淺析房產測繪中的三維建模技術

章淑君，宋磊，黃蕾

(1.深圳市規劃和自然資源調查測繪中心，廣東 深圳 518000； 2.廣東南方數碼科技股份有限公司，廣東 廣州 510000)

1 引 言

房產測繪主要是針對房屋的建筑面積進行量算，與大眾的切身利益相關聯，尤其是房地產業的發展，房屋面積的測量對專業人員的技術提出了更高的要求。近幾年房產測繪與GIS、GNSS等新興技術的結合，在實際作業過程中也得到了很好應用。但在測繪制圖方面仍是CAD占據市場主導，2D平面圖應用更加廣泛，3D類成果需求正呈逐步上升的趨勢。

CAD在平面二維方面有著不可比擬的優勢，除了二維繪圖、詳細繪制和設計文檔外，它的三維建模功能也包含信息模型。一直以來，建模技術就是CAD的核心技術，從20世紀50年代至今建模技術的發展經歷了二維建模、三維建模、特征建模(包括參數化和變量化建模)及產品集成建模的發展過程。二維建模是最初CAD技術用來解決二維平面繪圖問題的，后來不斷發展成了如今的三維建模技術。二維和三維最顯著的區別在于兩者給人直觀的視覺效果，二維圖形缺乏立體感，在房產測繪中，未經專業培訓的人很難看懂其中所表示的確切意思，如房屋的門窗位置、樓梯過道的表示等。但是，三維圖形則不同，絕大多數人都是能一眼看出房子整體結構以及各部件的表達。因此，通過三維建模的方式輸出實體的三維圖，那么與非專業人士的交流就相對直接了。

2016年，住建部印發《2016-2020年建筑業信息化發展綱要》提出，“十三五”期間，著力增強BIM等技術的應用能力，加快建設信息化標準，加快推進BIM的普及和研發[1]。BIM是一種建筑信息模型技術，過三維建模的方式輸出實體的三維圖，由于其直觀感強，能夠打通工程建設和工程管理的最后一公里，被廣泛應用在建筑設計，貫通建筑的規劃、設計、測繪、施工和驗收環節。雖然BIM技術的應用較為廣泛，但是在房產測繪領域方面的應用較少。本文將通過分析CAD、Revit兩者的三維建模技術，借助CAD平臺和Revit平臺可以更準確、更高效地實現房產測繪的三維建模。

2 基于AutoCAD的三維建模

AutoCAD三維建模是從二維平面出發兼顧三維形象的，對二維圖形進行拉伸及挖空等操作。

2.1 三維建模類型

AutoCAD中提供了4種三維建模類型，包括三維線框、三維實體、三維曲面、三維網格，如圖1所示。其中每種三維建模技術都具有不同的功能集，且4種三維模型之間還可以進行互相轉換。三維線框建模對于初始設計迭代非常有用，并且作為參照幾何圖形可用作三維線框，以進行后續的建模或修改。三維實體建模不但能高效使用、易于合并圖元和拉伸的輪廓，還能提供質量特性和截面功能。三維曲面建模，可精確地控制曲面，從而能精確地操縱和分析。三維網格建模提供了自由形式雕刻、銳化和平滑處理功能。

圖1 四種三維建模模型

2.2 CAD三維建模在房產測繪中的應用

利用CAD對房屋進行空間三維建模，可以生產出4種類型的三維模型數據，分別是自然幢、邏輯幢、層和戶。自然幢三維模型是基于真實坐標位置而構建的三維模型，數據入庫時可直接完成自然幢的落宗，不需要人工匹配、校正落宗。但是自然幢三維模型根據宗地上自然幢基底范圍及建筑物高度等屬性構建，與真實樓幢外形可能存在一定的差異。自然幢未進行邏輯分割，沒有形成分層分戶信息，且依附于宗地。圖2是CAD產生的幢二維平面圖，圖3是CAD產生的幢三維立體圖。

圖2 幢二維平面圖

圖3 幢三維立體圖

邏輯幢三維模型是根據幢的屬性及樓幢分層分戶平面圖及樓層高度等真實數據構建的，與真實樓幢結構和形狀保持一致，如圖4所示。邏輯幢三維模型可以根據樓梯劃分成獨立層和獨立棟，可以根據功能劃分成商業層和住宅層等。邏輯幢成果圖以邏輯幢為單位，直接可生成為三維模式成果，生成的成果文件可直接關聯屬性數據，如圖5所示。成果圖基于繪制的分層平面圖而生成。

圖4 邏輯幢三維立體圖

圖5 邏輯幢成果圖

層三維模型以層為單位，直接可生成為三維模式成果，生成的成果文件可直接關聯屬性數據。成果圖基于繪制的分層平面圖而生成，符合不動產標準要求。標準層可拆分為獨立層輸出，如圖6所示。

