園林行業LIM技術應用實例綜述

韋鴻興

（新疆大學 建筑工程學院，新疆 烏魯木齊 830000）

BIM技術是近幾年熱議的話題，但在園林行業的討論相對較少，相關學術文獻數量體現了這種差距。在知網檢索（篇關摘：BIM*建筑信息模型），可以得到13 425篇在篇關摘中同時出現“BIM”和“建筑信息模型”的文獻，其中最早能追朔到2003年。而檢索出同時出現“園林/景觀”和“BIM/LIM/信息模型”的文獻僅有415篇（檢索日期為2021年12月20日）。剔除新聞訪談、內容不相關的文獻后，對國內201篇園林行業的LIM研究進行分類統計，結果見表1。

1 理論研究

表1的理論研究指不涉及實際應用案例的文獻，這類文獻占了半數。早在2008年，東南大學建筑學院的杜嶸教授在景觀系設計課程中引入BIM概念的教學，由于當時的Revit 8.0對曲面設計比較無力，學生在設計作品中采用了ArchiCAD作為建模工具[1]。盡管只是實現了參數化建模，并沒有完全體現BIM的內涵，但這是我國學者將BIM引入園林設計的一次有益嘗試。2009年國際數字景觀大會，哈佛大學Drvin教授首次將BIM在園林中的應用稱為“LIM”（Landscape Information Modeling，景觀信息模型）[2]。此后不斷有學者發文豐富和完善LIM的理論體系和內涵，得益于計算機軟硬件的技術進步以及國內政策激勵，2019年后這類理論研究文獻數量有爆發性的增長。

表1 2008-2021年國內園林行業LIM研究文獻歸類

借鑒了BIM在建筑行業大量成熟的應用研究，這類理論研究文獻前瞻性地指出園林行業引入BIM技術后增加了哪些功能和便利，以及可以在哪些方向應用這些優點，還有如何構建應用體現適應這些變革。其中被引用最多的是郭湧[3]對風景園林信息模型的概念內涵和技術應用體系的表述，他認為LIM應用場景包括項目管理、場地研究、規劃設計、深化設計、方案模擬、工程管理、自動施工、苗木物流、運維管理和智慧園林等。此外，他依托清華產學研平臺對LIM應用體系進行了5年的研究，確定了核心軟硬件的選擇、研發軟件的企業模板、協同平臺的構建方法，并編制了LIM平臺管理應用手冊[4]。

標準化方面，萬達、雄安集團等已制定了企業BIM標準；在浙江、廣西、廣東、吉林、河南發布的BIM技術收費標準中都明確了園林景觀項目的計價參考。

這102篇LIM理論研究的文獻以知識體系構建、發展動態介紹和技術展望為主，主要談LIM的重要性、必要性和局限性。這類文獻高屋建瓴，代表了最前沿的思想和理論。它們很好地解答了什么是LIM、LIM能帶來什么好處以及應該如何實現LIM。綜上，我國對LIM的理論研究和標準化已較為成熟。

2 實例研究

但LIM執行層面就不如理論層面那么順利，目前在園林項目全周期全面應用LIM的案例仍然非常少。如表2所統計，在涉及應用實例的99篇文獻里，都僅僅在部分項目的部分環節使用部分的BIM技術解決特定工程難題，并沒有完整給出一個能讓其他設計單位效仿的LIM實施方案。對這類文獻進行綜述，分析各種應用熱點的原因，總結他們的應對策略，對將來在大大小小的園林項目中全面普及LIM技術非常有益。

表2 國內園林行業LIM應用實例類文獻的研究主題分布 單位：篇

2.1 實景模型

實景建模指通過傾斜攝影或者激光掃描得到場地的原始數據，然后自動生成場地現狀的模型。這比以往的測繪手段得到的信息更全面立體，為規劃設計提供更可靠的決策依據。另一種用途是獲得現存古建筑的實景模型，然后以此為參照在BIM軟件里建模，這是對古建遺跡的數字化保護。

相關文獻對傾斜攝影建模的步驟都比較統一，先用搭載GPS的無人機對場地航拍，獲取的照片和數據用配套的程序進行自動空三加密和逆向建模，常見的程序有Smart3D Capture和Context Capture。這些軟件處理過的模型可以保存為多數BIM軟件通用的OBJ、FBX等格式，進行深化建模設計。2015年丹陽市使用傾斜攝影技術制作城市信息模型，王丙濤等[5]對模型成果進行質量分析，認為該技術達到CH/T 9015—2012《三維地理信息模型數據產品規范》的要求。傾斜攝影技術很早就已經成熟，而最近3年發文變多的原因是無人機的售價逐漸親民，更多的項目得以實施這項技術。在唐山市超級綠道北新道橋項目中，耿濤[6]發現在施工過程中使用傾斜攝影建模，可以把控每日土方施工進度。

地面三維激光掃描點云技術也比較成熟。首先將所有測站點獲取的FLS格式點云數據導入SCENE軟件拼合到統一坐標系，但是如此一來整個項目的點云數據會非常大，直接輸入Revit會導致運行不暢。對此李艷等[7]的解決方案是拼合統一坐標系后按建筑單體裁剪導出為多個RCS格式的單體點云模型，同時建立SQL Server數據庫來保存單體點云數據庫和之后Revit創建的族庫。

