亳州市自然资源和规划局谯城分局安徽省236800
摘要：三维模型作为建设智慧城市的重要数据类型，随着建模技术的快速发展，倾斜摄影测量技术、BIM作为现有的三维模型建立的手段，致力于智慧城市的发展。文章重点就倾斜摄影测量与BIM在智慧城市建设中的应用展开分析。
关键词：倾斜摄影测量；BIM；智慧城市；应用
在智慧城市的建立过程中，所有实体信息均以二维平面图或者三维模型为载体而呈现，如何利用现有的载体承载最新最完善的实体信息变得尤为重要。三维模型作为智慧城市基础信息的有效载体，目前常用的建模类型可以分为：地貌表面模型构建、地表建筑物模型构建、地表附着物模型构建。建筑、桥梁等实体是智慧城市的重要地表建筑物组成部分，包含了城市的大量信息，其变化日新月异，同时必须满足多分辨率、多尺度、多时空、多种类的应用，怎样既能直观看到其三维模型，又能直观展示属性信息，就需要现有的三维建模技术的综合应用。
一、倾斜摄影测量技术与智慧城市建设
（一）倾斜摄影测量技术
倾斜摄影测量技术主要是通过应用飞行器上的传感器，在飞行过程中，从不同的角度对建筑物的影像进行采集，进而获得地面建筑物的全面综合数据，数据通过整合处理之后，逐渐形成实景三维影像。与一般的航空飞行摄影相比，倾斜摄影测量技术在航拍过程中能够直观地获取建筑物的立面影像，让影像更加的直观简单。该技术所呈现的实景三维影像效果真实逼真，能够全面地展示建筑物的纹理和具体形状，且呈现效果符合人类的感知习惯，所拍摄的实际数据经过处理之后，能够展示具体的坐标位置，这样能够对坐标、建筑物的长度以及高度、建筑物的实际面积等进行直接测量，有效弥补传统建模获取数据时的缺陷。
（二）技术应用
1.城乡风貌展示
在倾斜摄影测量技术还未广泛应用之前，一般对城市风貌进行展示时，主要是选取具有代表性的场景，再选择较为恰当的角度拍摄相关照片和视频，最后进行后期的解说。这个过程会受到一定的条件限制，且该方式并不能直观地反映出建筑物的真实风貌，随着倾斜摄影测量技术的应用，有效改善了这一问题。该技术通过无人机获取相关数据，在空中的高度和角度能够结合实际需要进行调整以及设置，所拍摄的影像能够更加直观地展示一个区域当中的原始风貌，与三维模型相结合，其展示效果是传统方式所不能比的。
2.传统和历史建筑保护
中国有着悠久的历史文化，在长期的历史发展过程中，保存有大量完整的历史建筑遗迹，传统的历史建筑是民族文化的延续以及传承。因此，必须要不断加强全民保护意识，相关部门应当采取多样化的方案措施，且要具备高度的责任心。与西方欧式建筑相比，中国大多数的传统建筑几乎都是以木材结构为主，因材质的原因，使得建筑物更容易受到气候因素的影响，很容易受到破损。当前，由于多方面的原因，文物保护名录当中的建筑物只是中国所有建筑物当中的一小部分，越来越多的历史建筑逐渐处于无人看管的状态，很多建筑物年久失修。因此，维修工作刻不容缓，想要做好维修管理工作，获取全面的影像资料是前提，在日常维修以及重建工作当中，精准的一手资料能够起到关键性的作用。通常，大部分的传统建筑物因为年代比较久远，在建造时的设计图纸已经丢失，而采用倾斜摄影测量技术能够真实全面地获取三维影像，能够最大程度上保存建筑物的纹理细节。且在维修过程中，还能够保持其独有的特质，许多的仿古建筑在实际建造过程中，因为不注重其中的细节及纹理，才会呈现出一种不够真实的感觉，与修建初衷不一致。此外，目前的激光扫描技术能够对建筑物的室内外进行全面的扫描，建立清晰完整的三维影像，这样利于之后的修缮维护工作，目前，三维影像库的建立方法已经为广泛应用于历史建筑工作中。
3.规划辅助决策
在城镇建筑规划建设中，规划审批是其中极为重要的一部分，不管是何种地块建设，一般都会有共性需求，主要是与周边环境之间的相互协调性。在BIM技术诞生前，协调性带有强烈的人为主观意识，BIM技术诞生之后，三维环境能够对建筑物的尺度、高度以及形态等进行全面的对比，对建筑方案以及具体协调性、优劣性作出判断，最大程度上保障规划方案的真实有效性，为其提供强大的技术支撑。BIM主要是人为建模，因此，当建筑物较为复杂且年代较为久远的情况下，BIM技术不能够很好地展现其细节，尤其是建筑物的纹理、色彩等。而倾斜摄影测量技术采用多个角度形成三维影像，能够与实际场景保持一致，在这样的环境中，能够全面地反映设计规划方案的真实可靠性，能够为决策规划提供一定的辅助作用。