（华信众恒工程项目咨询有限公司，四川 成都 610040）

   关键词：倾斜摄影；三维激光扫描；全过程工程咨询；施工阶段

   1 全过程工程咨询人力资源现状

   全过程工程咨询在投资决策、勘察设计、合约规划、招投标策划、结算支付等阶段均体现出人力资源集中化的特点，已逐步发展成以脑力劳动为基础的技术性行业，对提高企业效益、促进咨询行业发展有着关键性意义。但施工阶段咨询工作作为全过程工程咨询在建设项目实施过程中的重要一环，目前仍依赖于大量基础人工，对现场建设情况的见证、数据的收集需要大量基层工作人员的参与，致使在该阶段的人力资源利用率低，人均覆盖项目投资额小、企业经营成本高。以案例项目原计划投入人员为例，在施工阶段咨询工作投入10名现场工作人员，预计工期2年，项目总投资约8个亿，人均覆盖项目投资额为4千万元/年。而按委托要求的参与现场工作的人员工作量非常饱满，很难再完成额外的工作。因此，如何提高施工阶段咨询工作的人工利用效率、减少在该阶段的人员投入，对优化人力资源结构、节约咨询企业运营成本、提高咨询企业人员平均收入方面有着重要意义。

   2 建筑信息智能化采集技术基础

   2.1 倾斜摄影技术

   倾斜摄影目前较多应用于测绘和规划领域，在工程咨询领域倾斜摄影尚未得到广泛应用。该技术通过对测量对象的多角度拍摄（一般为一个垂直、四个倾斜），形成带坐标和特征连接点的照片，通过计算机对拍摄数据的进一步分析处理，得出建筑带纹理的3D模型展示。该技术不仅能反应出测绘对象高度、长度、面积、角度、坡度信息，也能通过其对不同颜色识别的功能，反映出不同材质的区别以及周围环境情况，如对外墙上的玻璃、石材、外墙漆等进行准确分辨。殷青等提出基于多视角图像的建筑环境信息建模方法，能够较为精细地建立建筑真三维模型。传统三维建模使用3DsMax、BIM（Building Information Modeling）等，相比传统建模方式通过人工建模将建筑物轮廓与高度等信息录入软件，耗费时间长、效率低、耗费人力资源多，且成果模型与实际效果偏差较大的特点，倾斜摄影以大范围、高精度、高清晰的数据采集特点，结合专业数据处理生成测量对象的3D模型，大大提高了建模效率和建模质量。图1为利用Cass3DPlus对倾斜摄影拍摄成果进行处理的案例，可见通过软件的处理，不仅对照片中房屋的外部轮廓进行转换，还能清晰分别出挑阳台等从单纯的平面拍摄无法分别出的结构，对临近的建筑物也做出了明显分界。

图1 CASS3DPLUS处理倾斜摄影成果过程

   2.2 三维激光扫描技术（3D Laser Scanning Technology）

   三维激光扫描技术采用逆向三维建模及重构技术，通过固定式设备或移动式设备，全自动地获取测量对象高精度立体三维坐标信息（点云数据），再利用计算机重构模型，其形成的点云数据精度可达到1mm级，该技术在高精度安装领域已经得到应用。石力文等将激光雷达扫描的点云数据与BIM数据结合，提出一种三维激光扫描技术与BIM相结合的古建筑测绘方法。因其具有非接触主动式、快速扫描、数据采集的高密度性、穿透性等特点，能解决人员无法到达测量目标的问题。其穿透性也可以对植被等干扰测量结果的要素进行屏蔽。其中3D-SLAM全称为三维空间内同步定位与地图构建（3D Simultaneous Localization And Mapping），因其无需大量标记地物特征点，具有能在GPS信号中断的情况下正常作业的技术特点，应用最为高效。

   三维激光扫描技术又分机载式、车载式、地面式、背包便携式扫描设备，其中机载式、地面式和背包便携式对工程项目的应用价值最高。图2是通过背包便携式3D-SLAM扫描某建筑物平面后在Rviz软件中的处理结果，其对建筑物内布局、尺寸反应程度已经能直接用于BIM接口。

