BIM+无人机创新技术在建筑工程领域中的应用

作者:未知

  【摘要】基于BIM技术的工程项目信息化协同工作成为我国越来越多的项目必要的业务方式,通过BIM基础软件加上无人机创新技术的应用,能够在建筑全生命周期中起到较为重要的作用,沟通各方协同进度的开展工作,提供现场土石方开挖、总平面布置的规划、施工过程中影像资料留存以及对城市三维数字模型构建数字城市所用到的倾斜摄影等,节约现场人力物力,通过BIM+无人机创新技术实现总承包单位真正对于项目的管控,本文分析了基于BIM技术以及无人机应用在建筑工程领域施工前、施工过程及结算中的应用。
  【关键词】BIM技术;无人机;建筑工程;应用
  1、绪论
  1.1 BIM+无人机技术背景
  随着近年来建筑业的快速发展,建筑方案的设计和造型变得越来越复杂。传统CAD等二维软件由于图纸表现不足,尤其节点表现不足对实际施工造成诸多影响,从而使得建筑信息模型BIM技术得到了实足的发展,而以BIM技术为基础从而实现越来越多技术上的应用的拓展更是许多大型建筑企业增强自身竞争力的有力的手段。随着BIM技术的发展,无人机自动航空摄影随着与云技术的结合发展而越来越成熟,无人机将成为建筑行业中功能强大的BIM工具之一。
  1.2 BIM+无人机技术意义
  如果只是从空间模型信息化的角度来看,无人机技术应用与BIM技术确实有许多相通之处,它们的「作业现场」都是基于三维坐标系统的。前者作为硬件产品,充当着空中载具的角色,配合成熟的飞行控制技术,「协助」高清摄像头或激光雷达从而高效获取到真实环境的空间数据,再通过算法校正和处理,最终得到点云数据或三维模型,代表的是实景模型技术。后者作为建筑学、工程学及土木工程的新工具,设计师们可以通过软件把自己大脑里的创意以三维模型的形式重现出来,再往模型里添加大量的设计参数和项目相关信息,来模拟建筑空间所具备的真实信息,代表的是数字模型技术。
  2、BIM+无人机技术助力EPC前期策划
  2.1倾斜摄影在BIM技术中应用优势
  作为工程应用的重要示例技术,在我们的基础设施领域的应用中,BIM技术仍然发挥着其重要作用。而以实景三维全纹理全要素特性快速发展的倾斜摄影技术搭配建筑业BIM技术,又将给建筑行业整体带来思路的转变,并且不仅仅在于降低成本以及提高效率。在国际测绘领域中这几年来发展起来的一项比较前卫的高新技术——倾斜摄影技术,这项技术颠覆了以往的正射影像局限,只能从垂直角度拍摄,而是通过在同一飞行平台上或同一飞行器上搭载多台高清传感器,同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度来采集我们所需要的影像,所呈现的效果将用户引入了符合人眼视觉的真实直观世界。
  使用倾斜摄影技术,可以同时获得同一个位置上多个不同角度的、并且具有较高分辨率的影像,采集丰富的地物侧面纹理及其对应的位置信息。基于这项技术的GIS实景三维模型可以服务于我们智慧城市的建设,同时,在规划、国土、水利、旅游等领域的应用也具有重大意义,前景广阔。
  2.2 BIM+无人机技术在设计阶段应用
  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。相对于正射影像,倾斜影像能让用户从多个角度观察地物,更加真实的反映地物的实际情况,极大的弥补了基于正射影像应用的不足。
  通过无人机航空倾斜影像不仅能够真实地反应地物情况,而且还通过采用先进的定位技术,嵌入精确的地理信息、更丰富的影像信息、更高级的用户体验,极大地扩展了遥感影像的应用领域,并使遥感影像的行业应用更加深入。
  以倾斜摄影获取工程建设地表环境信息,构建真实高精度的地理环境情况,生成实景三维底图,再通过BIM技术构建工程建设精细的工程建筑,包括地表施工情况,建设附属设施布置,物料的堆积管理,工程建筑的详细建设进度等。
  2.3 BIM+无人机技术在施工前期应用
