CN115526450A - 基于倾斜摄影与bim结合的施工进度监测方法、系统及介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测方法、系统及介质，其方法包括，利用无人机倾斜摄影技术构建三维实景模型；利用BIM技术构建BIM三维模型和BI M四维模型；通过布尔算法将三维实景模型与BIM三维模型进行匹配，在匹配的基础上，用三维实景模型对BIM三维模型进行切分，并计算分析切分结果，得到施工进度报表；将施工进度报表参与到BIM四维模型中，实现施工进度监测。本发明能使相关人员在施工进度监测的过程中加直观、可视化了解进度偏差，实现施工进度自动化、智能化的监控管理；不仅能解决仅仅依靠BIM三维模型容易脱离现场真实情况的问题，更加能避免人工匹配三维实景模型与BIM三维模型造成的主观误差。

Description

基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测方法、系统及介质
技术领域
本发明涉及施工进度监测领域，具体涉及基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测方法、系统及介质。
背景技术
施工进度是衡量工程质量和工程造价的重要因素。由于施工现场复杂多变，且传统的人工施工进度监测耗时费力，使得工程进度管控较为困难。
具体的，对在建高速公路项目的实时监测，以保证项目顺利进行，对国家交通管理、经济战略规划都具有十分重要的意义。然而，由于高速公路工程具有路线长和周期久的特点，使得单纯依靠人工来完成施工进度监测存在检测人员主观经验误差、耗时、耗力和局限性大等特点。为此，众多学者已经对施工进度监测方法进行了一些研究，也取得了一定的成果。例如基于BIM技术模拟建筑施工全过程，并对施工进度进行实时监测，但BIM模型是静态的，脱离了现场实际情况，并不能实时、准确的实现施工进度监测；又例如通过手动选取BIM模型与三维点云间的匹配点，完成室内门窗部件的施工进度半自动核查，但存在人工匹配两种数据模型造成的主观误差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测方法、系统及介质，不仅能解决仅仅依靠BIM三维模型容易脱离现场真实情况的问题，更加能避免人工匹配三维实景模型与BIM三维模型造成的主观误差，可有效提高施工进度监测的精度和自动化程度。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测方法，包括以下步骤，
S1，利用无人机倾斜摄影技术获取施工现场的航测数据，并根据所述航测数据构建三维实景模型；
S2，利用BIM技术对所述施工现场进行建模，得到BIM三维模型，并对所述BIM三维模型赋予时间属性，得到BIM四维模型；
S3，通过布尔算法将所述三维实景模型与所述BIM三维模型进行匹配，在匹配的基础上，用所述三维实景模型对所述BIM三维模型进行切分，并计算分析切分结果，得到施工进度报表；将所述施工进度报表参与到所述BIM四维模型中，实现施工进度监测。
在上述基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测方法的基础上，本发明还提供基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测系统。
基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测系统，包括以下模块，
三维实景模型构建模块，其用于利用无人机倾斜摄影技术获取施工现场的航测数据，并根据所述航测数据构建三维实景模型；
BIM模型构建模块，其用于利用BIM技术对所述施工现场进行建模，得到BIM三维模型，并对所述BIM三维模型赋予时间属性，得到BIM四维模型；
进度分析模块，其用于通过布尔算法将所述三维实景模型与所述BIM三维模型进行匹配，在匹配的基础上，用所述三维实景模型对所述BIM三维模型进行切分，并计算分析切分结果，得到施工进度报表；将所述施工进度报表参与到所述BIM四维模型中，实现施工进度监测。
在上述基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测方法的基础上，本发明还提供计算机可读存储介质。
计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现上述所述的基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测方法。
