CN111199066A

CN111199066A - 一种基于bim+gis的施工场地虚拟构建复原方法

Info

Publication number: CN111199066A
Application number: CN201911294011.4A
Authority: CN
Inventors: 林章凯; 陈至; 程彬; 王宗成; 曾庆友; 郑景昌; 郑立; 郑侃; 翁世平; 倪杨; 黄伟兴
Original assignee: Fujian Jiangong Group Co ltd
Current assignee: Fujian Construction Engineering Group Co ltd
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2020-05-26
Anticipated expiration: 2039-12-16
Also published as: CN111199066B

Abstract

本发明提供一种基于BIM+GIS的施工场地虚拟构建复原方法，采集项目地的地形数据，形成资料库；对资料库中的数据处理，生成GIS模型；将三维倾斜摄影数据与三维正向摄影数据通过Global Mapper提取坐标与高程信息，合成正像摄影图；结合施工场地三维模型与正向摄影模型，对施工现场需保护或项目完工后需要复原的物体进行坐标、尺寸、形态的进行定位，作为模型数据备份；对施工现场需保护或项目完工后需要复原的物体进行坐标、尺寸、形态的进行定位，为后续加固、保护与复原制定方案与工作提供数据帮助。利用BIM+GIS技术的高精度、可视化、效率高等特点，对施工总平面布置图进行深化设计，辅助项目施工现场实现绿色施工。

Description

一种基于BIM+GIS的施工场地虚拟构建复原方法

技术领域

本发明涉及一种基于BIM+GIS的施工场地虚拟构建复原方法。

背景技术

施工场地布置是否科学合理，直接影响生产效率。在项目前期，需对施工场地空间及平面布置进行策划、实施，往往要结合场地内地形地貌情况、周边既有建筑、拟建建筑、施工工艺工期及临时设施的位置、标高等先进行模拟排布，谋定而后动。

目前BIM(Building Information Modeling)不仅仅是建筑设计的新工具，也是建筑施工、运营维护的新工具。它的核心是以模型为载体，利用数字化的技术，将建筑设计、施工、运行的各类物理数据和实际信息集成化、三维化的展示出来，从而为了建筑工程项目的参建各方提供了一个信息交互的协同工作平台。

GIS(Geographic Information System或Geo－Information system)又称之为地理信息系统，它是一种空间信息系统，是对整个或部分的表层空间中有关空间分布的数据信息进行采集、运算、分析和显示等功能的系统，它为我们提供了客观的定性的原始数据。

随着近些年来两项技术的不断进步，BIM+GIS技术为建筑业的信息化、智能化发展提供了良好的支撑，由GIS建立空间数据库，BIM对其进行细化补充，从宏观和微观两个角度对两项技术进行了一加一大于二的集成升级。

现有施工现场平面布置技术仅在CAD图上依靠施工经验与规范进行策划与设计，施工场地总平面图精度难以控制，无法充分考虑及模拟现场不同施工阶段(期)的各种因素影响，建成后的效果无法直观的体现，容易出现废弃地和死角，以及因不同施工阶段(期)造成的二次搬运和加工厂、仓库堆场的拆除重建，造成资源的浪费；并且对于需要对施工现场需保护或项目完工后需要复原的物体的备份材料不准确，使得保护或者复原时与原状差异较大，不利于监控。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种基于BIM+GIS的施工场地虚拟构建复原方法，对施工现场需保护或项目完工后需要复原的物体进行坐标、尺寸、形态的进行定位，为后续加固、保护与复原制定方案与工作提供数据帮助。

本发明是这样实现的：一种基于BIM+GIS的施工场地虚拟构建复原方法，包括如下步骤：

步骤1、采集项目地的地形数据，形成资料库；

步骤2、对资料库中的数据处理，生成GIS模型；

步骤3、将三维倾斜摄影数据与三维正向摄影数据通过Global Mapper提取坐标与高程信息，合成正像摄影图；

步骤4、结合施工场地三维模型与正向摄影模型，对施工现场需保护或项目完工后需要复原的物体进行坐标、尺寸、形态的进行定位，作为模型数据备份。

进一步地，还包括步骤5、将正像摄影图和CAD建筑总平面图导入BIM施工场地空间布置软件，进行不同施工阶段的总平面策划的深化设计。

进一步地，还包括步骤6、通过关联时间参数形成不同施工阶段总平面策划的4D模型，模拟施工全过程。

进一步地，所述步骤1进一步具体为：确定无人机航测范围，对无人机的航线进行规划，开始航测作业，通过无人机正向、倾斜摄影技术采集到项目地的地形数据，形成资料库。

进一步地，所述无人机上设有RTK模块。

进一步地，所述步骤2进一步具体为：若资料库中的数据大小小于限定值，则采用Bentley ContextCapture完成数据处理，生成GIS模型；否，则采用Altizure三维建模社区的云计算功能进行数据处理，生成GIS模型。

