bim机，【BIM技术案例】BIM GIS——无人机倾斜摄影三维建模方法详解

引言

近年来，各地的智慧城市建设正如火如荼地展开，城市三维数字模型逐渐成为构建智慧城市的重要基石，地理信息系统作为城市建设的基础内容，也越来越受到重视。新兴的倾斜摄影技术能建立高质量的城市三维GIS模型，结合BIM技术为智慧城市建设提供有力支撑。基于GIS的实景三维模型可以服务智慧城市建设，同时，在规划、国土、水利、旅游等领域的应用也意义重大，前景广阔。

GIS模型展示及测量应用

2017年5月，湖南建工BIM中心工程师携八旋翼多镜头无人机，赴郴州经开区进行倾斜摄影航测作业，利用航测数据建立三维GIS模型，助力郴州经开区智慧互联平台建设。此次倾斜摄影三维建模包括对项目范围内20余平方公里的航测数据采集和后处理，目前，建模工作已完成，本文将对无人机倾斜航测技术及数据处理进行介绍。

倾斜航测基本原理

倾斜摄影是近年来航测领域逐渐发展起来的新技术，相对于传统航测采集的垂直摄影数据，通过新增多个不同角度镜头，获取具有一定倾斜角度的倾斜影像。应用倾斜摄影技术，可同时获得同一位置多个不同角度的、具有高分辨率的影像bim机，采集丰富的地物侧面纹理及位置信息。基于详尽的航测数据，进行影像预处理、区域联合平差、多视影响匹配等一系列操作，批量建立高质量、高精度的三维GIS模型。

多角度影像数据采集

航测数据采集及处理

航测范围确定

航线规划软件（地面站）的地图数据来源于 ，规划航线之前，在 中确定项目航测范围，了解航测地貌，进行合理的飞行架次划分，优化航拍方案，提升作业效率。

航线规划及参数设定

倾斜航测的飞行参数包括高度、速度、拍摄间隔、航向间距、旁向间距等，不同的参数设置对航测的精度、效率等产生影响。航测作业前，综合考虑飞控距离、电池消耗、地形地貌、建筑物分布、测量精度等因素，使用地面站软件进行航线规划和参数设定，飞行高度、地面分辨率及物理像元尺寸满足三角比例关系。

规划航线及参数

无人机航测作业

地面站设置及无人机组装完成后，即可开始航测作业。无人机将依据指定的航线及参数设置，自动完成航拍任务，操作人员观察无人机位置及地面站实时飞行参数即可，每天可完成2-3平方公里的航测任务。

航测作业

倾斜航测采集的数据包括各拍摄点的多角度影像信息和对应的pos数据。影像信息由五镜头相机获取，无人机搭载相机以恒定速度对地面进行等距拍照，采集到具有70%重叠率的相片；pos数据由飞控系统在相机拍照时生成bim机，【BIM技术案例】BIM GIS——无人机倾斜摄影三维建模方法详解，与相片一一对应，赋予相片丰富的信息，包括经纬度、高度、海拔、飞行方向、飞行姿态等。

多角度影像（左）及pos数据（右）

航测数据后处理

采用完成本次航测的后期GIS数据处理。是基于影像自动化进行三维模型构建的并行软件系统，软件建模对象为静态物体，辅以相机传感器属性、照片位置姿态参数、控制点等信息，在进行空中三角测量计算、模型重建计算后，输出相应GIS成果，以供浏览或后期加工。常见的输出格式包括OSGB、OBJ、S3C、3MX等。

pos数据整合

飞控系统生成的pos数据包含后处理所不需要的信息，且格式也不符合后处理软件的使用要求，不能直接用于后期数据处理工作。原始pos数据进行筛选、分类处理后，才能用于后处理软件。

空间三角测量计算

航测过程中，照片组对应姿态的精确性可能会受到影响，致使影像信息缺失。而进行三维重建时，要求各个照片组具备非常精确的属性以及对应的姿态参数，此时可以通过空中三角测量计算对影像定位信息严格配准，选定参数自动准确估算每幅影像的位置、角元素和相机属性，获得缺失的影像信息。

