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摘 要：随着无人机航测技术的逐渐成熟，公路BIM技术在最近几年也崭露头角，无人机航测与公路BIM技术结合应用的探讨
关键词：无人机；BIM；结合应用
中图分类号：P231 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）26-0227-01
引 言
随着高新技术的飞速发展，无人机产业在近十年内发生了日新月异的改变，无人机的应用领域也从之前的军用，延展到了农业、电力、石油、检灾、林业、气象、国土资源、安防、海洋水利、测绘等多种行业领域。同时，作为新型技术应用，BIM在各大行业内展开新的空间革新，对于各个产业全生命周期的执行起到至关重要的作用。
1 无人机在测绘行业中的应用
随着国内经济的高速发展，我国的各项基础设施也在如火如荼地迅速完善。那么，基础设施的建构过程也变成了一项被重视的焦点，其中，测量技术为首要关注点。在这些年，无人机技术实时性、机动性等优势逐渐地取代了传统航空摄影测量中航测设备，从而大大节省了成本，取得了较大的社会和经济效益。
目前，无人机在测绘工程中主要用于荷载单镜头正射系统、多镜头倾斜摄影系统以及激光雷达扫描系统，用以获取正射影像、倾斜影像以及点云等数据。在上述三种数据类型中，正射影像主要用来生产DOM、DEM以及DLG等产品，通常情况下，测绘成果精度可满足1.2000的成图要求；倾斜影像主要用来生产各种数据格式的实景模型（3MX、3SM、OBJ以及OSGB等），以满足三维设计所需各类数据端口，其测绘成果可满足1.2000的成图精度，一般地，实景模型亦可用来生产4D产品；点云数据相较前两者体量庞大，主要用于被测场景的细部结构，点云数据可以与上述两者的数据融合，生产出更具精细化程度的模型结构。
2 BIM技术
在空间大数据背景下，BIM技术逐步走上历史舞台。它是一个完备的信息模型，能够将工程项目在全寿命周期中各个不同阶段的工程信息、过程和资源集成在一个模型中，方便的被工程各参与方使用。通过三维数字技术模拟建筑物所具有的真实信息，为工程设计和施工提供相互协调、内部一致的信息模型，使该模型达到设计施工的一体化，各专业协同工作，从而降低了工程生产成本，保障工程按时按质完成。它以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。它具有可视化，协调性，模拟性，优化性和可出图性五大特点。
3 无人机航测与BIM的结合应用
随着省内路网的不断完善，对已建路段的养护维修乃至维修改造工作任务更加繁重。考虑到维修改造路段具有交通量大、路面结构成熟等特点，通过航测手段可避免交通流动影响勘测人员的安全以及提高勘测效率。另一方面，我省地处黄土高原、内蒙高原以及青藏高原交汇处，地质结构较为复杂，并多发地质灾害，灾后道路出现的沉降、断裂、塌方等问题成为道路实时监测的难点。通过航测来完成勘测任务，为BIM技术海量的数据需求提供保障，因此，无人机航测与BIM发展的结合应用将成为今后发展的趋势。
4 S104线沈家坡至阿干镇段项目实例
4.1 地理模型的建立
在二维勘察设计阶段，公路路线的布设及道路、桥梁专业的设计都是基于不同比例尺的DLG文件来确定设计方案的。那么，三维设计的思路，①是将DLG或者DEM文件转换成三维数据形式，然后赋以高分辨率的DOM，再根据相关规范、设计标准来布设路线和设计桥梁道路。②就是直接获取三维数据及影像信息，直接基于三维数据进行相关设计。相较于上述两种方法，后者更能反映真实地形地物，更好地服务于勘察设计。
4.2 三维设计
4.2.1 路线设计