本发明的有益效果是：在本发明基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测方法、系统及介质中，首先利用无人机倾斜摄影技术构建三维实景模型，然后利用BIM技术构建精细可视化的BIM三维模型以及赋予时间属性的BIM四维模型，最后将三维实景模型和BIM三维模型结合，使得BIM三维模型与施工现场较好的联系一起，并可以精确的对三维实景模型和BIM三维模型进行匹配切分、计算和分析，以此出具一目了然的工程进度报表来得到高速公路实际施工进度，且通过与BIM四维模型施工进度进行结合，达到对高速公路施工进度监测的同时，还能使得相关人员通过报表信息更加直观、可视化反映进度偏差，并给施工现场提供解决对策，实现施工进度自动化、智能化的监控管理；本发明的方法及系统不仅能解决仅仅依靠BIM三维模型容易脱离现场真实情况的问题，更加能避免人工匹配三维实景模型与BIM三维模型造成的主观误差，还能有效提高施工进度监测的精度和自动化程度。
附图说明
图1为本发明基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测方法的流程图；
图2为本发明基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测方法的原理图；
图3为基于Benltey平台软件进行的BIM三维信息模型构建流程图；
图4为BIM四维模型的创建流程图；
图5为实景模型进度分析插件中实景模型进度分析板块图；
图6为本发明实例中平南高速公路桩号K114+600到K116+200施工段第一期三维实景模型图；
图7为本发明实例中平南高速公路桩号K114+600到K116+200施工段第一期黑白网格三维实景模型图；
图8为本发明实例中平南高速公路桩号K114+600到K116+200施工段BIM三维模型局部图；
图9为本发明实例中平南高速公路桩号K114+600到K116+200施工段第一期三维实景模型和BIM三维模型融合局部图；
图10为本发明实例中平南高速公路桩号K114+600到K116+200施工段第二期三维实景模型图；
图11为本发明实例中平南高速公路桩号K114+600到K116+200施工段第二期彩黑白网格三维实景模型图；
图12为本发明基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测系统的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测方法，包括以下步骤，
S1，利用无人机倾斜摄影技术获取施工现场的航测数据，并根据所述航测数据构建三维实景模型；
S2，利用BIM技术对所述施工现场进行建模，得到BIM三维模型，并对所述BIM三维模型赋予时间属性，得到BIM四维模型；
S3，通过布尔算法将所述三维实景模型与所述BIM三维模型进行匹配，在匹配的基础上，用所述三维实景模型对所述BIM三维模型进行切分，并计算分析切分结果，得到施工进度报表；将所述施工进度报表参与到所述BIM四维模型中，实现施工进度监测。
本发明的方法包含了三维实景模型构建、BIM模型构建和进度分析三个核心步骤，如图2所示，具体的，所述S1对应于三维实景模型构建，所述S2对应于BIM模型构建，所述S3对应于进度分析。
下面分别对各步骤进行详细解释说明。
三维实景模型构建：
无人机倾斜摄影技术是一种新兴的科技方法，通过在同一飞行平台上搭载五台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同角度的镜头进行拍摄，弥补了传统正射影像只能从垂直分析地物的缺陷。通过这些镜头，能快速获得地物全方位的高分辨率纹理信息，实现大范围、多数据、高效率的地理空间数据采集，可为公安、规划、应急和测绘等行业提供低廉、高效和敏捷的数据支持与服务，提高了精细三维模型数据灵活快速获取的能力。
所述S1具体为，
S11，在施工现场进行现场勘测并布设像控点；
S12，根据所述施工现场勘测情况来进行航线设计，使得搭载有五台相机的无人机按照设计的航线飞行，并利用五台相机同时从一个垂直角度以及四个不同的倾斜角度在施工现场进行拍摄，获取航测数据；
S13，将所述航测数据依次进行数据导入、空三测量以及三维重建，得到初始三维实景模型；
S14，对所述初始三维实景模型进行精度检测，判断所述初始三维实景模型的精度是否满足预设模型精度；若否，则返回所述S11循环执行；若是，则将所述初始维实景模型作为最终的三维实景模型。