空三计算

空中三角测量计算是后期数据处理过程中的重要一步，其生成的粗略3D视图有助于理解相片和拍摄场景的空间结构，同时空间三角计算结果也是三维重建计算的基础。

初始3D视图

三维重建计算

三维重建计算在指定坐标系下完成，本项目采用坐标系。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，普通计算机无法一次性完成重建计算，应根据计算机性能重建框架，调整重建范围及瓦片大小，将原框架分为若干个大小相同的数据切块，分块进行重建计算。

三维空间重构

数据集群处理

集群处理可按如下操作进行：搭建局域网，将一台计算机作为服务器考证书的正规网站，局域网内其他计算机作为节点连接至服务器组成群组，任务提交后，服务器统一分配子任务至各节点。节点完成子任务后，将处理结果返回至服务器，并接受新的子任务直至任务完成。

相对与单机进行数据处理，集群处理有更高的可靠性和容错率，当群组中一个节点计算机出现故障，原本分配至此节点的子任务将自动分配至其他节点进行计算；同时集群处理也能降低成本，庞大的GIS数据量，对于单机的储存空间和数据处理速度都提出极大考验，将普通的计算机进行集群则可有效降低硬件成本，发挥与高性能计算机相当的运算能力。我们将34台计算机分为两个群组，集群进行三维重建计算，提高数据运算效率，在一周内完成了50多个架次，共计20余平方公里的数据处理。

DP- 模型精修及单体化处理

基于建立的三维GIS模型，存在由于错误的影像匹配或者较差的几何姿态造成建筑变形（纹理拉花、结构扭曲、破面缺面等）、悬浮物、丢失部件等情况。通过天际航DP-软件对模型进行精修重建，使地物要素完整，从而达到后期三维GIS应用。智慧互联平台需实现对片区内的部分建筑进行单独的选中、赋予属性、查询属性、数据管理等操作，因此需对倾斜模型进行单体化处理。我们通过利用建筑物、道路、树木等对应的矢量面，对倾斜摄影模型进行切割，把连续的三角面片网从物理上分割开，从而实现单体化。

精修及单体化步骤：三维重建模型→补充影像采集→局部分离编辑→精细化修编重建→更新合并。

公寓模型单体化及精修

总结

使用倾斜航测技术可在短时间内建立大规模的城市三维GIS模型，实现城市空间全方位、高精度的可视化表达。本次无人机倾斜摄影三维建模，旨在推进湖南建工集团BIM中心在BIM+GIS领域的深度应用，有效地整合建筑信息和地理空间信息，构建出最重要最核心的基础数据库，更好的服务于郴州经开区智慧互联平台建设。

供稿：廖子通、黄震

bim技术的仿真性主要体现在()，关于BIM的最全介绍，收藏！

建筑信息模型（ ）以建筑工程项目的信息数据作为模型的基础，通过数字信息仿真模拟建筑物的真实状态，包括三维几何形状信息，如建筑构件的材料、性能、价格、重量、位置、进度等，使建筑工程在整个进程中显著提高效率、降低风险，以支持项目全生命周期的建设、运营管理。

四大误区

误区一：BIM就是建模

将BIM等同于建模是对BIM的狭隘认知。虽然，BIM建模是BIM应用投入的最大部分，但是信息才是BIM最有价值的部分。BIM既不能等同于模型，也不能等同于建模。

误区二：BIM的目的是可视化

可视化并非是BIM的最终目的，可视化仅是BIM应用的一大特点。

BIM通过建立虚拟的建筑工程三维模型，可视化建筑设计意图，并利用数字化技术，为这个模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。借助这个包含建筑工程信息的三维模型， 设计团队、施工单位、设施运营部门和业主等各方人员可以基于BIM进行协同工作， 实现项目的有效决策和精细化管理。

误区三：BIM是一个软件

BIM并非是软件平台，软件平台是BIM实现信息传递的载体。在工程建设中，利用BIM软件，能实现如净高分析、进度管理、碰撞检测、成本分析、建模性能分析等应用。

误区四：BIM能解决所有问题

BIM并非是万能的，它是工程设计、建造、管理的数据化工具。它 可以帮助提高项目的集成化程度和交付能力， 减少项目返工，节约成本，缩短工期。BIM的本质是模型+信息+应用，它不能替代项目管理，它的重点是加强建设项目各参与方的协同合作。