綜上，實景建模的應用障礙在于無人機的成本和電腦容量，而非技術障礙。

2.2 環境分析

環境分析指對BIM模型進行可視度、日照、光、熱、聲、水、空間進行模擬分析，來輔助設計師做出合理決策。Ecotect軟件能實現前5種的分析，規劃階段可以直接在Ecotect里創建粗略立體模型來分析，方案驗證階段可以把BIM模型以3DS、DXF格式導入分析。水環境分析需要專業的Flow-3D軟件。空間分析需要用到基于空間句法理論開發的DepthMap X。這類軟件能讓不同環境性能評價的區域顯示不同顏色，實現直觀的數據可視化。設計師據此調整設計方案，比如庭院燈的布置、不同耐陰植物的布置、貴重小品放在可視度好的地方、植物隔噪音等。

2.3 地形

地形是景觀信息模型和建筑信息模型最大的區別之一，因此專門為建筑開發的Revit對起伏復雜的地形比較無力，但Autodesk公司的另一款軟件Civil 3D一定程度上彌補了Revit的這一弱點。數字地面模型（DTM）無法借鑒建筑行業的BIM經驗，所以相關的實例文獻采用的方法各異。2014年，趙艷輝[8]用中國建筑科學研究院自主產權的“佳園Garland”軟件做地形設計，可以實現土方量統計的功能。姚小龍[9]采取的方法是將高程文件轉化為XYZ坐標形式的TXT文件，調入Grasshopper空間中進行處理生成地形和等高線。2018年，連云港市劉志洲山體育公園項目用的是Civil 3D[10]。2021年，西湖大學項目先在Rhion中插入CAD等高線生成地形，調整曲面后再將地形模型整合到Revit中[11]。

數字地面模型是自動化土方施工的前提。彼得·派切克[12]介紹了一種通過BIM技術控制土方施工機械，對高爾夫果嶺造坡施工的方案。首先用一桶沙子手動捏出果嶺造型，然后圍繞這堆沙子拍攝25張照片，照片導入Autodesk 123D Catch進行數據處理，再轉換到3ds Max Design進行數據優化，接著導入Civil 3D生成數字地形模型，模型上傳到三維全球衛星導航系統（3D GNSS），就可以控制帶有接收器的土方施工機械，進行厘米級誤差的造坡施工。

綜上，曲面地形的塑造仍有一定技術障礙。但2020年，何塞·米格爾·拉米拉斯等[13]介紹了TIN 2.0曲面技術，該技術可以讓建模軟件通過推拉來塑造三維曲面，比傳統的通過等高線調整地形有更高的自由度。

2.4 植物庫

植物模型也是和建筑BIM最大的區別之一。模型做得簡單抽象則效果不精美，但是做得逼真對電腦算力要求很高。而且數千種景觀植物形態各異，按照BIM數字孿生的內涵，植物模型還需要能體現不同的生長周期。所以對每一種植物建模是一項浩大的工程，直到2017年，萬達BIM構件庫里才完成了200種植物的Revit建模[14]。相關文獻對創建植物模型庫有著不同嘗試。

2019年，黃遠祥等[15]針對Revit植物族庫品種少、仿真度低的缺點，提出一種高仿真植物族庫的建立方法：用Autodesk 3ds Max運行GrowFX創建植物的參數化模型，導出DWG格式，導入Revit賦予非幾何信息保存族庫，但他同時指出這種方法的缺點是占用運行內存高、葉片花紋的貼圖在文件轉換時會部分丟失。王婉穎等[16]選了多款植物建模軟件，認為PlantFactory對使用者的計算機和植物學知識要求不高，對硬件要求也不高，模型輕量化，文件格式能和其他LIM軟件交互。2020年，安得烈亞斯·盧卡等[17]提出的方案是喬木模型作為Revit族保存在族庫里，為了輕量化，僅制作簡單對稱的三維幾何體來滿足碰撞、統計等BIM功能，而當需要美觀仿真的可視化效果時，則在Enscape里用高分辨率喬木渲染模型自動覆蓋或替換對應關聯的BIM喬木模型。

植物族庫的作用不僅體現在設計上，對于施工和養護也很有幫助。2020年，在廣州花都區某六星級酒店項目中，采購人員在苗圃中對購入的大樹粘貼唯一二維碼，并拍攝實景照片輸入規格信息，上傳到他們自主開發的大樹驗收APP。苗木商運苗進場時，驗收人員搜碼對比圖片規格信息，完成驗收。施工人員搜碼就知道大樹種植的位置和養護要求[18]。

