如何借助于无人机数据采集技术实现BIM模型的建立

2019年对于无人机来说既是丰收之年，亦是多事之秋。一方面，无人机的技术日趋成熟，其性能已经达到了多种行业的使用门槛，可谓民、军、商齐欢喜。另一方面，无人机也带来了扰航、噪声、侵犯隐私等问题。

美军无人机概念图（左） 受无人机扰航的希斯罗机场（右）

但无论如何，正反两方面的事例都表明无人机是越来越多地投入使用了，其中就包括我们建筑行业。无人机因其在局部地区数据采集快速、不受天气影响、近距离采集等优点，在测绘行业的发展可谓突飞猛进。利用无人机进行项目周围场地建模，具有速度快、时效性高、清晰度高等优点，能够反映项目周围环境的实时变化及影响。如何将无人机建模与BIM模型结合起来，利用无人机技术进行BIM模型的场地部分制作，丰富BIM模型场地部分的信息，是BIM技术应用研究的一个热点问题。

数据采集及建模

无人机数据采集的一般过程是先根据测区信息设置航带坐标，根据项目需求选择合适的飞行区域，设置好相关参数；然后制定飞行计划，并完成飞机设置及其他各项准备工作。按正确方式放飞无人机，利用地面控制软件观察飞机的飞行姿态和任务进展，确保无人机的安全和任务的顺利进行，完成数据采集。然后利用后期软件，对无人机采集的数据进行处理，与地面控制点数据进行匹配后，形成目标地区的数字影像或模型等成果。在地形复杂、地势起伏比较大的区域，使用无人机获取地形地貌数据的优越性体现的淋漓尽致。

无人机数据采集流程图

当然了，现有的无人机由于控制精度的问题只能获取地形表面的数据信息，很难在狭窄的室内穿梭。但是使用无人机采集的数据进行工程建筑物周围的场地建模是可行的，而且可以根据需要及时更新。

无人机数据生成的模型

BIM模型

本文结合某高速铁路特大桥的BIM实施过程进行两者结合的研究。该桥是公司在该标段的一项重点工程、形象工程，位于两座长大隧道中间，起着连接作用，又横跨某高速公路，墩身较高，施工难度大。该项目是在两座大山之间的峡谷地带，高差落差较大，地形起伏较大，周围房屋错落，道路交错，地形条件十分复杂，项目所在区域内的用地类型也较复杂，居民用地与农业用地较多。在施工前如何结合工程建筑物模型，根据现场的地形、地貌进行项目基础设计的规划选址及建造，工程施工对周围环境的影响分析，以及与既有线路及其他地物的位置关系冲突分析等，是项目关注的焦点之一，对BIM模型场地部分有较高的要求。

BIM 模型与无人机场地模型的设置

鉴于BIM建模软件并不是专业的地形建模软件，以及场地部分的制约状况，决定使用无人机采集工程建筑物周围的场地数据，单独进行建模，然后利用Virtual Surveyor软件将两者融合到一起，使BIM模型在保证内部结构尺寸的同时，场地部分的功能还能得到有效的强化。

BIM建模完成后，为了与无人机场地模型进行融合，首先要进行模型的转换，让无人机模型与BIM模型有结合到一起的可能，因此需要对BIM模型进行一些调整：①在无人机模型中插入工程线路坐标，将BIM模型按坐标导入到无人机模型中，以此实现全桥BIM模型与无人机模型位置的精确匹配；②通过调整桥梁各部分结构模型的比例，使得BIM全桥模型与无人机影像数据比例保持一致，最终实现全桥BIM模型与现场无人机模型的高精度叠加融合，既保证了桥梁BIM模型的精度，又保证了工程项目场景的丰富信息。经过对BIM模型与无人机模型的不断调整和分析及现场比对，最终实现了两者的完美融合。

无人机模型线路中线的导入

BIM模型与无人机场地模型融合

无人机能够通过超低空航空摄影测量获取现势性强的数字表面模型（DSM）和数字高程模型（DEM），以此来真实地反映工程项目在拍摄时刻的实际场景，既能保证高度的时效性，又能保证现场场景的真实性。而BIM可以提供基于设计参数的工程构筑物的三维设计模型，工程结构内部的位置关系和数据是准确细致的。“无人机+BIM”的融合，可以实现将设计构筑物镶嵌在工程实际场景中的构想，使得BIM技术的虚拟现实功能更加真实，彻底改变了BIM模型场地部分弱化、立体度不够的问题，实现BIM场景的真实化，丰富了BIM场景的信息。

将BIM模型与无人机模型融合后，如何借助于无人机快速及时的数据采集技术，在完成现场数据采集建模的同时，进行现场工程建筑物质量、进度及安全的实时管理，是我们需要进一步研究的问题。