在三维设计中，路线的布设所遵循的设计规范，从公路等级到线形设计，再到纵断面设计与二维设计都是相同的。在关系到路线经过重点区域的方案选择时，三维数据所提供的高精度数据支持，为设计布线给予了极大的便利。S104线项目位于兰州市区连接兰州南部的瓶颈区域，长期滞后的交通条件严重制约区域经济发展，同时作为盘活兰州南部旅游发展的门户通道，公路基础设施建设亟待升级。
4.2.2 道路设计
在完成路线布设任务后，根据公路项目具体情况，设计公路横断面。以S104线为例，起点至K14+640设计标准为市政公路，K14+640至终点为二级公路设计标准。其中，市政路标准横断面为双向四车道27M的设计标准，二级公路标准横断面为双向两车道12M的设计标准。
4.2.3 桥梁设计
S104项目全长23.02km，共设置桥梁28座，互通式立交一座，桥隧占路线总长的30.76%。在进行三维设计时，桥梁布设任务，包括桥梁规模的确定、桥跨及桥型墩是在REVIT以及DYNAMO中完成的。
4.2.4 实例展示
正射影像、1.2000地形图与BIM的结合：
現阶段，BIM在公路行业的应用主要处于对二维设计的翻模，因而大多数据源为正射影像等二维数据。这时，则需要建模软件实现由二维到三维的数据传递及转换。通常的，在Autodesk平台，这一系列任务是在Civil3D和Infraworks软件中完成的。
相较于二维翻模，BIM的优势更在于三维正向设计，不过，这一切都建立在高精度的数据源基础上，实景建模以及三维激光扫描很好地解决了这一问题。目前，在Bentley平台中，路线、道路等一干专业是在PowerCivil中完成，桥梁设计专业则是在Civil Station Designer中完成。在完成所有专业的设计任务后，需要将各个专业的设计成果进行融合及碰撞检查，查缺补漏，最终放置到LumenRT中进行平台展示。
5 结束语
无人机摄影测量为BIM技术提供所需的海量的基础数据，BIM技术在公路行业中的应用为公路设计带来了新颖的解决方案，其更深层次的应用仍在不断地探索中，需要更多资源的投入来获取，因此无人机摄影测量与BIM技术的结合应用，未来将会有更大的发展空间。
收稿日期：2018-8-5
关键词：无人机；BIM；结合应用
中图分类号：P231 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）26-0227-01
引 言
随着高新技术的飞速发展，无人机产业在近十年内发生了日新月异的改变，无人机的应用领域也从之前的军用，延展到了农业、电力、石油、检灾、林业、气象、国土资源、安防、海洋水利、测绘等多种行业领域。同时，作为新型技术应用，BIM在各大行业内展开新的空间革新，对于各个产业全生命周期的执行起到至关重要的作用。
1 无人机在测绘行业中的应用
随着国内经济的高速发展，我国的各项基础设施也在如火如荼地迅速完善。那么，基础设施的建构过程也变成了一项被重视的焦点，其中，测量技术为首要关注点。在这些年，无人机技术实时性、机动性等优势逐渐地取代了传统航空摄影测量中航测设备，从而大大节省了成本，取得了较大的社会和经济效益。
目前，无人机在测绘工程中主要用于荷载单镜头正射系统、多镜头倾斜摄影系统以及激光雷达扫描系统，用以获取正射影像、倾斜影像以及点云等数据。在上述三种数据类型中，正射影像主要用来生产DOM、DEM以及DLG等产品，通常情况下，测绘成果精度可满足1.2000的成图要求；倾斜影像主要用来生产各种数据格式的实景模型（3MX、3SM、OBJ以及OSGB等），以满足三维设计所需各类数据端口，其测绘成果可满足1.2000的成图精度，一般地，实景模型亦可用来生产4D产品；点云数据相较前两者体量庞大，主要用于被测场景的细部结构，点云数据可以与上述两者的数据融合，生产出更具精细化程度的模型结构。
2 BIM技术