圖6 分層分戶成果圖

戶三維模型以戶為單位，直接可生成為三維模式成果，生成的成果文件可直接關聯屬性數據。成果圖基于繪制的分層平面圖而生成，符合不動產標準要求。每戶都會生成獨立成果文件，如圖7所示。

圖7 分戶成果圖

3 基于Revit的BIM三維建模

3.1 BIM技術的特點及其作用

BIM是以多種數字技術為依托，基于三維數字設計解決方案構建的可視化數字建筑模型，在工程建設全生命周期內，對其物理和功能的特性進行數字化表達，并依此設計、施工、運維的過程和結果的總稱。BIM技術具有過程可視化、團隊協作性和模擬優越性三大特點。BIM的可視化與傳統的可視化不同，加入了全生命周期的管理的概念，可以貫穿項目從規劃到驗收的整個過程，實現全過程的全記錄。由于項目全過程是可視化的，因此也實現了項目的管理可視化，打破分工的煙囪和壁壘，彌合管理的斷層和縫隙。BIM技術的另一大特點是團隊協作性。一個大的建筑工程項目往往都需要不同部門的協作，避免各自為戰而造成的沖突，時常需要召開接口協調會議做著協調及相配合的工作，尋找問題原因、解決問題等。例如建筑與結構的梁柱位置、管線設計中暖通、給排水、強弱電、消防等的碰撞問題。由于施工圖是各自繪制的，所以產生碰撞問題是在所難免的。BIM的協同平臺就可以提前處理溝通問題，協調這些問題，提出合理的解決方案。此外，利用BIM還可以進行多方位的模擬，將建筑物的規劃、驗收和使用階段提前進行模擬，從而對項目進行過程優化和管理優化等，實現“虛擬建造，預知未來”。

3.2 Revit在房產測繪中的應用

Revit是Autodesk公司一套BIM系列軟件的名稱，主要是用來創建BIM三維建模，將BIM技術應用在房產測繪成果方面，效果較為突出。BIM技術中的三維建筑模型不但有立體的外部結構，同時還有詳細的內部結構。本文基于Revit二次開發成了房產測繪三維軟件，實現了三維模型的建立、房屋面積分攤計算、成果審核和成果輸出。

基于Revit二次開發的房產測繪三維軟件提供了三種方式進行建模：直接在空白模板中繪制三維模型；已有二維平面測繪數據的情況下，根據層高信息自動生成三維模型；已有BIM設計圖，通過提取設計圖里面的元素，轉換成適應房產測繪需要的三維模型。在修改編輯方面，軟件具備參數化聯動控制，三維模型一處修改，實現處處實時更新，如圖8所示。在面積計算方面，借鑒老版本專業房產軟件測算面積的優勢，運用云計算技術，統一管理算法，大大提高計算效率，實現面積分攤過程合理化、模型化、透明化，如圖9所示。成果數據方面，除了基本的測繪成果報表、報告之外，還可輸出工作視圖、三維視圖、立面圖、剖面圖、二三維分層分戶圖等多種成果圖件，如圖10～圖15，同時還可以導出二三維樓盤表、shape文件、輕量化三維模型，供其他系統利用。

圖8 隨著墻位置挪動而變化

圖9 三維模型分攤定義

圖10 三維模型視圖

圖11 剖面視圖

圖12 立面視圖

圖13 二維成果輸出

圖14 三維成果輸出

圖15 三維樓盤表

基于CAD的傳統測繪軟件展示建筑模式效果單一，點線面是點和線簡單的有序組合，缺乏專業意義，而BIM的基本元素如：墻、柱、梁不但具有幾何特性同時還具有物理特征(例如墻厚、墻類型、墻材料、紋理、高度、透明度)，更貼近真實。另外測繪之中CAD圖紙一處的修改往往會牽扯到平面圖、立面圖、剖面圖、構造詳圖的修改甚至會影響到工程造價的變化，而在BIM模型中修改一處，則其余相關處均會自動修改，將為用戶節省大量時間，提高測繪效率。

傳統二維房產測繪數據要變成三維模型需要進行復雜的建模操作，各種細節處理需要大量的原始數據支撐(如戶室高度、內部分割墻、門、窗等)，而這些信息在BIM模型中全部都具有，可直接獲取利用進行專題三維模型的生產。

4 結論與展望

三維建模技術的出現實現了建筑行業間的技術進步，測繪作為設計、施工行業的前期工作，BIM技術在房產測繪上的應用加深，對房產測繪行業是個新的挑戰，BIM技術與傳統測繪技術的有機結合、基于Revit的BIM技術二次開發，也即將成為房產測繪三維建模技術的研究熱點。通過利用BIM模型進行房產測繪數據的生產，可將生產結果附加在BIM模型上(面積、指標等)，形成更加完善的BIM數據，可以在后續不動產登記和管理時直接利用BIM模型進行各類數據的查詢、展示、統計，為將來管理工作提供參考。