BIM技術(shù)中建筑工程可視化應(yīng)用方法及價(jià)值探討

魏英洪

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300142)

隨著計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)及信息技術(shù)的快速發(fā)展，建筑信息模型(BIM)技術(shù)已經(jīng)成為目前建筑工程行業(yè)的熱門技術(shù)。BIM基于三維的協(xié)同設(shè)計(jì)模式，設(shè)計(jì)成果承載大量信息，將給建筑工程各階段的相關(guān)方帶來(lái)全新的價(jià)值體驗(yàn)，注定將成為建筑工程領(lǐng)域的主流技術(shù)。BIM三維設(shè)計(jì)模式可更好的展現(xiàn)設(shè)計(jì)師的意圖，其成果可直接被可視化應(yīng)用，使得項(xiàng)目的設(shè)計(jì)審查更便捷、直觀，避免了重復(fù)建模人力資源的浪費(fèi)和時(shí)間的延誤，因此，建筑可視化是BIM技術(shù)公認(rèn)的一項(xiàng)重要應(yīng)用價(jià)值。討論結(jié)合BIM設(shè)計(jì)成果實(shí)現(xiàn)可視化的幾種方式，以及各自的特點(diǎn)，并對(duì)其主要可視成果應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行探討。

1 BIM建筑可視化應(yīng)用方案

1.1 基于Revit設(shè)計(jì)軟件可視化

Revit設(shè)計(jì)軟件是目前國(guó)內(nèi)主要BIM應(yīng)用軟件之一，以此軟件為例，實(shí)現(xiàn)可視化的基本方法有兩種，一種是三維設(shè)計(jì)視圖中使用“真實(shí)”視覺(jué)樣式，該樣式實(shí)時(shí)顯示Revit中的材質(zhì)和紋理，便于設(shè)計(jì)過(guò)程中的可視。另一種是渲染模型以創(chuàng)建照片級(jí)真實(shí)感圖像。Revit設(shè)計(jì)軟件自身具備材質(zhì)、燈光、環(huán)境配景、渲染等相關(guān)技術(shù)要素，采用mental ray＆reg渲染引擎，保障了高質(zhì)量的渲染效果。渲染的速度受模型圖元數(shù)量、詳細(xì)程度以及渲染視圖區(qū)域大小的影響，渲染的性能受光源數(shù)、光源形狀、陰影柔和度、間接照明以及用剖面框和燈光組來(lái)控制渲染的模型數(shù)量影響。通過(guò)Revit自身的渲染功能，可在設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)定任意的相機(jī)位置和視角，設(shè)計(jì)師可直接獲得效果圖和動(dòng)畫視頻，用來(lái)檢視設(shè)計(jì)(如圖1、圖2、圖3所示)。

圖1 Revit中的三維視圖

圖2 Revit的渲染

此外，Revit還具有漫游功能，通過(guò)創(chuàng)建相機(jī)路徑，并創(chuàng)建動(dòng)畫或一系列圖像，向客戶展示模型，但該功能的效率受到系統(tǒng)硬件及模型文件大小的影響，且導(dǎo)出的圖像只是基于視圖的基本顯示效果(如圖4所示)。

圖3 Revit的渲染設(shè)置

圖4 平面視圖中創(chuàng)建的相機(jī)路徑

1.2 基于Navisworks的實(shí)時(shí)交互式可視化

在歐特克的BIM軟件體系中，還有一個(gè)輕量化的可視管理軟件Navisworks，該軟件可與Revit實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的銜接。Navis文件保留了Revit模型以及構(gòu)件的屬性信息，舍棄了構(gòu)件之間的關(guān)聯(lián)計(jì)算，文件尺寸得到了精簡(jiǎn)和優(yōu)化。軟件提供了材質(zhì)、燈光、基本環(huán)境、RPC物件等設(shè)置，渲染的速度和效果也得到提升，可以生成高質(zhì)量的效果圖和動(dòng)畫，滿足了建筑可視化審查的需要。

此外還提供了基于實(shí)時(shí)的圖形交互操作的環(huán)境，方便使用者以第一人稱視角進(jìn)行漫游檢視，形成了建筑可視化配套應(yīng)用，幫助設(shè)計(jì)師更高效的去實(shí)時(shí)檢查設(shè)計(jì)(如圖5所示)。因此，可以說(shuō)歐特克的BIM軟件體系是較為完整的，充分考慮了建筑可視化在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用需求。

圖5 圖形交互操作環(huán)境

1.3 基于傳統(tǒng)的三維動(dòng)畫制作軟件可視化

BIM具有較好的數(shù)據(jù)交互性，可以導(dǎo)出常用的三維數(shù)據(jù)交換格式文件，完全可以滿足BIM模型與其他三維制作軟件間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。導(dǎo)入專業(yè)三維動(dòng)畫制作軟件后，再進(jìn)行傳統(tǒng)的可視化制作，獲得高質(zhì)量的圖像、動(dòng)畫視頻，以及生成虛擬現(xiàn)實(shí)等產(chǎn)品，用于建筑的高端展示。當(dāng)然，采用這種方式，制作較為繁瑣，尤其是虛擬現(xiàn)實(shí)的制作，需要更多的制作步驟，也將付出更多的時(shí)間代價(jià)。