五大特点

1.可视化

可视化即“所见所得”的形式，对于建筑行业来说，可视化的真正运用在建筑业的作用是非常大的。BIM可视化，让人们将以往的线条式的构件形成一种三维的立体实物图形展示在人们的面前。

2.协调性

协调是建筑业中的重点内容，不管是施工单位，还是业主及设计单位，都在进行沟通协调的工作。

在设计时，经常出现各专业设计师之间沟通不到位，导致的各种专业之间的碰撞问题。BIM的协调性服务，就可以帮助处理这种问题。BIM建筑信息模型能在真实建造前期对各专业的碰撞问题进行协调，并生成碰撞检测报告。

当然，BIM的协调作用并非只能解决专业间的碰撞问题，它还可以解决例如电梯井布置与其他设计布置及净空要求的协调、防火分区与其他设计布置的协调、地下排水布置与其他设计布置的协调等。

3.模拟性

模拟性并不是只能模拟设计出的建筑物模型，还可以模拟不能够在真实世界中进行操作的事物。在设计阶段，BIM可以对设计上需要进行模拟的一些东西进行模拟实验。

例如：节能模拟、紧急疏散模拟、日照模拟、热能传导模拟等；在招投标和施工阶段可以进行4D模拟（三维模型加项目的发展时间），根据施工的组织设计模拟实际施工，从而确定合理的施工方案。同时还可以进行5D模拟（基于4D模型加造价控制），来实现成本控制；后期运营阶段可以模拟日常紧急情况的处理方式，例如地震人员逃生模拟及消防人员疏散模拟等。

4.优化性

事实上整个设计、施工、运营的过程就是一个不断优化的过程。优化和BIM不存在实质性的必然联系，但在BIM的基础上可以做更好的优化。

优化受三种因素的制约：信息、复杂程度和时间。没有准确的信息，做不出合理的优化结果，BIM模型为建筑物提供了实际存在的信息，包括几何信息、物理信息、规则信息，还提供了建筑物变化以后的实际存在信息。复杂程度较高时，参与人员本身的能力无法掌握所有的信息，必须借助一定的科学技术和设备的帮助，BIM及与其配套的各种优化工具提供了对复杂项目进行优化的可能。

5.可出图性

BIM模型不仅能绘制常规的建筑设计图纸及构件加工图纸，还能通过对建筑物进行可视化展示、协调、模拟、优化，出具各专业图纸及深化图纸，使工程表达更加详细。

八大典型应用

1.BIM模型维护

根据项目建设进度建立和维护BIM模型，实质是利用BIM平台 整理和储存各项目参与方的 工程建筑信息， 以备建设过程中项目参与方随时进行信息的传递和共享，消除项目中的信息孤岛。

BIM的用途决定了BIM模型细节的精度。由于仅靠一个BIM工具不能完成所有的工作，所以目前业内主要采用“分布式”BIM模型的方法，即根据工程项目现有条件和需求，建立包括设计模型、施工模型、进度模型、成本模型、制造模型、操作模型等用途的BIM模型。

BIM“分布式”还体现在BIM模型往往由设计单位、施工单位或者运营单位根据各自工作内容独立建立，最后根据统一的标准进行合模。这对BIM模型管理提出了很高的要求，所以一般业主会委托独立的BIM服务商进行项目全过程的BIM模型管理和应用，以确保BIM模型信息的准确性和安全性。

2.场地分析

场地分析是研究影响建筑物定位的主要因素，是确定建筑物的空间方位和外观，建立建筑物与周围景观的联系的过程。

在规划阶段，场地的地貌、植被、气候条件都是影响设计决策的重要因素，往往需要通过场地分析来对景观规划、环境现状、施工配套及建成后交通流量等各种影响因素进行评价及分析。

传统的场地分析存在诸如定量分析不足、主观因素过重、无法处理大量数据信息等弊端，利用BIM结合地理信息系统（GIS)，对场地及拟建的建筑物空间数据进行建模，能快速得出准确的分析结果，帮助项目在规划阶段评估场地的使用条件和特点，从而做出新建项目最理想的场地规划。