施工现场的三维实景模型的重建是本发明所提出方法的基础环节，所获取的实景三维模型是施工进度监测的基础数据。本发明基于无人机倾斜摄影技术的实景三维模型构建主要分为外业航测数据采集和内业数据处理两部分：在外业航测数据获取中，结合项目区域地势、范围和无人机续航能力等情况，合理规划飞行航线，并利用项目现场施工布设的像控点实现模型与真实的大地坐标相匹配，将模型的误差控制在厘米级以内；其中，航线设计包括航摄高度、航摄重叠度和航摄范围；航摄高度主要根据现场建筑物及山体的高度等周边情况在考虑设计；航摄重叠度中规定航向重叠度和旁向重叠度均为85％；航摄范围超出航摄区边界线不小于三条基线。在内业数据处理中，主要是分为数据导入、空三测量和三维重建三部分；数据导入主要是将无人机获取的影像数据、POS坐标、像控点数据等航测数据进行处理，保证数据完整、格式正确。三维重建的特征点匹配过程中使用光束法平差消除匹配错误，使得配对更加准确。
其中，光束法平差主要是通过将相机的姿态和测量点的三维坐标作为未知参数，使用影像上探测到的用于前方交会的特征点坐标作为观测数据从而进行平差得到最优的相机参数和世界点坐标。
已知二维像点坐标为Limgage＝(x,y)，对应的三维空间世界点坐标为Pworld＝(x,y,z)可以通过摄影测量里的共线方程得到，而共线方程理想状态为Limgage＝PXworld，这个等式建立了观测数据和待求参数之间的函数模型，属于平差中的Gauss-Markov模型，可以理解为将三维世界的真实坐标经过相机内置矩阵的变化转换为二维图像上的坐标。但每个像点在每张影像的投影方程可以贡献两个等式，通常情况每张影像上都可平均得到上百个匹配点，那么一般会得到的方程数量大于待求的参数，这种情况下由于观测噪声的存在，得不到严格的唯一解，即理想状态Limgage＝PXworld。为此，需要加入一个修正量使这个等式关系成立，即Limgage＝Q+PXworld，其中，误差来自于观测值，一般会假设它是符合高斯分布的随机误差。而这个等式总是可以通过添加一定的修正量来让它始终成立，因此修正量存在无穷个。但是，如果对于修正数给予限定条件：修正数的平方和最小，即最小化QTQ，就有希望得到唯一解。在这个限定条件下求取出来的结果就是最优的估计，即平差解。
BIM模型构建：
BIM技术是以三维数字技术为基础，集成工程的各类数据信息的模型。将BIM三维模型赋予时间属性，就能构建BIM四维模型(简称4D模型)，用可视化的方式展现施工模拟过程和相关数据，从而摆脱了传统的图表、文字叙述的表达方式，也就是BIM-4D技术。基于该技术可以快速高效完成工程设计、施工和优化，在计算工程量、实现施工监测、攻克施工难点和提高施工质量等方面具有极为突出的作用。应用BIM-4D技术于工程施工进度的管理中，有助于提高工程管理效率以及管理水平，为实现工程进度自动化的监测提供强力的技术支撑。然而，施工阶段是一个复杂多变的动态过程，存在周期长、规模大和工艺复杂等特点，仅仅依靠BIM三维模型很容易脱离现场实际情况。
为此，本发明根据高速公路设计和施工特点，结合无人机倾斜摄影技术和BIM技术的优势，提出无人机倾斜摄影技术和BIM技术结合监测工程进度的方法。
BIM技术贯穿了工程项目系统的整个生命周期，而BIM三维模型的构建更是项目管理人员利用BIM技术有效开展高速公路工程项目进度监测的前提。在道路与桥梁项目的BIM应用中，当前主流的BIM设计平台软件主要是Autodesk、Bentley和Dassult平台。其中，Bentley平台软件不仅具有强大的交互功能，且轻量化处理能力较好，软件格式统一于DNG格式的同时更能通过参考的方式进一步处理编辑，大大减轻电脑负担和提高建模效率，因此本次采用Bentley平台软件进行BIM三维模型的构建。
在本具体实施例中，所述施工进度监测方法具体用于监测高速公路工程项目进度；所述S2具体为，
S21，基于Bentley平台软件对高速公路工程中的道路和桥梁分别进行道路可视化建模和桥梁可视化建模，对应得到三维廊道模型和桥梁部件模型；
S22，根据所述三维廊道模型和所述桥梁部件模型进行高速公路3D建模，得到BIM三维模型；
S23，在Synchro 4D软件中，通过关联施工计划进度与所述BIM三维模型，将时间信息和空间信息进行整合，得到BIM四维模型。
基于Benltey平台软件进行的BIM三维信息模型构建流程(包括S21和S22)如图3所示，具体为：
在OpenRoad Designers软件中以筛选等高点和等高线的方式对高速公路道路段的CAD二维地形图进行编辑，从而构建三维数字地形图，并在所述三维数字地形图的基础上进行公路平面线和纵断面线的绘制；
在OpenRoad Designers软件中以绘制有公路平面线和纵断面线的三维数字地形图为参考，通过搭积木的方式构建道路横断面模板，并在所述道路横断面模板中添加附属设施和末端条件进行放样，构成完整道路模板并创建得到三维廊道模型；
通过参考的方式将绘制有公路平面线和纵断面线的三维数字地形图从OpenRoadDesigners软件中连接到OpenBridge Modeler软件的桥梁设计文件中，并在OpenBridgeModeler软件中以绘制有公路平面线和纵断面线的三维数字地形图为参考构建桥梁部件模板，且根据所述桥梁部件模板进行主梁放样，构建得到桥梁部件模型；
