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來源 | 捷宏咨詢

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土石方工程量的核算往往是工程預算與結(jié)算中的爭議與焦點，運用BIM建模的方法模擬土石方的開挖與回填，讓人直觀有效地開展土石方的挖運分析與運算，能做到土方平衡計算的精確化與精細化，并且大節(jié)約爭議的時間，對項目成本管控發(fā)揮了重要作用。

① 從原始地貌提取初始數(shù)據(jù)

無人機攝影測量日益成為一項新興的測繪重要手段，其具有續(xù)航時間長、成本低、機動靈活等優(yōu)點，是衛(wèi)星遙感與有人機航空遙感的有力補充。

無人機低空航攝系統(tǒng)一般由地面系統(tǒng)、飛行平臺、傳感器、數(shù)據(jù)處理等四部分組成。地面系統(tǒng)包括用于作業(yè)指揮、后勤保障的車輛等；飛行平臺包括無人機飛機、維護系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等；影像獲取系統(tǒng)包括電源、GPS程控導航與航攝管理系統(tǒng)、數(shù)字航空攝影儀、云臺、控制與記錄系統(tǒng)等。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括空三測量、正射糾正、立體測圖等。

在某案例中我們對原始地貌進行拍照勘測，利用大疆無人機對被測繪的場地地形進行全方位的拍照記錄。

某案例中我們讓無人機飛行到一定高度，高度由照片的精細程度而決定，較高的照片精細度需要無人機低空飛行來采集到更細致的地貌特征，但是過低的飛行高度也會造成鏡頭視角范圍有限，造成測繪工作效率過低。在無人機飛行到適當高度以后,機載的航拍相機鏡頭垂直地面往下拍攝，無人機的航拍路線采用“之”字形沿場地的某一方向來回往返，而無人機的高度始終保持一個海拔面上。這樣機載鏡頭的視角范圍呈現(xiàn)帶狀按次序逐步覆蓋全部場地，這就實現(xiàn)了對地形邏輯有序的全覆蓋拍攝。

將無人機對土方施工場地全方位航拍到位后，在現(xiàn)場或辦公區(qū)用電腦查看無人機數(shù)據(jù)存儲SD卡照片文件夾，這時文件夾內(nèi)的照片是通過編號有序排列的，通過觀察照片范圍可以看出相機位置在往一個方向平移，上下兩張照片之間有重疊區(qū)域。這時，每張照片都帶有該片拍攝時的經(jīng)緯度、海拔高度、拍攝姿態(tài)（角度）等POS信息，這是初始的關(guān)鍵信息。

② 初始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為BIM模型

REVIT軟件對帶有經(jīng)緯度、海拔高度、拍攝姿態(tài)（角度）等POS信息的照片是不能直接識別的，需要通過一個“中轉(zhuǎn)站”對照片進行處理。運用專業(yè)的平面影響構(gòu)建3D模型軟件能夠?qū)⒄掌幚沓牲c云數(shù)據(jù)，本篇文章以PHOTOCSAN軟件為例講述。

1. 對齊照片：Photoscan會按照每張照片的經(jīng)緯度、高度和角度還原出每個鏡頭的位置，如圖示藍色鏡頭示意圖按照“之”字形依序排列。

2. 建立密集云：Photoscan將會計算每個點之間的關(guān)系，將每一個識別出來的點列入密集計算中

3. 生成網(wǎng)格：有了各個點間的矢量函數(shù)關(guān)系，Photoscan變了將它們按照實際情況連接起來，構(gòu)建成為點線面的3D模型

4. 生成紋理：Photoscan根據(jù)建立密集云時的數(shù)據(jù)，將平面影像分配給3D模型，此時的模型擁有內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部圖像，已經(jīng)形成了初步的3D模型

至此帶有材質(zhì)覆面的點線面三維模型已在Photoscan中呈現(xiàn)出來，軟件能夠?qū)С龆喾N格式的文件，將Photoscan導出點云文件，并加載到AutoCAD中，則可在CAD三維視圖中轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈叱绦再|(zhì)的線模型，即得到帶有高程點的三維CAD模型。

③ BIM模型得出土方工程量

1.  把三維CAD模型導入Revit軟件，會在三維視圖中生成一個模型，即“原始地貌模型”。

2.  如何在“原始地貌模型”的基礎(chǔ)上得到土石方的挖填方量，下面有兩種方法：

a.  把“原始地貌”的創(chuàng)建階段設(shè)置為“現(xiàn)有”。

b.  選擇體量和場地選項卡中的“平整區(qū)域”命令，彈出的對話框點擊“創(chuàng)建與現(xiàn)有地形表面完全相同的新地形表面”，點選原有地形打勾確認。

c.   選擇體量和場地選項卡中的“建筑地坪”命令，我們參照已有的基坑溝槽二維圖紙，運用繪制輪廓與設(shè)置標高、坡度的方式自行繪制地坪草圖并打勾確認，此時新建地形為“新構(gòu)造”。

d.  點選“新構(gòu)造”的地形，軟件會自動選擇“新構(gòu)造”與“現(xiàn)有”之間的土方體量，并且左側(cè)屬性欄會顯示“凈剪切/填充”、“填充”、“截面”的值，這些值即為“挖填方凈值”、“填方”、“挖方”的量，則土石方的挖方、填方與挖填方凈值直接顯示出來。

e.  最后需要提出的是，這一方法有一個缺陷：不能在新構(gòu)造的“建筑地坪”的基礎(chǔ)上繼續(xù)編輯地形，即我們的地形需要在同一區(qū)域一次性編輯到位。

a.  把“原始地貌”的創(chuàng)建階段設(shè)置為“現(xiàn)有”。

b.  選擇體量和場地選項卡中的“平整區(qū)域”命令，彈出的對話框點擊“創(chuàng)建與現(xiàn)有地形表面完全相同的新地形表面”或“僅基于周界點新建地形表面”。這時我們參照已有的基坑溝槽二維圖紙，運用消除原地形的高程點與創(chuàng)建開挖后的高程點的方式，自行創(chuàng)建想要開挖到的地形表面，并打勾確認。

c.  點選“新構(gòu)造”的地形，軟件會自動選擇“新構(gòu)造”與“現(xiàn)有”之間的土方體量，并且左側(cè)屬性欄會顯示“凈剪切/填充”、“填充”、“截面”的值，這些值即為“挖填方凈值”、“填方”、“挖方”的量，則土石方的挖方、填方與挖填方凈值直接顯示出來。

d.  在這個方法的基礎(chǔ)上，則能繼續(xù)編輯地形。如果要繼續(xù)開挖并計算，將原先“現(xiàn)有”的地形刪除，將編輯過的“新構(gòu)造”地形創(chuàng)建階段設(shè)置為“現(xiàn)有”，后續(xù)方法如上。

傳統(tǒng)的土方計算方法存在著計算量大、計算精度不高、數(shù)據(jù)量大等缺點，而利用“根據(jù)地形特征進行區(qū)域劃分-近似簡化-采取合適的測量方法取得地形三維特征數(shù)據(jù)-最后通過三維重構(gòu)的方法得出計算結(jié)果”思維的BIM方法能夠?qū)崿F(xiàn)快捷精確的計算方法，并且能做到“實際與模型的精確對應(yīng)”和“所見即所得”。隨著攝影成像的技術(shù)迅速崛起，大量國內(nèi)外優(yōu)秀的攝影成像軟件已具備了一定的模型分析和計算的能力，未來從地形測量到土方計算結(jié)果的獲得，人工成本和時間成本都將大大降低，同時測量的精度也會比傳統(tǒng)測量方法要高上許多。