图2 三维激光扫描成果

   2.3 BIM（Building Information Modeling）技术

   BIM是以三维图形为主的工作模式，在方案设计、初步设计、施工图设计以及施工准备阶段，将原来需要的多张施工图纸转换成一个三维立体模型呈现，不仅优化了施工图纸还提前预判了实际施工过程中可能出现的问题，比如设计图纸可能会导致实际施工中专业出现的碰撞、安置大型机械的位置、施工进度能否按计划进行。在施工实施阶段，BIM可以作工程量的统计，把实际的进度与虚拟的进度进行对比，对工程项目的质量与安全进行管理，同时构建竣工模型，以完成全部合同中规定的施工安装任务，达到验收、交付要求为目的。在运营阶段，BIM可以建设运营系统，对建筑设备运行、空间、资产进行管理，达到保证建筑项目的功能、性能满足正常使用的要求。为更好地把控建筑全生命周期，BIM用数字化表达建筑物实体与其功能特性，可以达到对施工管理的精细化、施工质量的提高、工作效率的提高，还对节约成本和缩短工期起到了很大的作用。

   2.4 建筑信息智能化采集云管理系统

   云管理系统是整个建筑信息智能化采集的核心，起到项目施工阶段管理大脑的作用，该系统不仅能整合上述各种信息采集方式输出的数据内容，更重要的是能通过云技术，对数据进行整理、分析、呈现和判断。通过不同项目数据的堆叠，系统会通过已收集数据进行AI自学习，不断丰富和优化系统判断逻辑。云管理系统的开发核心是将工地现场的数据通过在现场机械设备上增加数据输出终端和增设如无人机、三维扫描仪等设备，组成物联系统，对数据进行收集处理，并结合以本公司开发的“智慧造价”软件为接口的造价大数据进行逻辑判断。将包括质量、安全、进度情况，通过智能化收集系统收集到的数据进行实施监控，一旦出现数据非正常波动，即进行警告提示，反映出进度滞后超判断阈值、安全风险超判断阈值、质量偏差超规范要求等情况。云管理系统运行流程如下图3所示。

图3 云管理系统运行流程

   3 建筑信息智能化采集在施工阶段的应用

   在整个施工阶段中，通过倾斜摄影、三维激光扫描以及现有智慧工地终端反馈的实时数据，云管理系统通过与BIM实现接口，将实时数据不断输入BIM，对建筑模型进行动态更新，并由BIM输出相关工程量和未来模型碰撞信息。同时，云管理系统通过以智慧造价等软件为代表的大数据对进度投资完成情况、安全保持情况、质量完成情况进行判别计算，以实现云管理系统的逻辑分析能力。

   3.1 在土石方阶段的应用

   项目开工后在场平土石方实施阶段需要对场内原地貌进行复测，在土石方挖填完成后需要进行土石方竣工测绘，如实时过程中遇明显土石分界，又无其他资料进行佐证的情况，还需进行过程测绘。以场内面积10000m2的测绘目标为例，使用传统GPS仪器进行测量5m精度方格网为400个测量点，每个点考虑步行时间和操作时间以15s计算，需要近2个小时才能完成测绘工作，若考虑参与见证监督人员，则该耗费的人力资源会成倍增加。而采用以实时差分定位无人机（Real - Time Kinematic Aircraft）为核心的航拍测绘，可在半小时完成该区域的土石方测绘，并接入CASS等土石方计算工具按需要进行土石方计算数据的输出。其操作和见证难度小，且避免了人工现场操作面临的安全风险，相比传统人工现场测绘效率大大提高，并且涉及测量面积越大，效率提升越明显。

   通过上述无人机RTK航测设备对案例项目三个地块约170000m2面积的土石方进行原地貌测绘，在约2小时内即完成现场高程坐标数据的采集和确认。按照传统GPS测量方式预估时间约28小时，节约工作时间26小时。就案例项目来说，土石方收方同时需咨询单位两人见证参加，需监理单位两人参加、施工测量人员一人、代建单位一人、业主单位一人，共七人一个组，安此计算可节约的时间达到182小时，按8小时工作制计算，共节约22.75天的工作时间。

   3.2 在基础施工阶段的应用

   在主体工程开工后，对基础工程进行全程监控，主要通过实时差分定位无人机和旋挖机等机载终端物联系统实现。在基础沟槽基坑开挖完成后，即遥控RTK无人机对验收区域进行测绘，与上一节点地貌数据进行对比计算，得出开挖沟槽或基坑的断面数据，并可以通过cass直接导出土石方挖填工程量。