本发明具有如下优点：采用BIM+GIS技术对施工总平面布置图进行深化设计。通过无人机航拍倾斜摄影技术同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集丰富的地物侧面纹理及位置信息，而后通过建模软件将基于详尽的航测数据，进行影像处理、区域联合、区域平差、多视影响匹配等一系列操作，建立真实的三维GIS点云模型，最后将点云模型导入BIM三维施工策划软件对项目施工总平面布置图进行深化设计。这种方式不仅能将项目既有的场地情况和周边信息准确的反映出来，还能将未来不同施工阶段的空间需求信息模拟出来，对项目整体的临时设施布置、仓库堆场规划、大型机械设备安装和进出场等进行模拟和优化，能够最大程度上的处理传统平面布置图上难以详尽显示和模拟的交叉情况，使得传统的施工平面管理升级到三维甚至是四维空间上来。无人机航拍，利用正向摄影模型可以和三维场地布置结合，使得场地布置更符合现场实际情况，不再停留于CAD平面图上的大致位置，并且在模型上可以直接进行距离、高程、面积、体积的测量，误差极小，也可与先前的土方模型进行对比校核，可直接计算挖方填方，审核模型测算误差，利用BIM和GIS数据，双重保障数据的准确，为合理制定施工计划、精确掌握施工进度以及最终结算提供保障。

结合现场PDCA管理实现：对比原施工现场平面布置技术布置方案，通过不同视角、不同阶段及施工场地漫游，模拟施工工况，对平面布置中潜在不合理布局进行分析优化，有效提高施工场地布置的效率。现项目施工现场完全按照施工场地空间布置三维模型布置施工区、办公区、生活区等临时设施，施工现场布置在满足规范最小面积要求，节约施工场地；优化大型施工机械设置、材料堆场设置三处，现场无返工，大大减少二次搬运与重复安装拆除工期与费用；施工范围内永久道路与临时道路布置清晰合理，优化施工道路设置一处，排查项目安全隐患十余项；提高施工现场工作的舒适性、便捷性、安全性，提高生产效率，提升公司形象，使施工现场更美观、完善、更经济、更符合绿色节能环保要求和趋势。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明方法执行流程图。

具体实施方式

步骤1、确定无人机航测范围，对无人机的航线进行规划，开始航测作业，通过无人机正向、倾斜摄影技术采集到项目地的地形数据，形成资料库，所述无人机上设有RTK模块；

步骤2、若资料库中的数据大小小于限定值，则采用Bentley ContextCapture完成数据处理，生成GIS模型；否，则采用Altizure三维建模社区的云计算功能进行数据处理，生成GIS模型；

步骤4、结合施工场地三维模型与正向摄影模型，对施工现场需保护或项目完工后需要复原的物体进行坐标、尺寸、形态的进行定位，作为模型数据备份；

步骤5、将正像摄影图和CAD建筑总平面图导入BIM施工场地空间布置软件，进行不同施工阶段的总平面策划深化设计；

步骤6、通过关联时间参数形成不同施工阶段总平面策划的4D模型，模拟施工全过程。

一种具体实施方式如下阐述：

1、确定项目地的周边环境以及航拍建模的范围。根据场地形状、范围与周边建筑物情况进行合理的进行飞行架次划分，以及进行合理的飞行高度、飞行速度、拍摄间隔、航向间距、旁向间距等参数设置。选择最佳的航拍方案，有助于提升作业效率，同时减少“果冻效应”、“摩尔纹”，提升模型精度。

(名词解释：在曝光开始的时候，图像传感器逐行扫描逐行进行曝光，直至所有像素点都被曝光。当然，所有的动作在极短的时间内完成，一般不会对拍摄造成影响。但如果被拍摄物体相对于相机高速运动或快速振动时。用卷帘快门方式拍摄，逐行扫描速度不够，拍摄结果就可能出现“倾斜”、“摇摆不定”或“部分曝光”等情况。这种卷帘快门方式拍摄出现的现象，就定义为果冻效应。当感光元件像素的空间频率与影像中条纹的空间频率接近时，可能产生一种新的波浪形的干扰图案，即所谓的摩尔纹。)

