基于BIM可視化漫游仿真技術(shù)在某項(xiàng)目中的研究應(yīng)用

彭天平 （合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230009）

0 前言

2011年，國家將BIM（Building Information Modeling）技術(shù)納入第十二個(gè)五年計(jì)劃之后，BIM技術(shù)的使用越來越廣泛，許多建設(shè)工程項(xiàng)目皆采用該技術(shù)來控制、優(yōu)化項(xiàng)目。

BIM技術(shù)在國內(nèi)最初只是應(yīng)用于一些大規(guī)模標(biāo)志性的項(xiàng)目當(dāng)中，包括建設(shè)期進(jìn)度控制[1]、施工安全監(jiān)控[2]、運(yùn)維管理[3]等，其中對(duì)項(xiàng)目的可視化仿真[4][5]是應(yīng)用和研究的重點(diǎn)之一，無論是設(shè)計(jì)參考還是進(jìn)度模擬等都有較深層次的應(yīng)用實(shí)踐和廣闊的發(fā)展空間。

對(duì)于一些簡單的工程實(shí)體，使用傳統(tǒng)二維投影的方式可很好地將設(shè)計(jì)思路表達(dá)出來，但對(duì)于體量大、層高高、標(biāo)高多的工程而言，簡單的二維投影很難表達(dá)清楚，需借助三維模型表達(dá)。基于BIM的可視化技術(shù)將抽象繁雜的平面2D圖紙，轉(zhuǎn)換成直觀形象的三維立體模型，并提供強(qiáng)大的三維空間轉(zhuǎn)換視角，以軸側(cè)圖為主，可同時(shí)采用旋轉(zhuǎn)、放大和縮小等操作進(jìn)行觀察，更加準(zhǔn)確、直觀地展示了工程各節(jié)點(diǎn)情況。在可視化技術(shù)的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)行碰撞檢測，細(xì)化項(xiàng)目明細(xì)表，渲染模型，在設(shè)計(jì)階段就將建設(shè)期存在的部分問題先行解決；同時(shí)得到的渲染圖也讓業(yè)主能更加直觀的全方位的觀察到建筑完工的形態(tài)，提高其對(duì)項(xiàng)目的認(rèn)識(shí)和理解。

可視化漫游仿真技術(shù)在工程中的應(yīng)用越來越重要，但是，在模型構(gòu)建細(xì)節(jié)與模型漫游交互領(lǐng)域則存在一些操作難點(diǎn)。本文基于某具體工程項(xiàng)目，運(yùn)用Revit和Fuzor軟件對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行可視化仿真模擬，并總結(jié)建模過程中的細(xì)節(jié)難點(diǎn)以及進(jìn)行模型漫游交互的研究。

1 基于BIM的可視化漫游仿真流程

BIM可視化仿真技術(shù)，主要通過Revit、Project、Naviswork和Fuzor的結(jié)合運(yùn)用來實(shí)現(xiàn)（圖1）。首先將傳統(tǒng)的二維CAD圖紙導(dǎo)入Revit，同時(shí)根據(jù)項(xiàng)目的門窗等大樣建立項(xiàng)目族庫。建立三維軸網(wǎng)，調(diào)用項(xiàng)目族，分別創(chuàng)建建筑模型和結(jié)構(gòu)模型，并將兩者融合，得出項(xiàng)目明細(xì)表，再進(jìn)行碰撞檢測，得到碰撞報(bào)告并及時(shí)修改設(shè)計(jì)圖紙。之后導(dǎo)入Naviswork進(jìn)行模擬施工，結(jié)合Project合理優(yōu)化建設(shè)工期。Fuzor作為Revit的渲染插件，利用其加載施工場地模型并制作人物漫游動(dòng)畫，為業(yè)主提供最佳的仿真模擬。

圖1 可視化漫游仿真實(shí)現(xiàn)流程

2 基于BIM的可視化漫游仿真的實(shí)現(xiàn)

2.1 工程實(shí)例

某中心工程項(xiàng)目宿舍、食堂、會(huì)議室和研討室、文體活動(dòng)中心、地下停車場等。建筑面積約41849m2，占地面積為4939.4m2。其中地上建筑面積約為31105m2，地下建筑面積約為10895m2。新建學(xué)員中心地上19層，地下2層，建筑高度79m；裙房3棟地下2層，地上1-3層。主體中心建筑（圖2）造型新穎，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體量較大，管線交錯(cuò)，涉及建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、機(jī)電多方面綜合內(nèi)容的集成應(yīng)用。

圖2 某中心工程項(xiàng)目主體建筑效果圖

2.2 參數(shù)化構(gòu)件

①建立族庫。族是Revit中設(shè)計(jì)所有建筑構(gòu)件的基礎(chǔ)，通過選擇族類型（圖3），如公制常規(guī)模型、基于墻、基于天花板等，可以創(chuàng)建項(xiàng)目中所需的所有構(gòu)建。同時(shí)進(jìn)行族命名和參數(shù)化，在項(xiàng)目瀏覽器中方便系統(tǒng)調(diào)用及管理統(tǒng)計(jì)（圖4）。

圖3 創(chuàng)建族選項(xiàng)

②生成項(xiàng)目明細(xì)表（圖5）。明細(xì)表是根據(jù)建立相應(yīng)的過濾條件，按預(yù)定好的分組顯示情況，將滿足條件的構(gòu)件展示到明細(xì)表上。例如結(jié)構(gòu)構(gòu)件的體積、尺寸、材質(zhì)，結(jié)構(gòu)類型等。明細(xì)表的表達(dá)種類多，有門窗明細(xì)表、房間明細(xì)表以及水電暖通中的管道明細(xì)表、照明設(shè)備明細(xì)表等。同時(shí)，導(dǎo)入構(gòu)件的價(jià)格，可通過明細(xì)表計(jì)算項(xiàng)目造價(jià)，達(dá)到成本控制的目的。