从OpenBridge Modeler软件中提取自定义模板库到Microstation中，并在Microstation中根据设计图纸具体参数构建桥梁精细化模型和桥梁附属设施模型，且将所述桥梁精细化模型和所述桥梁附属设施模型存储进所述自定义模板库中，生成桥梁精细化模板和桥梁附属设施模板；
在openbridge modeler软件中将所述自定义模板库中构建的桥梁精细化模板和桥梁附属设施模板放置在所述桥梁部件模型的预设位置生成完整桥梁模型，并将所述三维廊道模型和所述完整桥梁模型导入Microstation中生成BIM三维模型。
在道路可视化建模上，使用OpenRoad Designers软件进行。该软件在完美融合了InRoads、GEOPAK、MX和Power Civil所有功能的同时，引入了全新的综合建模环境。以筛选等高点和等高线的方式对高速公路某段的CAD二维地形图进行编辑，从而构建三维数字地形图，将地形在三维空间上进行表达，弥补了传统二维地形图的局限；接着在三维数字地形的基础上进行公路平面线和纵断面线的绘制；其中，利用交点法对道路平面线进行绘制，原理是依次连接三个交点桩号精确定位两条直线的位置，并在两直线的交点处插入圆曲线和缓和曲线，绘制出平滑、顺畅的平面线；纵断面的绘制主要基于地面线进行，通过输入坡度、桩号及竖曲线半径完成；道路横断面模板采用“搭积木”的方式，每块“积木”通过“约束点”进行相互约束，并添加附属设施和末端条件进行放样，构成完整道路模板并创建三维廊道。
对于高速公路的桥梁段，本发明利用OpenBridge Modeler软件进行桥梁可视化建模。首先可以直接通过参考的方式将道路三维数字地形、平面线和纵断面线从OpenRoadDesigners软件连接到桥梁设计文件中进行桥梁可视化建模。对于桥梁中的主梁结构，确定相应参数约束后，通过软件的参数约束和控制点实现桥梁上部结构的参数化设计，最后定义下部结构放置的关键点；对于桥梁中的桥墩、桥台和附属设施等，由于桥梁结构形状的不断复杂化，而OpenBridge Modeler本土化程度不高，导致桥梁结构类型无法全部满足，因此本发明通过将OpenBridge Modeler提取自定义模板库到Microstation中进行建立，首先在Micostation中绘制出二维断面形状，在利用拉伸构造创建桥梁构件三维形状，最后定义放置路径等命令对部件进行参数化实体创建。
BIM四维模型的创建流程(S23)如图4所示，具体为：
利用插件将Microstation与Synchro 4D软件进行关联，并在Microstation命令窗口中运行MDL应用，且添加synchroolunpin.dll程序进行键入，从而将所述BIM三维模型以Synchro 4D软件专用的SPX文件格式导出；
将SPX文件格式的BIM三维模型导入Synchro 4D软件中，结合高速公路的施工进度计划表，利用Synchro 4D软件中的计划板块进行任务构建，将所述施工进度计划表手动输入甘特图中，并通过分配资源的方式，将构件分配到对应任务的3D资源里，实现日程计划与BIM三维模型之间的关联，从而创建得到BIM四维模型。
本发明采用Synchro 4D软件进行4D模型的创建，该软件是一款较为成熟且功能强大的4D施工模拟。通过关联施工计划进度与三维设计模型，可在4D模型中将时间信息和空间信息整合，使得抽象难懂的施工计划更加直观，对于优化施工管理问题具有重要的实际价值。利用插件将Microstation与Synchro 4D联系，并在Microstation命令窗口中运行MDL应用，并添加synchroolunpin.dll程序进行键入，从而将BIM三维模型以Synchro 4D软件专用的SPX文件格式导出。在模型导入Synchro 4D软件中后，结合高速公路施工进度计划表及现场实际，利用软件中的计划板块进行任务构建，将施工进度计划表手动输入甘特图中，并通过分配资源的方式，将构件分配到对应任务的3D资源里，实现日程计划与三维模型之间的关联，从而达到4D模型的创建。最后，通过外观配置文件、4D审阅等相关设置，完成施工进度模拟，并制作动画进行展示，使得相关人员能从复杂的施工图和表格中解放出来。
进度分析：
所述S3具体为，
S31，基于Bentley Microstation Connectedition Update4平台二次开发实景模型进度分析插件；其中，所述实景模型进度分析插件由“构建树”、“对比模型”和“报表”三大板块组成；
S32，在所述实景模型进度分析插件的“构建树”板块中，通过定义子父节点关系将BIM三维模型中的BIM构件分配为最小单元，并以最小单元的BIM构件为边界生成最小包络体；