随着城市化的进程越来越快，许多城市逐渐形成了城市战略规范方针，即城市在快速发展过程中，主要是向外扩张，其主要任务便是城市规划建设，不断落实城市设计，除了正常的规划之外，还应当跟进更新完善工作，这不是进行大型项目的拆建，而是在不改变城市格局的基础上，对相关配套设施进行完善，逐渐丰富其使用功能，以和谐发展为前提，进行恰当的改造工作，让城市更加富有活力，让历史得以延续，带给生活在这个城市当中的人更多不一样的感受，甚至能够在这座城市当中寻找到属于自己的乡愁及记忆，喜欢上这座城市中的每一个角落。与以往粗犷式的建设规划不同，现代城市建设更像是精耕细作，在不断完善及调整相关功能的基础上，还应当不断优化其协调性，在以往二维条件下很难对其进行判断，随着三维空间技术不断的发展与完善，提供了更多的可能性，且技术手段也在不断的更新与完善，在原有的基础上进行设计与规划，不仅简单而且直观，使得城市当中原来的风貌和改进的部分共存，且能够在三维技术上进行改进和编辑，所采用的设计规划方案与实际达成一致。再加上动态展示效果，能够更加生动形象地展示出城市风貌，就像是在看3D电影一样。此外，倾斜摄影测量技术还能够运用于街道改造、广告设置中，在改造前，相关设计人员可以对现场实景照片进行采集，以原有的施工图纸为前提，以往的改造设计效果较为一般，审批人员不能够精准进行判断决策，采用倾斜摄影测量技术能够有效减少工作量，且获取影像也是全方位无死角的，设计人员可以通过三维影像进行设计，为决策者提供更为精准的决策依据。
4.违章建筑监测
随着城市化进程的不断加快，城市当中的各项违章建筑层出不穷，虽然相关管理部门也采取了一定的措施进行全面整治查处，但是由于多方面的原因，监管力量有限，导致城市当中的违章建筑仍然不能得到有效解决。违章建筑既对城市市容产生了很大的负面影响，也极大地扰乱了城市建设过程中的秩序，目前，违章建筑相关信息主要来源于一些人员的举报和工作人员的巡查，对于空间密闭以及屋顶上的相关违章建筑，巡查工作很难开展，业主在不配合的情况下很难进行取证。因此，也很难依法处置。随着无人摄影技术的不断发展，可对相关违章建筑采取全方位无死角监测，有效提升工作效率，通过对比两次影像图，便能够确定违章建筑信息，对违章建筑信息进行真实有效的记录，最大程度上杜绝私建乱搭的情况。
二、BIM与智慧城市建设
（一）BIM的概述
BIM，全名为BuildingInformationModeling，中文译为建筑信息模型，是以建筑工程项目的单项工程基础参数来搭建建筑模型，通过数字信息仿真模拟出所需的建筑物形象。BIM技术将传统的建筑二维图纸立体化，以二维建筑绘图为基础，在建筑平面图绘制过程中添加建筑参数，随时生成三维立体模型，经过渲染后达到真实的建筑效果。这突破了一直以来的平面建筑设计的局限，让建筑在设计初期就可以呈现在建设方的面前，将各项工程造价参数在模型中显示，在工程招投标阶段给予评标委员会更好的评标效果。BIM的重要特征是参数化设计与数据一体化管理，BIM本身就存储着大量的建筑参数，可以作为建筑三维可视化的多维信息数据库处理平台。在工程的全过程建设中，采用BIM技术能够实现建筑全生命周期的数据信息管理，通过对数据的分析，及时对建筑各项设施进行随时反映；BIM技术在创建、计算、管理、共享和应用海量工程项目基础数据方面具有前所未的能力。
（二）BIM与智能建筑
在智慧城市中，有两个关于建筑的概念，智能建筑和智慧建筑。智慧建筑是智能建筑的发展目标。总的来说，智能建筑是拥有储存信息能力的单体建筑，缺乏数据分析与决策能力；而智慧建筑是在智能建筑的基础上，除了必备的数据存储能力之外，可以通过深度学习进行数据的处理与分析，实现类似人工智能的自动化运作。需要说明的是，智能建筑与智慧建筑指的不是建筑本身建筑材料的改变，使建筑智能化，而是对建筑内各个运行系统的智能化管理，诸如智能化集成系统（IIS）等。就目前而言，智慧城市的建筑设施建设以智能建筑为主，智慧城市离不开智能建筑。BIM技术可以成为智能建筑的设计基础与运作平台。首先，绿色建筑是智慧城市建筑的建筑基本标准，BIM依靠其自身的参数化设计可以为绿色建筑的设计提供便利，有利于建筑建设中的材料控制与建筑质量的掌控；其次，BIM技术对模型中的每一个构建都有特定识别能力，这样就可以依托BIM技术在建筑使用期间对建筑每个构件进行信息化管理，通过对构件的实时数据信息管控，及时发现建筑可能存在的问题，并立刻作出调整，达到建筑智能化。
（三）BIM与智慧城市