3.建筑策划

建筑策划是在总体规划目标确定后，根据定量分析得出设计依据的过程。

相对于根据经验确定设计内容及依据(设计任务书)的传统方法，BIM能够帮助项目团队在建筑规划阶段，提高对建筑空间的理解bim技术的仿真性主要体现在()，关于BIM的最全介绍，收藏！，提出更好的建筑策划方案。

其在建筑策划阶段的应用成果，还为建筑师在设计阶段的设计提供了信息基础考证书的正规网站，避免建筑设计偏离设计依据。通过BIM信息传递或追溯，还能减少详图设计阶段的设计失误，提高设计质量。

4.方案论证

在方案论证阶段，利用BIM进行建筑高度、光照等性能模拟，通过不同方案的评估和分析，为业主提供最佳的设计投资方案。

对设计师来说，通过三维BIM进行建筑方案的设计和验证，能较快的得到项目各方的积极反馈，减少决策时间。

5.可视化设计

三维可视化设计软件的出现，有力地弥补了业主及最终用户因缺乏对传统建筑图纸的理解能力而造成交流鸿沟。

BIM的出现使得设计师不仅拥有了三维可视化的设计工具，更重要的是通过工具的提升，使设计师能使用三维的思考方式来完成建筑设计，同时也使业主及最终用户真正摆脱了技术壁垒的限制，随时知道自己的投资能获得什么。

6.协同设计

协同设计是一种新兴的建筑设计方式，它可以使分布在不同地理位置的不同专业的设计人员通过网络的协同展开设计工作。

协同设计是在建筑业环境发生深刻变化、建筑的传统设计方式必须得到改变的背景下出现的，也是数字化建筑设计技术与快速发展的网络技术相结合的产物。

现有的协同设计主要是基于CAD平台，并不能充分实现专业间的信息交流，这是因为CAD的通用文件格式仅仅是对图形的描述，无法加载附加信息，导致专业间的数据不具有关联性。

BIM的出现使协同不再是简单的文件参照，BIM技术为协同设计提供底层支撑，大幅提升协同设计的技术含量。借助BIM的技术优势，协同的范畴也从单纯的设计阶段扩展到建筑全生命周期，从规划、设计、施工到运营阶段，都要基于项目各方的参与。因此，BIM协同具备了更广泛的意义，为综合效益更高的提升。

7.性能分析

利用计算机进行建筑物理性能的分析始于20世纪60年代甚至更早，已形成成熟的理论支持，开发出丰富的工具软件。

但是在CAD时代，无论什么样的分析软件都必须通过手工的方式输入相关数据才能开展分析计算，而操作和使用这些软件不仅需要专业技术人员经过培训才能完成，同时由于设计方案的调整，造成原本就耗时耗力的数据录入工作需要经常性的重复录入或者校核，导致建筑物理性能化分析通常被安排在设计的最终阶段，使建筑设计与性能化分析计算之间严重脱节。

利用BIM技术，建筑师在设计过程中创建的虚拟建筑模型已经包含了大量的设计信息(几何信息、材料性能、构件属性等)，只要将模型导入相关的性能化分析软件，就可以得到相应的分析结果，原本需要专业人士花费大量时间输入大量专业数据的过程，如今可以自动完成，这大大降低了性能分析的周期，提高了设计质量，同时也使设计公司能够为业主提供更专业的技能和服务。

8.工程量统计

在CAD时代，由于CAD无法存储项目构件的必要信息，所以需要依靠人工根据图纸或者CAD文件进行测量和统计，或者使用专门的造价计算软件根据图纸或者CAD文件重新进行建模后由计算机自动进行统计。前者不仅需要消耗大量的人工，而且比较容易出现手工计算带来的差错，而后者同样需要不断地根据调整后的设计方案及时更新模型，如果滞后bim技术的仿真性主要体现在()，得到的工程量统计数据也往往失效了。

BIM是一个集成工程信息的数据库，可以提供造价管理需要的工程量信息，借助这些信息，计算机可以快速对各种构件进行统计分析，大大减少了繁琐的人工操作造成的潜在错误。

通过BIM获得的准确的工程量统计可以用于前期设计过程中的成本估算、不同设计方案建造成本的比较，以及施工开始前的工程量预算和施工完成后的工程量决算等。