2、利用带有RTK(Real-time kinematic，实时动态)模块的无人机倾斜摄影技术建立原始场地数据库。当地面站设置及无人机组装完成后，便可开始航测作业。根据飞行高度与数据采集重叠率设定具有一定密度的“井”字形巡航航线，控制无人机在空中按照该航线飞行，提取场地各维度坐标信息与图像信息。无人机将以恒定的速度，根据地面站设定的重叠率和路径、范围等参数对地面进行等距拍照，操作人员观察无人机位置及地面站实时飞行参数即可。利用RTK模块，定位垂直方向精度1.5cm+1ppm(RMS)，水平方向精度1cm+1ppm(RMS)，总体平面图建图水平绝对精度可控制在5cm内。

3、最后进行数据处理，相对较小的单体或地块采用Bentley ContextCapture(基于影像自动化进行三维模型构建的并行软件系统)完成航测的后期数据处理，生成带有原始场地与周边环境地形信息的施工场地三维GIS模型，可输出OSGB、OBJ、S3C、3MX等格式模型文件成果，以供后期浏览或加工。

4、较大的工程项目或地块由于拍摄范围大，影像数据多，完成重建所需的计算机内存往往达到上百G，现有设备无法完成重建计算，采用Altizure三维建模社区的云计算功能进行原始场地与周边环境的施工场地三维GIS模型的建立，大大缩短了建模时长，已达到最终成果输出的目的。

5、将三维倾斜摄影数据与三维正向摄影数据通过Global Mapper(专业地图绘制制作工具)提取坐标与高程信息(即提取的为通过带RTK模块的无人机航拍获取的建筑物目标，在坐标系中实时定位坐标与高程信息，比如目标建筑物在国家CGCS2000坐标系中对应的XYZ轴经纬度坐标与高程)，合成正像摄影模型，利用正向摄影误差极小的特点，将施工场地三维模型和CAD施工总平面图相叠加，精确定位分析施工现场范围与周边建筑物地形、地貌、既有建筑与拟建建筑情况。

6、传统做法基于项目前期建设单位提供的施工场地总平面图，凭借施工经验与规范对建筑红线内的施工场地进行分析策划与设计，再布置施工临时建筑与设施。无法保证图纸精度特别是周边道路情况与既有建筑范围精度，导致图纸上临设或周边路况与实际情况有所出入，以及不同施工阶段(期)造成的二次搬运和加工厂、仓库堆场的拆除重建，造成资源的浪费，也不利于平面布置的紧凑合理和原有建筑物或构筑物的充分利用。通过利用将施工场地三维模型和CAD施工总平面图导入BIM施工场地空间布置软件的方式，统一进行不同施工阶段(期)的总平面策划，有利于控制精度，分析既有建筑、地形地貌、道路等实际情况，充分提高施工场地的利用率，减少浪费。

7、结合施工场地三维模型建立施工场地空间布置三维模型，在模型中可设置分阶段建模，通常可分为基础工程施工总平面、主体结构工程施工总平面、装饰工程施工总平面等阶段(期)。通过关联时间参数信息形成4D模型,生成施工过程模拟，阶段性分析施工场地空间布置的合理性，避免传统施工总平面布置图策划时的疏漏欠缺，使得施工场地空间布置科学合理。针对施工现场大门、大型机械安装拆卸和进出场、仓库堆场、加工厂、临时道路设施、临时建筑、临时水电管网和其他动力设施进行合理布置优化和临建工程量动态计算，能够多角度的处理模拟时间、空间的交叉情况，施工区域划分和临时占用总体施工部署，减少互相干扰，充分利用地势降低临时设施的建造费用，组织合理运输，精确把控临建成本，减少因不同施工阶段(期)造成的二次搬运和加工厂、仓库堆场的拆除重建所造成的资源或工期浪费。

8、结合施工场地三维模型与正向摄影模型，对施工现场范需重点保护或项目完工后需要复原的建、构筑物等进行坐标、尺寸、形态的多维度精确定位，作为模型数据备份，为后续加固、保护与复原制定方案与工作提供数据帮助。