  在项目投标阶段以及施工之前,施工企业技术人员会对现场进行踏勘,了解现场实际情况,场地周辺条件以及土方地质条件,来做出更加适合的技术方案,在传统过程中,通过相机拍摄照片的形式对项目的了解不够深入和立体,对方案的设计以及后期可行性产生一定的偏颇。
  而利用新的无人机创新技术,项目技术人员通过遥控无人机对项目现场进行整体扫描,能够得到整体现场航拍情况,利用无人机进行现场踏勘会极大的降低人工成本、提高勘查效率以及现场数据的真实性,不仅可以在电脑上浏览最真实的现场情况,也可以直接将BIM模型与实景模型进行匹配使用,实现最真实的布置现场临建、规划施工路线,减少施工组织错误。同时采集项目现状数据,由于每张照片都带有拍摄时的经纬度、海拔高度、拍摄姿态(角度)等POS信息,因此将照片导入专业的软件中进行实景建模,就可以形成施工场地原始地貌模型,形成三维点云模型,与BIM模型制成的完成面模型进行比对,可以较为直观的得到土方开挖及回填工程量,并为项目其他专业深化设计及施工提供基础数据信息,减少施工过程可能存在的返工情况。优化后的平衡方案由于减少了运输距离和倒运方量,从而大量减少了机械对对环境的污染;同时,无人机航拍技术也大大提高了对场地的测量工作,是传统测量功效的15倍。在施工总平面布置方面,利用前期航拍的现场实景图,可以更好的对场地条件以及临建临水临电等等布置进行模拟,对现场整体部署有更好的規划。
  3、BIM+无人机技术在施工过程及结算中的应用
  3.1 BIM+无人机技术在施工现场中应用
  实际项目施工过程中总是成本和工期无法控制在事前的计划预测上,这些原因与项目全场地范围的阶段信息孤立管理有关,一块场地在工程实施过程中前后变化之间关系会对工程内在的影响,其变化基本无从追溯。也许可以从一些有经验的项目管理人员口头了解原来的样子,但这种信息都是不确定的,是无法用来追溯项目所发生的前因后果,所以场地航拍阶段性信息追溯意义重大。   大多数的建筑工程都是一些长耗时且复杂程度高的项目,作为工程师,往往需要每天亲临现场,检查是否存在纰漏。利用无人机航拍技术环绕拍摄处于施工阶段的建筑项目,再通过相关软件应用生成三维网格模型,对画面进行数字化处理,利用虚拟图像补充还未完成的部分,构建出项目竣工后的整体面貌。用户可以通过平板电脑等便携式移动设备远程查看现场状况,帮助自己检查项目施工过程中出现的错误或问题。另外针对相对复杂的节点以及高层特种作业人员施工操作,利用无人机可以进行实时监控,设置无人机拍摄航线及固定拍摄点,获得每个时段现场人、材、机布置情况及形象进度,有利于指导现场总平面管理。
  无人机场地航拍还可以利用其高精度检查已完成结构物的尺寸偏差,航拍提供的信息可以让管理者了解前后工序及环境的变化,可以为工期、成本和安全控制提供更好的决策依据。无人机拍摄影像与BIM施工模拟进行对比分析,助力项目实时掌控和调整施工部署,并最终获得整个项目的建造影像资料,提高了工作效率,帮助项目部推进工期、避免返工,无人机创新技术的应用可以较为准确地推敲项目流水划分和推进计划,提前预测变更的可能性和需要的条件。借助无人机的低成本与高机动性,大大提高信息采集与监测空间自由度,实现不同距离、高度、角度对建设目标与空间的信息捕获,为行业的多维度信息化数字化施工提供了新思路。
  3.2 BIM+无人机技术在施工技术中应用
  在施工阶段,根据现场技术管控的需要,随着场地的施工变化,通过无人机航拍影像,可以有效地指导场地调度安排工作。比如随着场地变动,临时地面安全防护、排水、紧急逃生路线等方案探索,在无人机航拍影像结合BIM模型,统筹策划更加有的放矢。实现三维技术交底和质量验收标准在相应结构部位的植入,并以在手机终端应用为目标,可以使得无人机创新技术的应用能够为工序质量管控、操作标准、规范施工行为提供帮助,更好地服务于施工现场质量管控。
