倾斜摄影与BIM结合在高速公路改扩建中的应用
随着经济的快速增长，高速公路的需求量也与日俱增，通行量的增加极大地考验着高速公路通行能力的现状。交通流量日趋饱和，现有高速公路已越来越难以承受庞大的交通量。为满足经济增长的需求，提高公路通行能力及服务水平，高速公路的改扩建工程比例正逐年增加。但由于改扩建工程面临节点立交规模大、匝道错综复杂、征拆难度大等问题，且保通设计方案从理论到实际应用也存在许多问题。为响应国家对智慧公路、绿色公路的建设理念，引入BIM技术来辅助改扩建保通方案的设计与验证。
中山新隆至江门龙湾高速公路(以下简称“中江高速公路”)是深圳至岑溪国家高速公路(G2518)的组成部分，部分路段还是珠三角环线国家高速公路(G94)的组成部分。项目全线采用双向八车道高速公路技术标准，设计时速120公里，全线以两侧拼接加宽为主，局部单侧加宽、或两侧分离加宽为辅的改扩建方案。
中江高速公路交通组织方案的设计包含多方面因素，全线5个标段，共分为3个交通转换段、4个转换点、5个组织阶段。在实施过程中，主要涉及了征地拆迁及管线迁改难度大；路线交叉多，互通立交密集，交通组织协调量大; 交通流量大，边通车边施工，保通压力大; 施工周期短，工期紧; 沿线地貌复杂，施工难度大五大难点。
基于UE4的交通组织预演与征拆管理系统
该项目以BIM技术为依托，结合倾斜摄影技术与GIS技术，对交通组织设计方案进行模拟、场景布置，打造基于UE4的交通组织预演与征拆管理系统，确保项目前期征拆进度，保证施工过程中的道路畅通，把施工影响降到最小。
倾斜摄影+BIM技术
随着计算机行业的飞速发展，无人机倾斜摄影技术得到了极大的提升。基于倾斜摄影创建三维实景地面模型，可真实、直观地展示项目施工现场地貌。通过BIM技术建立工程模型，在MicroStation中与实景模型进行叠加，在此基础上进行交通组织方案设计、制定施工方案，更加准确、高效。
对中江高速改扩建工程全线模型进行倾斜摄影数据采集，利用ContextCapture软件对采集的数据进行预处理、空三加密、自动纹理映射等处理方法，生产全线3SM格式实景模型。
整体实景模型
互通节点细部模型
现状道路与周边环境实景模型
中江高速公路改扩建共分为5个标段，项目对每个标段进行精细化建模，在保证新建工程BIM模型准确度的同时，尽可能还原现状模型，将新旧模型进行叠加，方便后续对改扩建工程的精细管理与把控。
桥梁BIM模型
校核交通组织方案设计
通过自主研发平台，基于倾斜摄影与BIM模型场景，加载中江高速公路规划红线数据，可从宏观和微观上对改扩建设计方案进行校核与优化调整。
辅助征拆
通过倾斜摄影数据与BIM模型的叠加，可清晰直观了解项目征迁难点，对项目全线进行漫游展示。倾斜摄影与BIM模型方案、现状实景三者进行对比，输出渲染视频，用于成果交付，辅助征拆人员工作实施，加快征拆进度。
保通方案仿真模拟
运用BIM技术可对道路保通设计方案进行分析和模拟，通过建立中江高速改扩建工程不同施工阶段BIM模型，利用LumenRT结合实景模型，对项目交通组织方案进行可视化模拟及视距分析。通过对交通组织模拟重点表现各互通交通组织情况；针对重点工点，对设计方案进行优化。由于LumenRT的局限性，不能直观表现施工动态交通组织模拟，该项目采用3Dsmax对重点工程、不同拼宽方案进行边通车、边施工动态仿真模拟。通过动态模拟，及时发现项目中设计错误及隐蔽问题，在项目实施前期统筹考虑，规避问题，提高安全保障，减少了工程费用损失。在项目汇报中，通过三维动画直观展示设计方案，降低施工单位在施工阶段与业主汇报方案时的困难。
交通组织设计方案三维交底
在中江高速改扩建项目中，针对项目征拆复杂、互通密集、设计资料繁多等特点，团队打造了基于UE4的改扩建工程管理系统，该系统集成了征拆工作、交通组织方案动态预演、征拆过程文件管理及设计资料管理于一体。通过将BIM模型与实景模型导入超图平台，实现模型轻量化，对模型坐标系进行转换，导入UE4实现“BIM+倾斜摄影+GIS”的一体化管理系统。通过模块设计和蓝图规划，将征拆区域及其信息资料直观显示。根据施工安全方案，将临时标志、紧急停车点、隔离墩、临时隔离栅、水马、防撞筒、防眩板、临时照明、施工警告灯等加入系统中，对交通组织方案进行预演，使业主和方案实施人员更加容易理解设计方案，开展工作更加有序、便捷。
建模误差亟待解决
在中江高速改扩建项目实施中，BIM技术的实施涉及多方面因素，也遇到了许多问题。主要有工程原始资料缺失、车流仿真难以把控、倾斜摄影与BIM模型结合等问题。现对其进行汇总分析，为以后改扩建项目BIM实施提供参考。
改扩建工程BIM建模实施问题
中江高速因建设时间较长，很多建设期的数据资料不全，道路线形数据缺失，桥梁施工图普遍缺失，对改扩建项目中旧桥的BIM模型复原是一个极大的挑战。在该项目中，团队只能通过现场人员反馈资料，结合倾斜摄影实景模型对旧路、旧桥进行模型完善，这种方式与实际工程存在不小的偏差，对后期新旧桥的结合造成很大的困难。
仿真模拟难以控制准确车流量
项目对车流量仿真模拟是利用LumenRT结合3Dsmax实施，LumenR和3Dsmax都难以精确把控实际车流量，通过对行车方向、车道数、车流密度进行设置，只能尽可能接近实际车流量，难以保证与实际一致，仿真模拟的结果可靠性存在一定的误差。
倾斜摄影与BIM模型的结合问题
中江高速改扩建项目中对倾斜摄影与BIM模型的应用主要体现在两个方面，一是结合LumenRT完成场景布置，辅助征拆，对交通流量进行模拟。二是通过超图软件进行轻量化，导入UE4作为改扩建管理系统架构的数据基础。前者对两个模型的结合是建立在Bentley软件对实景剪切遮罩功能的应用，仅仅适用于Bentley平台，数据传递受限；后者的结合，是通过对BIM模型与实景模型交错的地方，对实景模型进行“踏平”处理，与实际工程不符。
中江高速公路改扩建项目BIM技术的应用，通过建立新旧工程BIM模型结合全线倾斜摄影实景模型，布置项目全线三维真实场景。在此基础上，交通组织方案设计校核、交通仿真、辅助征拆、管理平台的搭建等工作，对项目交通组织及征拆工作进行精细化管理与把控，提高了项目实施效率，降低了道路施工对地区交通的干扰，具有重要的实践意义。
文章授权转载：桥梁杂志
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