S33，在所述实景模型进度分析插件的“对比模型”板块中，将所述三维实景模型对所述最小包络体进行布尔求差运算，从而给定所述三维实景模型一个边界，使所述BIM三维模型与所述三维实景模型匹配；在匹配的基础上，通过将最小单元与布尔求差运算后生成的新包络体进行布尔求和运算来实现用所述三维实景模型对所述BIM三维模型进行切分，并计算分析切分结果，得到施工进度报表；
其中，所述切分结果包括布尔求和运算后所得交集部分体积以及BIM构件生成的最小单元体积，布尔求和运算后所得交集部分体积与BIM构件生成的最小单元体积之间的比值用于表征项目构件完成率；其中，布尔求差运算的具体过程为：以所述三维实景模型为剪切面对所述最小包络体进行剪切，生成新包络体；而所述三维实景模型中参与到布尔求差运算的剪切部分就是给定所述三维实景模型的一个边界；通过三维实景模型与所有最小单元剪切，使所述BIM三维模型与所述三维实景模型完成匹配；其中，新包络体和最小单元进行布尔求和运算，也就是仅保留新包络体与最小单元的交集部分，切去其它部分；
S34，在所述实景模型进度分析插件的“报表”板块中，将所述施工进度报表参与到所述BIM四维模型中，实现施工进度监测。
三维实景模型与BIM三维模型的匹配和切分是实现施工进度自动化监测的关键技术。因此，基于Bentley Microstation Connectedition Update4平台二次开发实景模型进度分析插件，通过布尔算法快速实现两个模型匹配，在匹配基础上用三维实景模型对BIM三维模型进行切分，计算分析切分结果并导出报表，得出施工进度报表。实景模型进度分析插件能将三维实景模型与工程BIM三维模型快速匹配实现工程进度分析与工程量统计，具有操作简单，匹配效率高效等特点。
实景模型进度分析插件的实景模型进度分析主要由“构建树”、“对比模型”和“报表”三大板块组成，如图5所示。实景模型进度分析插件的“构建树”功能不仅可以对构件树的根节点、父节点和道路桥梁构建树快速设置，将具体构件命名、选择和连接具体BIM单元，更能赋予构件面层、基层、主梁和墩身等几何属性和功能属性，以此有效分类汇总高速公路项目分解结构的各项基础要素。
其次“对比模型”中的“实景匹配剪切元素生成器”可对构建树中的最小单元进行自动匹配生成包络体，从而进行布尔运算。包络体可以理解为封闭的曲面，但又有体积、密度等实体的特性，而曲面切割和修建能力都比实体强大得多且可通过布尔运算转变为实体。不仅如此，考虑到三维实景模型本身及实景模型进度分析插件匹配过程中都存在误差，因此，为提高匹配精度、降低误差，实景模型进度分析插件可进行人为调整功能，根据实际情况可对首次匹配生成的最小包络体尺寸进行具体数值的微调，然后利用实景模型剪切生成器对修改的构建进行重新调整匹配，以此提高匹配精度。
最后的“报表”功能可将工程进度分析结果以数据表格、折线图和饼图的方式展现，同时对于数据表格可以导出为Excel表格。将数据进行整理后，得到实际施工进度，并与基于Synchro 4D软件构建的4D模型的施工进度计划进行对比分析。根据偏差及时调整施工工序或资源配置等措施，并将修改信息更新到4D模型中，实现施工进度的动态管理，确保项目如期完工。
下面以具体实例来说明本发明的方法：
依托广西壮族自治区平南高速公路K114+600到K116+200段，采用大疆精灵Phantom 4RTK多旋翼无人机搭载瑞铂公司的RIY-D2M五镜头相机进行现场信息数据采集，该相机具有参数自动调节和自动冗余航片剔除功能，沿公路两侧每200m布置一个相控点，共获得11195张照片。采用Bentley平台下Context Capture软件重建三维实景模型，模型精度控制在5cm内。其中，图6为平南高速公路桩号K114+600到K116+200施工段第一期三维实景模型图，图7为平南高速公路桩号K114+600到K116+200施工段第一期黑白网格三维实景模型图。
首先采用Bentley平台下OpenRoad Designers、OpenBridge Modeler和Microstation软件建立航测区域道路和桥梁的BIM三维模型，将BIM三维模型以DNG格式导入Microstation平台中；其中，平南高速公路桩号K114+600到K116+200施工段的BIM三维模型局部图(原图太大，此处只选取局部示意)如图8所示；从Context Capture软件建立的三维实景模型中导出FBX格式的块状网格，然后以网格的形式依次导入Microstation平台中，完成BIM三维模型与三维实景模型的融合；如图9所示，平南高速公路桩号K114+600到K116+200施工段第一期三维实景模型和BIM三维模型的融合局部图(原图太大，此处只选取局部示意)。