  借助于Navisworks软件我们可以对施工进度计划进行模拟,了解各个构件及部位完成的时间节点及流水施工情况,配合无人机监控,可以有效对各个工种的人数以及不同专业施工进度进行有效预判,及时将不利于完成施工节点要素进行排除。在不同施工阶段,结合场地模型,模拟施工现场,对现场机、器具的倒运进行模拟,避免二次倒运,对大型设备运行空间分析,对材料堆放点进行布置,合理安排人员和物资,做到人员设备材料的充分利用。利用BIM+无人机创新技术为各参建单位和各专业的协同工作创造条件,直观体现每一施工阶段,现场场地布置的位置与空间的使用情况,通过三维施工图进行交底管理,核对不同专业之间的协调问题,保证施工顺利进行,提高工程一次通过率,避免设计变更和相应的施工返工,节约工程时间促进工期开展。结合施工组织方案,加入时间节点建立四维 BIM施工进度模型,对各个阶段施工方案和计划进行模拟,系统地确认方案的可行性,对比竣工进度时间,把握项目进度管理。
  3.3 BIM+无人机技术在施工资料中应用
  档案馆归档时也需要提交施工过程中影像资料以备留存,针对施工面狭长以及无法很好捕捉施工过程中影像的项目,无人机就起到了较大的作用,利用其自身高度优势能够捕捉范围比较广的施工作业面,对某一时刻工程进度以及施工單位与业主报批进度款等都有密切联系。过程中进行汇报时可以直接利用实景模型进行汇报,最真实的将现场状况呈现,并将实景模型中得到的工程量进行呈报,这对我们现场的过程要求会提高许多,但这也是未来精细化施工的必由之路。
  3.4 BIM+无人机技术在施工结算中应用
  土石方工程量的核算往往是工程预算与结算中产生争议的焦点,工程的相关方常常为此造成久拖未决的纠纷,甚至导致工程难以顺利交工。传统的土方计算方法存在着计算量大、计算精度不高、数据量大等缺点,而利用“根据地形特征进行区域划分-近似简化-采取合适的测量方法取得地形三维特征数据-最后通过三维重构的方法得出计算结果”思维的BIM方法能够实现快捷精确的计算方法,并且能做到“实际与模型的精确对应”和“所见即所得”。随着摄影成像的技术迅速崛起,大量国内外优秀的摄影成像软件已具备了一定的模型分析和计算的能力,未来从地形测量到土方计算结果的获得,人工成本和时间成本都将大大降低,同时测量的精度也会比传统测量方法要高上许多。在施工前以及实际施工中所利用无人机拍摄的数据,再通过建立设计基坑模型,软件就可自动对比精确计算出土石方工程的挖方量、填方量和净挖方量。就可以运用BIM建模的方法模拟土石方的开挖与回填,让人直观有效地开展土石方的挖运分析与运算,做到土方平衡计算的精确化,从而为工程预结算提供可靠的依据。在REVIT之中演算好土方模型后,同时建立土方机械模型(挖掘机、运土车),用内建体量模型模拟单位运土车的土方倒序铺设,把模型全导入Navisworks或者Lumion中制作演示动画。制作土方施工方案:运用Microsoftproject结合施工动画制作初始施工进度表,运用Navisworks演示(尽可能考虑到现场每一个实际情况),得出现场车辆运行路线、路线碰撞等预知信息,并在此信息上不断优化施工方案。如此可以将填方量和挖方量之差控制到最小值,即达到土石方平衡计算且算量精确,降本增效的目的。
  总结:
  总之,随着BIM技术的高速发展,建筑行业也会再次发生如同手工作图向CAD电脑绘图转变的革命,而从开发阶段、设计阶段、施工阶段到最后备案阶段都离不开BIM技术的应用以及电子影像资料的存档,利用BIM+无人机创新技术的应用可以在项目可视化、协同化等多方面起到“如虎添翼”的作用,保证项目工程能够顺利开展,为企业经济效益以及工期保证夯实根基。
  参考文献:
  [1]王陈远.基于BIM的深化设计管理研究[J].工程管理学报,2012,26(4):12-16.
  [2]张昆.基于BIM应用的软件集成研究[J].土木建筑工程信息技术,2011,3(1):37-42.
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