在 BIM 技术中，通过倾斜摄影勘查现场减少人工成本，在电脑中呈现真实的建筑情况，匹配 BIM 显示和实景模型［6］，生成最佳的建筑施工路线。对于建筑总平面图的布置，通过前期航拍的实景图模拟施工场地的临建临水临电布局，完成建筑工程整体设计。

3.2 建筑工程施工现场

建筑工程是无法控制建筑成本和工期的，在很大程度上和建筑施工范围存在关联，诸多建筑工程需要建设较长时间，工程师也要亲临现场检查建筑是否存在纰漏情况。倾斜摄影对建筑施工过程进行拍摄，借助对应软件形成三维网络模型，数字化处理相关画面，呈现建筑竣工的整体面貌。用户依托平板电脑查看施工现场情况，判断施工过程是否存在错误。倾斜摄影运用在 BIM 技术中，设置摄影点与固定拍摄点，整理施工现场的资源运用情况，强化建筑现场总平面管理质量［7］。除此之外，涉及施工资料的整理，档案馆归档时应提交对应的施工影像资料，对于施工过程不容易捕捉的项目，倾斜摄影起到巨大作用。通过自身的高度优势捕捉相对广泛的施工作业面，密切掌握业主报批进度。通过实景模型完成汇报，真实地呈现施工资料，便于保证建筑工程施工精细化管理。

3.3 建筑工程结算

土石方工程量的核算作为建筑工程预算以及结算的焦点，工程相关方伪造对应资料造成纠纷，以至于建筑工程不能顺利交工。在以往的土方量计算模式下，体现出数据量大与精确度不高的特点，相关人员应通过倾斜摄影与 BIM 技术处理相关问题，由于倾斜摄影能够对模型进行研究和计算，减小人工计算的时间与成本，因此要体现倾斜摄影的准确性，计算建筑工程的挖方量、净挖方量与填方量。

3.4 倾斜摄影在 BIM 技术中的应用案例

某办公楼计划进行建筑改造，项目是运用 BIM 技术完成建筑管理，把楼群和附近的环境场景当作信息基础。通过无人机搭载倾斜摄影相机，无人机的型号是中海达 iFiy D6 多旋翼无人机、对应摄影相机的型号是 iCam Q5。对应的测量区域面积为 0.26 km2飞行高度为 150 m、航向重叠率为 75 %、旁向重叠率为 70 %［8］。借助 DP-Modeler软件对于建筑工程完成自动化建模，以空三加密和 TIN 网构建以及纹理贴图等操作过程构建实景三维模型，信息成果满足技术要求，在很大程度上支撑着 BIM 项目的进行。