BIM 技术在土石方工程量计算中的应用及解决方法

BIM 技术在土石方工程量计算中的应用及解决方法

土方工程量的核算常常是工程预算和结算中的争议和焦点。利用BIM建模方法模拟土方开挖和回填过程，可以让人们直观、有效地进行土方开挖分析和计算，并能实现土方平衡。计算的准确性和精细化大大节省了争议的时间，对工程造价控制起到了重要作用。

BIM技术在土石方工程量的计算思路

本文利用Revit软件来展示BIM土方量计算的思路。

需要解决的问题：

1、如何从原始地貌中提取初始数据？

2.如何将数据模型转换为BIM模型？

3、如何从BIM模型中获取土石方工程量？

解决方案：

1.利用无人机航拍和点云三维成像技术形成模型数据

2、通过软件对图像数据进行处理，得到模型原材料数据

3、将数据导入Revit软件，生成原始地形模型

4、然后根据设计图纸，在原有自然地坪模型的基础上绘制基坑开挖模型。两个模型体积的差异就是土石方开挖体积模型。使用Revit直接导出报表即可得到土石方开挖量。

① 从原始地貌中提取初始数据

无人机摄影测量日益成为新兴的重要测绘手段。它具有续航时间长、成本低、灵活性强等优点。它是卫星遥感和载人航空遥感的有力补充。

无人机低空航拍系统一般由地面系统、飞行平台、传感器、数据处理四部分组成。地面系统包括用于作战指挥和后勤保障的车辆；飞行平台包括无人机、维护系统、通信系统等；图像采集系统包括电源、GPS程控导航及航拍管理系统、数字航空相机、云台、控制与记录系统等。数据处理系统包括航空三角测量、正射校正、立体测绘等。

在一个案例中，我们对原始地貌进行了摄影勘察，并使用大疆无人机对测绘场地地形进行了全面的照片和记录。

在一种情况下，我们让无人机飞到一定的高度。高度由照片的精细程度决定。较高的照片精细度需要无人机在低空飞行，以采集更细致的地貌特征，但飞行高度过低也会导致镜头的视角范围受到限制，导致测绘工作效率低下。无人机飞到适当高度后，机载航拍镜头从地面垂直向下拍摄。无人机的航拍路线采用“之字形”形状，沿着场地的某个方向来回飞行，而无人机的高度始终保持在一个高度平面上。这样，机载镜头的视角呈现条状，逐渐有序地覆盖整个场地，实现了对地形逻辑有序的全覆盖。

无人机对土石方施工现场进行全方位航拍后，使用现场或办公区的电脑查看无人机数据存储SD卡照片文件夹。此时，文件夹中的照片已按编号有序排列。通过观察照片范围可以看出，相机位置朝一个方向移动，上下照片之间存在重叠区域。此时，每张照片都带有拍摄时的经纬度、海拔、拍摄姿势（角度）等POS信息。这是最初的关键信息。

② 将初始数据转换为BIM模型

Revit软件无法直接识别带有经纬度、海拔、拍摄姿势（角度）等POS信息的照片，需要通过“中转站”对照片进行处理。使用专业的平面效果构建3D模型软件可以将照片处理成点云数据。本文以该软件为例。

1.对齐照片：根据每张照片的经度、纬度、高度和角度来恢复每个镜头的位置。如图所示，蓝色镜片图呈锯齿状排列▼

2. 建立密集云：将计算每个点之间的关系，每个识别出的点将包含在密集计算中。

3、生成网格：利用各点之间的矢量函数关系，根据实际情况将它们连接起来，构建点、线、面的3D模型。

4.生成纹理：根据构建密集云时的数据，将平面图像分配给3D模型。此时模型已经有了内部结构和外部图像，初步的3D模型已经形成。

至此，带材质覆盖的点、线、面3D模型就已经在中呈现出来了。该软件可以导出多种格式的文件。点云文件将被导出并加载到 中，并且可以将其转换为具有高程属性的 CAD 3D 视图。得到线模型，即带有高程点的三维CAD模型。