綜上，創建植物族庫在技術和人力上都有困難。筆者認為，企業各自建立自己的族庫是一種資源浪費，如果政府牽頭，或者向社會有獎募集植物模型則效率會高很多。

2.5 構件庫

相關文獻對構件庫的討論集中在中式古建筑的構件上，目的是復現歷史遺跡、對現存古跡數字化保護、傳承建造仿古建筑。

北宋《營造法式》和清代清工部《工程做法》是當時法規性的建筑設計和營造規范，其中對構件的定型化、模數化制作、工料估算限額都有詳細的規定和圖樣。這和Revit的族庫非常類似。2020年范婷婷[19]在安徽鳳陽明中都文化旅游中心項目中制作古建筑構件族庫，對指導手工匠人和數控機床加工都起到作用，類似的實例還有北海公園萬佛樓復原工程[20]。

不局限于古建筑，任何標準化的常用構件都適合創建族庫，方便多次使用。偉星新材公司為自身生成的管件設備等商品建立模型族庫，設計方可以在廣聯達Magi Cloud云平臺中下載使用[21]。王天奇[22]參考《南京安居保障性住房景觀標準化設計模塊（試行版）》一書，對安置房小區出入口系統、休閑場地系統、停車系統、道路系統的模塊化景觀構件用Revit創建族。當族的非幾何信息比較多時，比如大量圖片視頻時，可以對族編碼，然后鏈接到外部的電子文檔，編輯保存都在文檔進行，這樣可使模型輕量化[23]。

2.6 裝配式

裝配式指場外制作場內安裝。相關文獻的實例中，有的并不是LIM項目，但遇到假山景石、異形鋪裝石材、造型雕塑時，會專門建模解決三方溝通問題。對于造型奇特的仿古混凝土戧角，岳昉澤等[24]繪制Solid Works模型后，靠3D打印技術打印出模板用于混凝土澆筑。江蘇省靖江市中晶展示中心的大部分硬質景觀都采用裝配式預制混凝土，而且是EPC項目，BIM技術的優勢得到完全發揮[25]。

綜上，BIM技術能讓業主、預制廠商、施工單位更好理解設計意圖，預制廠商也能合理地生產組件便于運輸、吊裝、加固。

2.7 可視化

可視化指BIM設計作品的呈現效果，包括三維立體、環境渲染、動畫漫游、VR。

SkylineGlobe公司的TerraExplorer，以及中科圖新（蘇州）科技有限公司的Wish3D-Earth都可以將實景模型和人工模型、二維圖形、標注圖案等疊加到衛星地圖上，用于測量、分析可視域、展示規劃方案。SketchUp、Grasshopper和Rhion能靈活便捷地創建三維體塊，在初步設計方案推敲時比Revit等BIM軟件方便。LumenRT和Lumoin一樣是“場景模擬軟件”，但在室內日光渲染表現更好。室內夜光和室外日夜光表現不如Lumion，大場景植被時運行性能也不如Lumion。Lumion漫游動畫僅僅能實現既定路線的漫游，王剛[26]為某港口工程開發了一款基于Unreal Engine 4圖形引擎的安卓設備端APP，可以實現讓用戶在APP端自由選擇漫游路徑。與在BIM軟件中直接瀏覽不同，漫游路徑不能穿越墻等實體，更符合現實體驗。

可視化本來是BIM軟件的基本功能，但由于從項目開始就應用BIM技術的工程并不多見，所以不少文獻實例都在用其他三維渲染軟件去實現可視化。

2.8 項目管理

這類文獻指在項目中通過BIM技術實現成本、進度管理、整合協調的實例研究。

2017年，曹陽艷[27]將BIM三維算量功能的廣聯達相關算量軟件用于工程項目。并將應用結果與傳統的表格算量法對比，分析各自優劣，指出三維算量法的必然性并對軟件開發提出建議。2017年，黃志超[28]在廣州白云機場噪音治理安置區園林工程的BT模式項目管理中應用了BIM技術，解決了碰撞檢查、工程量統計、4D施工模擬的難題。首先用CAD和Revit進行BIM建模，用Navisworks進行4D模擬和施工進度計劃的編排，Fuzor三維可視化的漫游演示。前海集群市政工程涉及的區域多，專業多，因此在各階段采用的BIM軟件并不盡相同，Bentley、Revit、SketchUp、Rhino、CATIA、SolidWorks等都有，而如何集成這些BIM模型是實現BIM全過程應用的關鍵，最終統一轉換為.dgn格式在同一坐標系下基于Microstation軟件完成整合[29]。金湖公園項目BIM應用整體按照《雄安新區市政工程BIM模型成果技術導則》《雄安新區市政工程數據對象編碼技術導則》《中國雄安集團BIM標準體系園林分冊》的標準執行。作為當下為數不多的BIM技術在園林類項目的應用工程，本項目在建設過程中充分發揮了BIM工具的積極作用，對其他在建園林類項目具有較強的借鑒意義[30]。

綜上，近年來出現不少全過程使用LIM技術的園林項目，但都是投資規模較大的重點項目。

3 結束語

從文獻實例看，我國園林行業LIM在執行層面的發展遠遠跟不上理論研究的前瞻性，能全過程全面應用LIM的項目非常少見，但總結其中關注的熱點、回顧這些探索的過程，可以發現之前研究者付出的艱辛和取得的進步，也為后來的研究者的研究方向提供一些參考。