圖4 管理族

圖5 項(xiàng)目明細(xì)表

2.3 碰撞檢測與模擬施工

①碰撞檢測。Revit軟件中的碰撞分析功能相對(duì)于傳統(tǒng)的圖紙會(huì)審和場地碰撞檢查更具有簡易性。在合并結(jié)構(gòu)與建筑模型后，使用碰撞分析，即可在短內(nèi)自動(dòng)生成碰撞沖突報(bào)告（圖6）。

選定沖突報(bào)告中的模型元件名稱，即可轉(zhuǎn)入構(gòu)件三維圖視圖，并高亮顯示（圖 7）。

圖6 碰撞沖突報(bào)告

圖7 碰撞部位反饋

②模擬施工。將三維實(shí)體模型導(dǎo)入Naviswork后，運(yùn)用TimeLiner工具可以添加四維進(jìn)度模擬。添加時(shí)間軸，在Naviswork模型中可通過設(shè)置圖元的出現(xiàn)時(shí)間進(jìn)行模擬施工，按預(yù)先排好的工期，將各流水段構(gòu)件依次輸入。播放時(shí)，就能按設(shè)置模擬。據(jù)此不僅能夠直觀的看到建筑施工的全過程，還能導(dǎo)出施工進(jìn)度表圖，并合理的優(yōu)化工期。

2.4 模型反饋調(diào)節(jié)與漫游交互

①Revit側(cè)重建模但是對(duì)于材質(zhì)的體現(xiàn)以及項(xiàng)目整體的渲染并不理想。通過Fuzor Plugin插件關(guān)聯(lián)到Fuzor，形成高清高仿真的渲染效果，并且可以和Revit實(shí)現(xiàn)時(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)（圖8），在任一中修改都可以雙向展現(xiàn)，正反饋負(fù)反饋兼?zhèn)洹?/p>

圖8 Fuzor與Revit同步協(xié)作界面

②Fuzor擁有與Lumion同樣的動(dòng)畫編輯能力，其制作成本低、速度快，能夠幫助用戶高效率、低成本地做出想要的視頻作品。將施工場地Revit模型導(dǎo)入Fuzor（圖9），對(duì)整體場布進(jìn)行實(shí)景渲染模擬，找出不合理的地方，進(jìn)行優(yōu)化改善。

圖9 施工場布模擬

3 基于BIM的可視化仿真技術(shù)難點(diǎn)

3..1 合理利用鏡像，復(fù)制功能

在工程項(xiàng)目中，對(duì)稱的結(jié)構(gòu)或者建筑樣式十分常見。這里運(yùn)用鏡像工具欄，即可對(duì)此類對(duì)稱模型進(jìn)行快速翻模。

3.2 BIM公共族庫與自建模型的融合

因?qū)嶋H工程中項(xiàng)目多為模塊化施工方式及近年來裝配式建筑的廣泛應(yīng)用，催生出BIM公共族庫。它的出現(xiàn)，極大地簡化了繪圖過程。僅需進(jìn)行族參數(shù)的修改就能得到符合項(xiàng)目要求的族，而無需另外自建。

但實(shí)際項(xiàng)目中所用族并不完全匹合標(biāo)準(zhǔn)族庫，這就需要對(duì)其中特殊部分模型進(jìn)行自建，甚至出現(xiàn)需要在自建族中嵌入公共族融合得到新族，其主要運(yùn)用于玻璃幕墻系統(tǒng)的構(gòu)建。

3.3 輔助建模軟件的使用

橄欖山快模。作為一款翻模軟件，具有建模效率高，模型速度快的特點(diǎn)，使其在工程中被廣泛使用。只需導(dǎo)入相關(guān)CAD圖紙，根據(jù)CAD圖所含內(nèi)容的體量的大小不同，短到數(shù)分鐘，長至數(shù)10min，即可在Revit中自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)模型（圖13）。

圖13 運(yùn)用快模軟件放置梁

4 結(jié)論

4.1 模擬建模，節(jié)省造價(jià)

國內(nèi)現(xiàn)行項(xiàng)目施工過程中，施工單位若完全按照設(shè)計(jì)院圖紙施工，難免會(huì)出現(xiàn)管線與結(jié)構(gòu)沖突這類的問題。運(yùn)用BIM技術(shù)中的碰撞分析，可預(yù)先用技術(shù)手段對(duì)圖紙進(jìn)行模擬建構(gòu)，通過軟件分析，在設(shè)計(jì)之初便可暴露設(shè)計(jì)中存在的沖突問題并解決。BIM技術(shù)在項(xiàng)目設(shè)計(jì)期對(duì)各專業(yè)碰撞問題進(jìn)行協(xié)調(diào)，不僅能夠提高施工效率、減少人員工作量，還能避免不必要的浪費(fèi)，節(jié)約造價(jià)。

4.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免返工

傳統(tǒng)的施工前圖紙會(huì)審是繁瑣的人工審圖，工作效率低下，且較容易造成遺漏。本項(xiàng)目有體量大，涉及專業(yè)廣的特點(diǎn)，各專業(yè)之間圖紙并不統(tǒng)一，采用傳統(tǒng)方法易因圖紙錯(cuò)誤導(dǎo)致的設(shè)計(jì)變更或者返工造成的進(jìn)度與成本的浪費(fèi)與損失。運(yùn)用BIM技術(shù)，就能在設(shè)計(jì)之初，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行預(yù)先優(yōu)化，降低圖紙的返工率。