基于BIM三维模型，利用Synchro 4D软件建立BIM四维模型(简称4D模型)。根据项目需求及施工进度计划表设置不同构建的增长方式，并用不同颜色区分，实现BIM三维模型与施工进度计划的耦合关联。最后，利用软件4D审视功能实现高速公路施工模拟，为施工管理和进度优化提供依据。
基于本发明的方法，在BIM三维模型与三维实景模型整合后，利用实景模型进度分析插件对模型构件进行属性定义、匹配切分、计算和分析，最后得出施工进度报表。
将施工进度报表参与到施工进度模拟(BIM四维模型)中，将施工进度报表中的数据与4D模型计划进度对比，发现施工进度滞后较严重，存在较多护栏并未开展施工，按照目前进度，将不能完成进度计划目标。经反馈调查，原因主要为桥梁技术人员投入较少，机械不足，以及大桥旁大山土方开挖工程量大，开挖进度难以掌握。因此，首先需加大桥梁工程人力和机械投入，以保证控制性工程按施工计划节点完成任务目标。将实际进度利用软件计划板块中的更新进度功能对进度进行更新，从而时时掌握现场施工进度。
其次，针对山体开挖工程量大，进度难以掌握的问题。本发明利用无人机对施工现场进行二次拍摄，图10为平南高速公路桩号K114+600到K116+200施工段第二期三维实景模型图，图11为平南高速公路桩号K114+600到K116+200施工段第二期黑白网格三维实景模型图；通过两期三维实景模型(第一期三维实景模型和第二期三维实景模型)进行对比分析研究，计算出精确的土方开挖工程量，从而为大山开挖进度监控提供数据参考。利用OpenRoadDesigners实景模型板块分别对两期三维实景模型进行点云数据生成，并通过点云的提取，生成三角网地形图，最后剪裁出山体部分的地形，以此对土方开挖量进行计算。
通过实地勘测与实景模型对比可以发现，在点云数据生成中会存在一定的错误，如将植被、房屋和车辆等杂物识别成地面点，这些错误会对土方开挖算量造成影响，在计算前需要进行一定的纠正。因此，本次采用目视手动修正的方法对错误点云进行剔除，在一定程度上大大减少杂物对土方算量的影响，提高精度。
相比于传统基于人工对施工进度进行监测的方法，本发明方法实现施工进度快速、自动和精确的监测的同时，通过监测结果与4D施工进度模拟进行对比，滞后的施工工作一目了然，使得相关人员及时发现原因和对后续施工进度进行调整，结合实时更新的4D施工进度模拟，整个工程的施工能直观反映，施工进度的动态掌握及资源的优化使用也能实现。
在上述基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测方法的基础上，本发明还提供基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测系统。
如图12所示，基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测系统，包括以下模块，
三维实景模型构建模块，其用于利用无人机倾斜摄影技术获取施工现场的航测数据，并根据所述航测数据构建三维实景模型；
BIM模型构建模块，其用于利用BIM技术对所述施工现场进行建模，得到BIM三维模型，并对所述BIM三维模型赋予时间属性，得到BIM四维模型；
进度分析模块，其用于通过布尔算法将所述三维实景模型与所述BIM三维模型进行匹配，在匹配的基础上，用所述三维实景模型对所述BIM三维模型进行切分，并计算分析切分结果，得到施工进度报表；将所述施工进度报表参与到所述BIM四维模型中，实现施工进度监测。
本发明的系统中各模块的具体功能参见本发明的方法中各步骤，在此不在赘述。
在上述基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测方法的基础上，本发明还提供计算机可读存储介质。
计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现上述所述的基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测方法。
本发明利用Microstation平台二次开发了实景模型进度分析插件，通过三维实景模型与BIM三维模型融合、匹配切分与分析计算，实现了高速公路工程施工进度监测，并将两期三维实景模型以点云的形式提取并转换为三角网地形来进行土方计算，得出山体土方开挖量，为山体开挖进度提供数据支持。依托工程验证表明：首先，二次开发的实景模型进度分析插件能将三维实景模型和BIM模型的结合，使得BIM信息模型与施工现场较好的联系一起；其次，实景模型进度分析插件通过高效算法可以精确的对实景模型和工程BIM三维模型进行匹配切分、计算和分析，以此出具一目了然的工程进度报表来得到高速公路实际施工进度，并通过与4D模拟施工进度进行结合，达到对高速公路施工进度监测的同时，还能实现进度计划实时跟踪和动态调整，保证了工程的如期交付；同时，通过对两期三维实景模型的点云修正处理并计算，能减少山区杂物遮挡对土方精度的影响。该方法不仅能解决仅仅依靠BIM三维模型容易脱离现场真实情况的问题，更加能避免人工匹配三维实景模型与BIM三维模型造成的主观误差，有效提高了施工进度监测的精度和自动化程度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1，利用无人机倾斜摄影技术获取施工现场的航测数据，并根据所述航测数据构建三维实景模型；