   对桩基础实施主要采用物联技术，将旋挖钻机等机载终端作业数据通过5G网络向远程数据终端实时传输，不仅能收集旋挖钻机的钻进深度，还能实时了解钻进速度曲线，根据钻机反馈的钻进难度对地表下实际岩土情况进行判别。

   通过上述设备，在基础实施阶段对数据进行遥测或远程终端反馈，大量节约了人工采集数据的无效时间。根据案例项目在数据收集过程中不同方式的对比分析，按桩基础每次验收7根桩为例，人工采集数据大多数为无效时间，主要体现在从原始位置步行至收方节点位置的时间，步行时间约占总时间的40%，测量操作记录时间占40%，影像记录、复核测量工具占20%，且受工地地面情况复杂、天气或其他因素的影响，人工采集数据存在一定安全风险。而采用信息采集方法收集数据，从根本上节约了步行时间和影像记录、复核测量工具的时间。同时，在测量操作记录时间上，由于其对旋挖机钻进数据是实时监控的，结合云管理系统进行动态逻辑判断，操作记录时间几乎为零。本项目未实现云系统的共享，故消耗的时间仅是从系统中提取相关数据并又由各方确认，总时长至少压缩至原时长的10%。

   遥测方式对工作效率的提升还体现在对现场质量动态跟进。以实际案例项目为例，在施工单位通知进行验槽后，按原计划应由施工单位自检合格之后，报监理单位初验，监理单位认为满足质量要求后，通知各方进行验槽。但在实际操作过程中经常发现施工单位并未完成工作，如沟槽开挖后并未完成清底便通知各方单位到场进行验槽，致使大量人员在现场等着施工单位清理，造成大量人力资源的浪费。而采用RTK无人机进行相关开挖沟槽高程坐标收集的方式，可通过影像动态直观了解现场完成情况，对不满足验收要求的内容不予确认，节约了大量人力资源。

   3.3 在主体实施阶段的应用

   对主体实施阶段主要通过固定式、背包式和机载式三维激光扫描技术对现场实施情况按节点进行数据采集，反映现场实时进度，同时检查现场实施情况与施工图纸的符合性。在项目主体实施的每个验收节点，使用固定式和机载式系统进行多角度激光扫描，形成实体工程对应的点云数据，此阶段收集的点云数据作为BIM与第二阶段室内3D-SLAM背包式激光扫描系统扫描的室内切面点云数据共同作为建模基础，通过接口与BIM实现转换，从而实现将现场实际建设情况通过无人机的扫描转化为对应清单计量规则对应工程量完成情况的目的。其中3D-SLAM在该阶段意义较大，3D-SLAM全称为三维空间内同步定位与地图构建（3D Simultaneous Localization And Mapping），该技术的特点是无需大量标记地物特征点，能在GPS信号中断的情况下正常作业，对于室内结构、装修、特别是地下室内的切面点云数据采集起到非常重要的帮助。在案例项目中，通过该系统扫描发现某一房间内清水天棚存在明显起伏，房间内不同位置层高不一致，后分析为施工时模板支撑不足导致浇筑混凝土层高超规范允许范围的质量问题。

   3.4 在现场安全管理方面的应用

   采用机载式倾斜摄影系统对施工现场情况实时抓拍，通过识别安全帽等安全措施是否到位，对现场安全施工进行监督；通过红外探头对现场温度异常区域进行识别，预警异常动火用电等危险情况；将现有智慧工地中进出人员门禁系统、塔吊运行监控等通过附加终端接入信息采集云管理系统，可实时监测现场人员、机械场内作业情况，通过系统AI逻辑分析，对有安全风险和安全隐患的行为及时预警，避免安全事故的发生。

   4 结语

   通过利用倾斜摄影和三维激光扫描技术，对现场质量、安全、进度、投资进行动态监控，让施工阶段全过程工程咨询工作解放了大量人力资源，且现场工作仅为操作、维护设备，数据处理均由后台在云管理系统基础上进行流水化作业，达到了节约人力资源、提高人员单位价值的目的。此外，通过该方法可优化造价行业在全过程工程咨询中的人员配置结构，减少了低产值工作岗位，对提升投资决策、合同策划等其他阶段的人均服务价值，促进造价咨询企业在全过程工程咨询领域的核心化发展有积极意义。

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