在空间大数据背景下，BIM技术逐步走上历史舞台。它是一个完备的信息模型，能够将工程项目在全寿命周期中各个不同阶段的工程信息、过程和资源集成在一个模型中，方便的被工程各参与方使用。通过三维数字技术模拟建筑物所具有的真实信息，为工程设计和施工提供相互协调、内部一致的信息模型，使该模型达到设计施工的一体化，各专业协同工作，从而降低了工程生产成本，保障工程按时按质完成。它以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。它具有可视化，协调性，模拟性，优化性和可出图性五大特点。
3 无人机航测与BIM的结合应用
随着省内路网的不断完善，对已建路段的养护维修乃至维修改造工作任务更加繁重。考虑到维修改造路段具有交通量大、路面结构成熟等特点，通过航测手段可避免交通流动影响勘测人员的安全以及提高勘测效率。另一方面，我省地处黄土高原、内蒙高原以及青藏高原交汇处，地质结构较为复杂，并多发地质灾害，灾后道路出现的沉降、断裂、塌方等问题成为道路实时监测的难点。通过航测来完成勘测任务，为BIM技术海量的数据需求提供保障，因此，无人机航测与BIM发展的结合应用将成为今后发展的趋势。
4 S104线沈家坡至阿干镇段项目实例
4.1 地理模型的建立
在二维勘察设计阶段，公路路线的布设及道路、桥梁专业的设计都是基于不同比例尺的DLG文件来确定设计方案的。那么，三维设计的思路，①是将DLG或者DEM文件转换成三维数据形式，然后赋以高分辨率的DOM，再根据相关规范、设计标准来布设路线和设计桥梁道路。②就是直接获取三维数据及影像信息，直接基于三维数据进行相关设计。相较于上述两种方法，后者更能反映真实地形地物，更好地服务于勘察设计。
4.2 三维设计
4.2.1 路线设计
在三维设计中，路线的布设所遵循的设计规范，从公路等级到线形设计，再到纵断面设计与二维设计都是相同的。在关系到路线经过重点区域的方案选择时，三维数据所提供的高精度数据支持，为设计布线给予了极大的便利。S104线项目位于兰州市区连接兰州南部的瓶颈区域，长期滞后的交通条件严重制约区域经济发展，同时作为盘活兰州南部旅游发展的门户通道，公路基础设施建设亟待升级。
4.2.2 道路设计
在完成路线布设任务后，根据公路项目具体情况，设计公路横断面。以S104线为例，起点至K14+640设计标准为市政公路，K14+640至终点为二级公路设计标准。其中，市政路标准横断面为双向四车道27M的设计标准，二级公路标准横断面为双向两车道12M的设计标准。
4.2.3 桥梁设计
S104项目全长23.02km，共设置桥梁28座，互通式立交一座，桥隧占路线总长的30.76%。在进行三维设计时，桥梁布设任务，包括桥梁规模的确定、桥跨及桥型墩是在REVIT以及DYNAMO中完成的。
4.2.4 实例展示
正射影像、1.2000地形图与BIM的结合：
現阶段，BIM在公路行业的应用主要处于对二维设计的翻模，因而大多数据源为正射影像等二维数据。这时，则需要建模软件实现由二维到三维的数据传递及转换。通常的，在Autodesk平台，这一系列任务是在Civil3D和Infraworks软件中完成的。
相较于二维翻模，BIM的优势更在于三维正向设计，不过，这一切都建立在高精度的数据源基础上，实景建模以及三维激光扫描很好地解决了这一问题。目前，在Bentley平台中，路线、道路等一干专业是在PowerCivil中完成，桥梁设计专业则是在Civil Station Designer中完成。在完成所有专业的设计任务后，需要将各个专业的设计成果进行融合及碰撞检查，查缺补漏，最终放置到LumenRT中进行平台展示。
5 结束语
无人机摄影测量为BIM技术提供所需的海量的基础数据，BIM技术在公路行业中的应用为公路设计带来了新颖的解决方案，其更深层次的应用仍在不断地探索中，需要更多资源的投入来获取，因此无人机摄影测量与BIM技术的结合应用，未来将会有更大的发展空间。
收稿日期：2018-8-5