S2，利用BIM技术对所述施工现场进行建模，得到BIM三维模型，并对所述BIM三维模型赋予时间属性，得到BIM四维模型；
S3，通过布尔算法将所述三维实景模型与所述BIM三维模型进行匹配，在匹配的基础上，用所述三维实景模型对所述BIM三维模型进行切分，并计算分析切分结果，得到施工进度报表；将所述施工进度报表参与到所述BIM四维模型中，实现施工进度监测。
2.根据权利要求1所述的基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测方法，其特征在于：所述S1具体为，
S11，在施工现场进行现场勘测并布设像控点；
S12，根据所述施工现场勘测情况来进行航线设计，使得搭载有五台相机的无人机按照设计的航线飞行，并利用五台相机同时从一个垂直角度以及四个不同的倾斜角度在施工现场进行拍摄，获取航测数据；
S13，将所述航测数据依次进行数据导入、空三测量以及三维重建，得到初始三维实景模型；
S14，对所述初始三维实景模型进行精度检测，判断所述初始三维实景模型的精度是否满足预设模型精度；若否，则返回所述S11循环执行；若是，则将所述初始维实景模型作为最终的三维实景模型。
3.根据权利要求1所述的基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测方法，其特征在于：所述施工进度监测方法具体用于监测高速公路工程项目进度；
所述S2具体为，
S21，基于Bentley平台软件对高速公路工程中的道路和桥梁分别进行道路可视化建模和桥梁可视化建模，对应得到三维廊道模型和桥梁部件模型；
S22，根据所述三维廊道模型和所述桥梁部件模型进行高速公路3D建模，得到BIM三维模型；
S23，在Synchro 4D软件中，通过关联施工计划进度与所述BIM三维模型，将时间信息和空间信息进行整合，得到BIM四维模型。
4.根据权利要求3所述的基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测方法，其特征在于：所述S21具体为，
S211，在OpenRoad Designers软件中以筛选等高点和等高线的方式对高速公路道路段的CAD二维地形图进行编辑，从而构建三维数字地形图，并在所述三维数字地形图的基础上进行公路平面线和纵断面线的绘制；
S212，在OpenRoad Designers软件中以绘制有公路平面线和纵断面线的三维数字地形图为参考，通过搭积木的方式构建道路横断面模板，并在所述道路横断面模板中添加附属设施和末端条件进行放样，构成完整道路模板并创建得到三维廊道模型；
S213，通过参考的方式将绘制有公路平面线和纵断面线的三维数字地形图从OpenRoadDesigners软件中连接到OpenBridge Modeler软件的桥梁设计文件中，并在OpenBridgeModeler软件中以绘制有公路平面线和纵断面线的三维数字地形图为参考构建桥梁部件模板，且根据所述桥梁部件模板进行主梁放样，构建得到桥梁部件模型。
5.根据权利要求4所述的基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测方法，其特征在于：所述S22具体为，
S221，从OpenBridge Modeler软件中提取自定义模板库到Microstation中，并在Microstation中根据设计图纸具体参数构建桥梁精细化模型和桥梁附属设施模型，且将所述桥梁精细化模型和所述桥梁附属设施模型存储进所述自定义模板库中，生成桥梁精细化模板和桥梁附属设施模板；
S222，在openbridge modeler软件中将所述自定义模板库中构建的桥梁精细化模板和桥梁附属设施模板放置在桥梁部件模型的预设位置，从而生成完整桥梁模型，并将所述三维廊道模型和所述完整桥梁模型导入Microstation中生成BIM三维模型。
6.根据权利要求5所述的基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测方法，其特征在于：所述S23具体为，
S231，利用插件将Microstation与Synchro 4D软件进行关联，并在Microstation命令窗口中运行MDL应用，且添加synchroolunpin.dll程序进行键入，从而将所述BIM三维模型以Synchro 4D软件专用的SPX文件格式导出；