1.4 基于lumion三維圖形平臺(tái)交互式實(shí)時(shí)可視化

以往建筑可視化的應(yīng)用長(zhǎng)期處在渲染高質(zhì)量圖像，耗費(fèi)大量時(shí)間的困境中，這種處境與計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展水平息息相關(guān)。圖形計(jì)算以往受限于顯卡的計(jì)算能力，需要通過(guò)CPU的計(jì)算才能獲得更準(zhǔn)確的圖像表達(dá)。然而，圖形的顯示是與GPU的計(jì)算性能相關(guān)的，隨著GPU硬件性能的提升，許多軟件商致力于利用GPU的計(jì)算能力來(lái)實(shí)現(xiàn)更接近于渲染后表現(xiàn)效果的實(shí)時(shí)顯示，這其中建筑可視化軟件Lumion就是這樣一款優(yōu)秀的實(shí)時(shí)3D可視化工具，其效果可用來(lái)制作電影和靜幀作品，涉及到的領(lǐng)域包括建筑、規(guī)劃和設(shè)計(jì)。Lumion可以提供優(yōu)秀的圖像，并將快速和高效工作流程結(jié)合在一起，為設(shè)計(jì)師節(jié)省時(shí)間、精力。采用lumion制作可視化產(chǎn)品也是目前建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的一種方法。

考慮到BIM技術(shù)的重要地位，lumion提供了與Revit集成的數(shù)據(jù)交換插件，以便更全面地獲得BIM設(shè)計(jì)模型及材質(zhì)信息。lumion與Revit的配合使用，可以快速地對(duì)轉(zhuǎn)換后的建筑模型(Dae格式)進(jìn)行材質(zhì)的替換、地形的制作、場(chǎng)景配景的布置，利用軟件的陽(yáng)光系統(tǒng)迅速地形成高質(zhì)量接近渲染后效果的實(shí)時(shí)圖像。也可以對(duì)設(shè)定的視角進(jìn)行高質(zhì)量的渲染，獲得更細(xì)膩的渲染圖像，當(dāng)然這需要耗費(fèi)較多的時(shí)間。由于其出色的表現(xiàn)效果以及實(shí)時(shí)的特性，方便了設(shè)計(jì)師與客戶之間的溝通(如圖6所示)。

圖6 lumion的實(shí)時(shí)顯示示例

1.5 基于Artlantis的交互式全景可視化

在此介紹另一種實(shí)時(shí)的交互式全景可視化的方案，那就是BIM(Revit)+artlantis studio+Ivisit3D結(jié)合應(yīng)用。

Artlantis是一款可視化渲染引擎，用于建筑室內(nèi)和室外場(chǎng)景的專業(yè)渲染，采用了FastRadiosity(快速輻射)引擎，具有超凡的渲染速度與質(zhì)量，Artlantis與SketchUp、3DMAX、ArchiCAD、Revit等建筑建模軟件具有較高整合度，方便了設(shè)計(jì)師利用BIM軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，應(yīng)用Artlantis進(jìn)行可視化。

Artlantis主要面向?qū)I(yè)的建筑設(shè)計(jì)，提供真實(shí)的基于硬件和燈光的三維現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)，高質(zhì)量的動(dòng)畫及靜幀渲染。基于‘FastRadio’引擎可在預(yù)覽窗口快速顯示渲染后的效果。3D物體和貼圖素材可通過(guò)簡(jiǎn)單的拖拽就直接在預(yù)覽窗口中應(yīng)用，這使得用戶能快速設(shè)置場(chǎng)景，掌控建筑裝飾材料的選擇，超高的渲染質(zhì)量提升了可視化的效果。

此外，Artlantis還可設(shè)置任意數(shù)量的相機(jī)，并生成這些視點(diǎn)位置360°渲染后的全景觀察，滿足設(shè)計(jì)師或?qū)彶檎邔?duì)建筑設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)檢視。基于flash技術(shù)的全景展示實(shí)現(xiàn)了跨平臺(tái)的應(yīng)用，可流暢的運(yùn)行在IOS和安卓平板設(shè)備上，方便了移動(dòng)應(yīng)用。基于真實(shí)地理位置、朝向和具體日期時(shí)間的日照設(shè)置，可以幫助設(shè)計(jì)者更準(zhǔn)確地觀察建筑內(nèi)外的日照和陰影分析。環(huán)繞VR的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)建筑體的沙盤效果的展示(如圖7所示)。

圖7 artlantis的應(yīng)用

2 各種可視方案應(yīng)用的探討

由于建筑可視化的重要價(jià)值，所以無(wú)論是BIM軟件體系，還是行業(yè)相關(guān)的配套軟件都將此作為主要的功能加以開(kāi)發(fā)，大大拓展了設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)可視化的技術(shù)途徑，方法和目的也各有特點(diǎn)。通過(guò)分析，來(lái)探討幾種方案各自的特點(diǎn)(如表1所示)。

表1 BIM技術(shù)可視化方案對(duì)比

3 結(jié)束語(yǔ)

BIM技術(shù)注定將成為建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的主流，這將或已經(jīng)改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的可視化制作方法和流程，做為BIM設(shè)計(jì)師需要了解和掌握各種可視化制作技術(shù)方法，以適應(yīng)不同的需求。

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