③ BIM模型获取土方量

1、将3D CAD模型导入Revit软件，在3D视图中会生成一个模型，即“原始地貌模型”。

2、如何根据“原始地貌模型”获取土石方的开挖、填筑量。有以下两种方法：

“建筑楼层”命令

一个。将“原始地貌”的创作阶段设置为“现有地貌”；

b.在体量和场地选项卡中选择“平坦区域”命令，在弹出的对话框中单击“创建与现有地形表面完全相同的新地形表面”，然后单击原始地形的复选框即可确认;

c.在体量和场地选项卡中选择“建筑楼层”命令。我们参考现有的基坑沟槽二维图纸，采用画轮廓、设置标高、坡度的方法，自行绘制楼层草图并勾选确认。 ，此时新创建的地形为“新结构”；

d.点击“新建建筑”地形，软件会自动选择“新建建筑”和“现有建筑”之间的土方体积，左侧属性栏会显示“净挖/填方”、“填方”、“净挖/填方”的值“断面”，这些数值分别是“挖填净值”、“填方”和“开挖”，则直接显示土石方的开挖、填方和挖填净值；

e.最后需要提到的是，这种方法有一个缺陷：你不能在新建的“建筑楼层”的基础上继续编辑地形，也就是说，我们的地形需要在同一个区域就地编辑一次。

平面区域命令

一个。将“原始景观”的创建阶段设置为“现有”。

b.在“体量和场地”选项卡中选择“平坦区域”命令，在弹出的对话框中单击“创建与现有地形表面完全相同的新地形表面”或“仅基于周长的新地形表面”点。”这时我们参考已有的基坑沟槽二维图，采用消除原地形高程点和开挖后创建高程点的方法来创建我们要开挖的地形面，并校核框进行确认。

c.点击“新建建筑”地形，软件会自动选择“新建建筑”和“现有建筑”之间的土方体积，左侧属性栏会显示“净挖/填方”、“填方”、“净挖/填方”的值“断面”，这些值分别是“挖填净值”、“填方”和“开挖”，则直接显示土石方的开挖、填方和挖填净值。

d.基于此方法，可以继续编辑地形。如果要继续挖掘和计算，请删除原来的“现有”地形，并将编辑后的“新结构”地形创建阶段设置为“现有”。后续方法如上。

BIM土方测量技术的优势

传统的土方计算方法存在计算量大、计算精度低、数据量大等缺点。但它采用的是“根据地形特征划分区域——近似化简——采用适当的测量方法获得地形三维特征数据——最后通过三维重建”。以“通过结构方法获得计算结果”为思想的BIM方法可以实现快速、准确的计算方法，可以实现“实际与模型准确对应”、“所见即所得”。随着摄影成像技术的迅速崛起，国内外一大批优秀的摄影成像软件都具备了一定的模型分析和计算能力。未来，从地形测量到获得土方计算结果的人力成本和时间成本将大大降低。同时，测量精度也会比传统的测量方法高很多。

BIM在土方平衡中的应用前景

土石方开挖、填方量成本分析

使用BIM建模方法模拟土方开挖和回填。基于直观、有效的土方开挖、运输分析计算，实现精准、精细的土方平衡计算，节省解决纠纷时间，控制工程成本。发挥重要作用。

土方施工模拟

在REVIT中计算土方模型后，同时建立土方机械模型（挖掘机、土方汽车），利用内置体积模型模拟单元土方汽车逆序铺设土方，整个模型被导入或用于创建演示动画。

编制土石方施工方案

利用组合施工动画创建初步施工进度表，并通过演示（尽可能考虑到现场的每一个实际情况）获取现场车辆运行路线、路线碰撞等预测信息，不断优化施工方案基于此信息。