9、结合施工场地三维模型对安全文明施工、企业形象等进行预先把控，形成模型交底，进行施工指导，实景对比。

10、施工场地三维模型结合施工场地空间布置三维模型，对项目施工现场绿色施工提供支持:

a)环境保护：精确估算现场裸土需覆盖、硬化、绿化范围，减少扬尘及土壤流失，模拟布置塔吊位置与塔臂范围，辅助塔吊喷淋系统抑制扬尘，优化土方出土道路。

b)节材：根据施工场地三维模型结合施工场地空间布置三维模型准确定位优化现场材料堆放情况，就近卸载，避免和减少二次搬运。

c)节能：充分利用场地与地貌条件模型虚拟布置施工场地范围，合理设计生产、生活及办公临时设施的体形、朝向和间距，使其获得良好的日照、通风和采光。

d)节地：根据施工场地三维模型及现场条件等因素合理确定临时加工厂、现场作业棚及材料堆场、办公生活设施等临时设施的占地指标。精确计算临时设施用地指标所需的最低面积，减少废弃地和死角。需临时占用红线外用地时可在模型上快速准确估算周边荒地、废地范围，减少占用农田和耕地。工程完工后，能根据施工场地三维模型辅助项目及时对红线外占地恢复原地形、地貌，使施工活动对周边环境的影响降至最低。优化施工现场搅拌站、仓库、加工厂、作业棚、材料堆场等布置，使其尽量靠近已有交通线路或即将修建的正式或临时交通线路，缩短运输距离。优化施工现场道路，充分利用永久道路，使之和临时道路相结合。精确定位施工现场内环形通路，使车道净宽、回车场地等在满足规范要求的条件下尽量减少占用土地。减少和避免大量临时建筑拆迁和场地搬迁。最大限度的减少对原有土地生态环境的影响。

现将GIS导入BIM软件在“实景”模型上对施工现场空间进行规划分析和优化使用，结合绿色施工组织设计、绿色施工方案或绿色施工专项方案进行策划，并利用BIM软件模拟现场不同施工阶段(期)总平面布置图，针对施工现场大门、大型机械、仓库堆场、加工厂、临时道路、临时房屋、临时水电管网和其他动力设施进行合理布置优化，避免传统施工总平面布置图策划时的疏漏欠缺，使得施工场地空间布置科学合理、施工场地占用面积少，运输组织合理、减少二次搬运、合理布置永久道路与临时道路减少重复建设，施工区域划分和临时占用符合总体施工部署减少互相干扰，充分利用地势地貌降低临时设施的建造费用，确保施工现场符合节能、环保、安全和消防等要求，实现节能、节材、节水、节地和环境保护(四节一环保)的建筑工程施工活动。同时还可逆向建模将现有施工现场闲置空闲或利用不合理的空间检查及释放出来，利用空间管理节省空间成本、经济有效的利用空间，最终提供良好工作环境、生活环境，提升公司形象，提高工作效率。同时还能对现场需要保护的建、构筑物进行定位备份，减少施工对其的影响。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims

1.一种基于BIM+GIS的施工场地虚拟构建复原方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、采集项目地的地形数据，形成资料库；

步骤2、对资料库中的数据处理，生成GIS模型；

2.根据权利要求1所述的一种基于BIM+GIS的施工场地虚拟构建复原方法，其特征在于：还包括步骤5、将正像摄影图和CAD建筑总平面图导入BIM施工场地空间布置软件，进行不同施工阶段的总平面策划。

3.根据权利要求1所述的一种基于BIM+GIS的施工场地虚拟构建复原方法，其特征在于：还包括步骤6、通过关联时间参数形成不同施工阶段总平面策划的4D模型，模拟施工全过程。

4.根据权利要求1所述的一种基于BIM+GIS的施工场地虚拟构建复原方法，其特征在于：所述步骤1进一步具体为：确定无人机航测范围，对无人机的航线进行规划，开始航测作业，通过无人机正向、倾斜摄影技术采集到项目地的地形数据，形成资料库。

5.根据权利要求1所述的一种基于BIM+GIS的施工场地虚拟构建复原方法，其特征在于：所述无人机上设有RTK模块。

6.根据权利要求1所述的一种基于BIM+GIS的施工场地虚拟构建复原方法，其特征在于：所述步骤2进一步具体为：若资料库中的数据大小小于限定值，则采用BentleyContextCapture完成数据处理，生成GIS模型；否，则采用Altizure三维建模社区的云计算功能进行数据处理，生成GIS模型。