S232，将SPX文件格式的BIM三维模型导入Synchro 4D软件中，结合高速公路的施工进度计划表，利用Synchro 4D软件中的计划板块进行任务构建，将所述施工进度计划表手动输入甘特图中，并通过分配资源的方式，将构件分配到对应任务的3D资源里，实现日程计划与BIM三维模型之间的关联，从而创建得到BIM四维模型。
7.根据权利要求1至6任一项所述的基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测方法，其特征在于：所述S3具体为，
S31，基于Bentley Microstation Connectedition Update4平台二次开发实景模型进度分析插件；其中，所述实景模型进度分析插件由“构建树”、“对比模型”和“报表”三大板块组成；
S32，在所述实景模型进度分析插件的“构建树”板块中，通过定义子父节点关系将BIM三维模型中的BIM构件分配为最小单元，并以最小单元的BIM构件为边界生成最小包络体；
S33，在所述实景模型进度分析插件的“对比模型”板块中，将所述三维实景模型对所述最小包络体进行布尔求差运算，从而给定所述三维实景模型一个边界，使所述BIM三维模型与所述三维实景模型匹配；在匹配的基础上，通过将最小单元与布尔求差运算后生成的新包络体进行布尔求和运算来实现用所述三维实景模型对所述BIM三维模型进行切分，并计算分析切分结果，得到施工进度报表；其中，所述切分结果包括布尔求和运算后所得交集部分体积以及BIM构件生成的最小单元体积，布尔求和运算后所得交集部分体积与BIM构件生成的最小单元体积之间的比值用于表征项目构件完成率；
S34，在所述实景模型进度分析插件的“报表”板块中，将所述施工进度报表参与到所述BIM四维模型中，实现施工进度监测。
8.根据权利要求7所述的基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测方法，其特征在于：所述S32中，在生成最小包络体的过程中，
根据实际情况对首次匹配生成的最小包络体尺寸进行具体数值的微调，然后利用实景模型剪切生成器对修改的构建进行重新调整匹配，以得到最终的最小包络体。
9.基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测系统，其特征在于：包括以下模块，
三维实景模型构建模块，其用于利用无人机倾斜摄影技术获取施工现场的航测数据，并根据所述航测数据构建三维实景模型；
BIM模型构建模块，其用于利用BIM技术对所述施工现场进行建模，得到BIM三维模型，并对所述BIM三维模型赋予时间属性，得到BIM四维模型；
进度分析模块，其用于通过布尔算法将所述三维实景模型与所述BIM三维模型进行匹配，在匹配的基础上，用所述三维实景模型对所述BIM三维模型进行切分，并计算分析切分结果，得到施工进度报表；将所述施工进度报表参与到所述BIM四维模型中，实现施工进度监测。
10.计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于：当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至8任一项所述的基于倾斜摄影与BIM结合的施工进度监测方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116307635A (zh) * 2023-05-17 2023-06-23 深圳市睿拓新科技有限公司 一种智能化道路施工控制系统及方法
CN116611708A (zh) * 2023-06-02 2023-08-18 深圳市虎匠科技投资发展有限公司 一种智能建造数字化管理的方法及系统
CN117196545A (zh) * 2023-11-08 2023-12-08 北京达美盛软件股份有限公司 一种基于三维校核的设计合规性审查方法及系统

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116307635A (zh) * 2023-05-17 2023-06-23 深圳市睿拓新科技有限公司 一种智能化道路施工控制系统及方法
CN116611708A (zh) * 2023-06-02 2023-08-18 深圳市虎匠科技投资发展有限公司 一种智能建造数字化管理的方法及系统
CN116611708B (zh) * 2023-06-02 2024-03-19 深圳市虎匠科技投资发展有限公司 一种智能建造数字化管理的方法及系统
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