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(yù)算與結(jié)算中的爭(zhēng)議與焦點(diǎn)，運(yùn)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(yùn)分析與運(yùn)算,，能做到土方平衡計(jì)算的精確化與精細(xì)化，并且大節(jié)約爭(zhēng)議的時(shí)間,，對(duì)項(xiàng)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(jī)攝影測(cè)量日益成為一項(xiàng)新興的測(cè)繪重要手段,，其具有續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、成本低,、機(jī)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn),，是衛(wèi)星遙感與有人機(jī)航空遙感的有力補(bǔ)充,。

無人機(jī)低空航攝系統(tǒng)一般由地面系統(tǒng),、飛行平臺(tái)、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(tái)包括無人機(jī)飛機(jī),、維護(hù)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等,；影像獲取系統(tǒng)包括電源,、GPS程控導(dǎo)航與航攝管理系統(tǒng)、數(shù)字航空攝影儀,、云臺(tái),、控制與記錄系統(tǒng)等。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括空三測(cè)量,、正射糾正,、立體測(cè)圖等。

在某案例中我們對(duì)原始地貌進(jìn)行拍照勘測(cè),，利用大疆無人機(jī)對(duì)被測(cè)繪的場(chǎng)地地形進(jìn)行全方位的拍照記錄,。

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

將無人機(jī)對(duì)土方施工場(chǎng)地全方位航拍到位后，在現(xiàn)場(chǎng)或辦公區(qū)用電腦查看無人機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)SD卡照片文件夾,，這時(shí)文件夾內(nèi)的照片是通過編號(hào)有序排列的,，通過觀察照片范圍可以看出相機(jī)位置在往一個(gè)方向平移，上下兩張照片之間有重疊區(qū)域,。這時(shí),，每張照片都帶有該片拍攝時(shí)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(duì)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(shí)別的，需要通過一個(gè)“中轉(zhuǎn)站”對(duì)照片進(jìn)行處理,。運(yùn)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(diǎn)云數(shù)據(jù),，本篇文章以PHOTOCSAN軟件為例講述。

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

2. 建立密集云：Photoscan將會(huì)計(jì)算每個(gè)點(diǎn)之間的關(guān)系,，將每一個(gè)識(shí)別出來的點(diǎn)列入密集計(jì)算中

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

4. 生成紋理：Photoscan根據(jù)建立密集云時(shí)的數(shù)據(jù),，將平面影像分配給3D模型,，此時(shí)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(diǎn)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(dǎo)出點(diǎn)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(diǎn)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(dǎo)入Revit軟件,，會(huì)在三維視圖中生成一個(gè)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(chǎng)地選項(xiàng)卡中的“平整區(qū)域”命令,，彈出的對(duì)話框點(diǎn)擊“創(chuàng)建與現(xiàn)有地形表面完全相同的新地形表面”，點(diǎn)選原有地形打勾確認(rèn),。

c.   選擇體量和場(chǎng)地選項(xiàng)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(yùn)用繪制輪廓與設(shè)置標(biāo)高,、坡度的方式自行繪制地坪草圖并打勾確認(rèn),，此時(shí)新建地形為“新構(gòu)造”。

d.  點(diǎn)選“新構(gòu)造”的地形,，軟件會(huì)自動(dòng)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(huì)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(gè)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(chǎng)地選項(xiàng)卡中的“平整區(qū)域”命令,，彈出的對(duì)話框點(diǎn)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(diǎn)新建地形表面”,。這時(shí)我們參照已有的基坑溝槽二維圖紙，運(yùn)用消除原地形的高程點(diǎn)與創(chuàng)建開挖后的高程點(diǎn)的方式,，自行創(chuàng)建想要開挖到的地形表面,，并打勾確認(rèn)。

c.  點(diǎn)選“新構(gòu)造”的地形,，軟件會(huì)自動(dòng)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(huì)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(gè)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(jì)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(jì)算方法存在著計(jì)算量大,、計(jì)算精度不高,、數(shù)據(jù)量大等缺點(diǎn)，而利用“根據(jù)地形特征進(jìn)行區(qū)域劃分-近似簡(jiǎn)化-采取合適的測(cè)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(jì)算結(jié)果”思維的BIM方法能夠?qū)崿F(xiàn)快捷精確的計(jì)算方法,，并且能做到“實(shí)際與模型的精確對(duì)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(guó)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(jì)算的能力,，未來從地形測(cè)量到土方計(jì)算結(jié)果的獲得,，人工成本和時(shí)間成本都將大大降低，同時(shí)測(cè)量的精度也會(huì)比傳統(tǒng)測(cè)量方法要高上許多,。