BIM技术的出现，让城市建设从基建设施建设开始就达到了智能化。首先，在城市的基础设施建设中，基于BIM的智慧工地建设，通过BIM技术进行施工场布置。在平面与空间上为施工场地提供布置规划，在施工进度计划编制时，将每一个场布情况用BIM5D表达，进行工程的施工模拟与可视化交底；其次，BIM最具优势的特征就是碰撞的计算，尤其是建筑各机构、机电设备等碰撞点的设定和建筑预留孔洞的设计。在建设初期，根据施工图纸进行综合建模，降低设备安装阶段设计变更的可能性。最后，由于BIM的数据化、参数化，在与物联网、云计算等大数据技术的结合后，以BIM5D为平台的监管平台可以在施工场地之外，对施工进度进行远程监控与及时调整，优化施工效率与进度。
智慧城市的发展需要做到城市基础设施智慧化，城市基础设施信息化在很大程度上需要以BIM技术为基础来实现。BIM通过自己的可视化、参数化以及信息化，可以把基础设施的数据进行整合，尤其是在城市地下管线的布设中，利用BIM技术可以建立完整的城市地下管网信息数据库，对城市地下管网的信息管理系统进行建设，有利于城市后期的管网运行与改造。通过BIM可以对管网进行合理布设，可以优化管网的利用率以及老化率，为城市建设提供有力的技术支持，有利于城市地下空间的发展。
（四）基于BIM的工程全生命周期管理
智慧城市的建设还是需要落实到实体建设中，这就要考虑到工程项目建设的管理问题。而BIM技术在本质上还是一种数据化的建筑信息模型技术，基于BIM技术可以在工程项目的设计、招投标阶段拿出实际的可参照建筑模型与工程量清单，相较于传统的CAD图纸设计，可以提高工程招投标的效率与质量；在工程建设、验收、维护阶段可以通过BIM5D技术对工程建设过程进行实时监控与管理，极大地提高了工程建设的效率。因此基于BIM的工程全生命周期管理是可以适用于智慧城市建设的高效率方式，今后将成为工程建设的新型管理方法。
三、BIM与倾斜摄影测量在智慧城市建设中的应用
（一）基于倾斜摄影测量技术建立三维模型的技术过程
图1基于倾斜摄影测量建立三维模型流程图
倾斜摄影测量技术通过从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度同时采集到地理实体的影像数据，获取该地理实体丰富的纹理信息。基于倾斜摄影测量技术建立的三维模型称为实景三维模型（如图1所示），反映了真实的地物周边情况，可以实现多个视角观察地物，可以进行距离、角度、面积、坡度等量测。高效的数据采集设备、系统化的数据后处理平台，使得实景三维模型的建立实现了高效、高精度的产业需求，成为智慧城市的一种重要基础数据。
（二）BIM技术
BIM（BuildingInformationModeling，建筑信息模型）是利用数字模型对项目进行设计、施工和运营的过程，也就是说，BIM是以模型（如图2所示）为载体，承载建筑物整个生命周期内的所有信息。应用于BIM建模的软件众多，不同软件的格式不尽相同，在智慧城市的建立过程中，格式的不同势必带来模型转换的困难。IFC（IndustryFoundationClass，数据交换标准）作为国际建筑行业中的工程数据交换标准，为智慧城市的建立解决了三维模型格式转换的问题。IFC整体由四个层次构建，从下到上分别是：信息资源层、信息框架层、信息共享层和领域层。每个层次都包含一些信息描述模块，并且遵守一个原则：每个层次只能引用同层次和下层的信息资源，而不能引用上层资源。这样上层资源变动时，下层资源不受影响，保证信息描述的稳定。
图2基于BIM建立三维模型流程图
（三）实景模型与建筑信息模型的比较
倾斜摄影测量技术与BIM作为智慧城市建设中的重要技术手段，均可以获得三维模型，作为智慧城市的基础数据，但是两种三维模型在数据源、包含信息、坐标系等方存在很大的差异。
总之，基于倾斜摄影测量技术获得的实景模型，直观地为智慧城市的建设提供了大范围真实的地理环境，建筑信息模型贯穿于建筑物整个生命周期，承载了建筑物在设计、施工、运营的整个生命过程中的所有信息，为智慧城市的建设提供了丰富的全面的建筑物信息。智慧城市的建设并不是信息的整合，而是全要素信息的集成、共享和服务，也是现势性与全面性信息的深层次集成，这样的信息集成才是智慧城市建设的初衷。倾斜摄影测量技术与BIM技术的融合，并不是简单的组合，需要两种模型之间有良好的转换环境与转换标准，另外需要解决在模型融合过程中原有信息的遗失或错误。现有软件中有部分三维软件可以满足多种模型的融合，但是依然无法避免由于模型转换带来的信息遗失或错误的问题，这也将是接下来的研究方向。
参考文献：
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[3]李红丽.智慧城市中建筑数据采集方法研究[D].吉林建筑大学，2018