基于虛擬建造技術在景觀工程中的應用研究

鄧力銘 羅利 張敬一 蘭浩

隨著社會發展，人們對城市公園功能多元化的需求逐漸增多。在設計時應賦予城市公園中的景觀工程具備“自然、經濟、藝術、和諧”等特性，為確保多重特性的景觀工程能與城市公園使用需求緊密結合，特對虛擬建造技術在景觀工程中的應用深入研究，旨在解決傳統的深化設計方式、施工交底方式不能有效地突顯設計意圖，設計效果難鎖定、建造實施易返工的問題;使景觀效果一次成型，完美展現設計效果，減少施工樣本區的修建，控制施工成本，提升工程質量，縮短施工周期。

虛擬建造; 可視化模擬; 景觀工程; Lumion軟件

TP391.99 A

［定稿日期］2022-05-19

［作者簡介］鄧力銘（1996—），男，本科，工程師，從事市政、公路項目信息化建設研究工作。

國務院印發《2030年前碳達峰行動方案》細化部署了“碳達峰十大行動”，其中城鄉建設碳達峰行動中明確提出加強生態廊道建設，增強城鄉氣候韌性的要求，同時結合宜人宜居的城市規劃理念，表明近期城市生態公園建設將急劇增加。城市生態公園也是城市公園的重要組成部分，在改善自然生態環境、創造良好的人居環境、滿足市民游覽觀光、休閑運動需求、提升市民幸福指數等方面發揮著重要作用。如何在城市生態公園建造過程中，改善自然生態環境，滿足當地人群使用需求，實現人與自然和諧共處是景觀工程中需要解決的難題。現針對此問題，采用虛擬還原技術在景觀工程中深入應用研究。

1 景觀工程現狀分析

景觀工程是城市公園項目建設中，實施范圍最廣的部分，同時也是施工過程中變動最大的部分。因為景觀工程在設計中，需在滿足公園使用功能的基礎上，結合當地人文特色，賦予地方文化色彩，使其具備“自然、和諧”的特性。另外“經濟、藝術”特性主要體現依據項目原始地形與當地原生植物，進行地形、植被、景觀小品設計。多層次的設計、多元化的使用功能，增大了景觀工程設計的復雜性。傳統的景觀設計，主要采用項目效果圖+施工平面圖的方式。因傳統設計方式表達不夠清晰，需要景觀工程師具備較強地空間重現能力，才能在施工現場大致還原設計意圖與效果。

針對這些問題，傳統的解決方式在施工之前針對分部工程打造樣本區域，向設計、監理、業主等確認效果之后，才正式實施。但在施工過程中，因景觀工程受關注度高，參與各方對于設計意圖的理解不同，導致項目景觀設計方案確定時間長、實施過程中變化大，造成人力、物力的浪費以及工期的延遲，且最終成形效果難以控制。

2 虛擬建造的實施目的

虛擬建造技術是以優化設計、服務施工、實現智慧建造為目的。運用三維軟件模擬景觀工程施工全過程，從而發現設計中不合理的問題，提前化解問題，深化設計圖紙，鎖定成型效果，減少景觀樣本間的打造，節約成本，縮短工期。采用可視化模擬交底，正確無誤地傳遞設計意圖，提升施工質量，減少返工。

3 虛擬建造實施流程

虛擬建造技術主要是使用三維建模軟件、場景構建軟件對設計場景進行虛構還原。實施主要流程分為設計文件梳理與處理、創建三維模型、場景模擬還原、場景優化及成果輸出等9個階段（圖1）。實現以地形營造、1∶1植被還原設計意圖，并依據設計、監理、業主等各方意見進行調整，輸出深化施工圖、效果圖等。

3.1 設計場景虛擬還原

3.1.1 設計文件梳理與處理

將設計院提供的圖紙進行梳理，按建筑物、構筑物、景觀苗木、園區道路、景觀小品等進行分類處理，劃分成只保留該類圖層的CAD圖紙，便于后期不同模型整合時，能夠明確區分平面位置。并需單獨獲取植被定位坐標，便于場景還原中植被的種植。主要利用Auto CAD軟件數據提取功能，選擇需要提取的對象（樹木圖形塊），篩選空間數據信息，將植被坐標點數據輸出至外部文件為.xls格式。

3.1.2 植被參數化建模

依據設計院提供的景觀施工圖，梳理施工所需的植被種類、規格及所需數量等。針對項目所需的植被要求，在當地苗圃內篩選復核要求的植被，但大型喬木在不同的生長環境下造成的樹形均有少許不同。在選取的苗木之后，統計分析當地該類苗木的生長狀態以及常見樹形。景觀虛擬建造技術主要的難點是如何精準且快速的創建植被模型，場景還原是否能夠展現一年四季的景觀效果；常見植被模型創建采用3DS MAX軟件，但公園內植被種類數量較多，若采用3DS MAX軟件建模工作量巨大，而且不能展示四季變化的景觀效果，將嚴重制約景觀場景還原的呈現效果及時間。為了解決這一難題，采用Speed tree專用的植被建模軟件，實現了植被種類、胸徑、高度、冠幅等參數化建模（圖2）。首先選取植被模板，創建樹干根據要求控制樹高、胸徑等參數，通過添加樹枝數量與造型，控制樹木的冠幅、樹形等；還可通過添加重力、風力因素模擬樹木生成環境，可以得到不同生長狀態、季節的植被模型，實現一次建模多次使用。

3.1.3 地形營造

通常設計院提供的是景觀完成平面圖，在地形營造之前采用Civil 3D 軟件進行地形平面圖處理，依據設計提供的高程數據點，配合平面圖上的等高線，生成地形等高線，由等高線生成曲面，并將建筑物、園區道路的位置進行二次處理，得到準確的布置位置。將曲面導入Revit軟件中，選取地形中最低點為高程起始點，將地形高程位置進行調整。獲得真實體驗感的地形模型。

3.1.4 場景還原

場景中的建筑物、構筑物等根據不同的使用需求，建立不同細度的模型。如建筑物需要用于指導現場施工實施，建模精度應不低于LOD400，如只需確認設計效果，建立精度不低于LOD300建筑模型即可。在場景還原的過程中首先載入各分類的CAD平面布置圖，確定模型在地形中的位置。載入模型，劃分地形區域完成之后，通過Dynamo插件導入植被坐標信息，批量放置定位標志旗，顯示植被設計位置，采用Revit+Lumion實時聯動呈現技術，將所有模型在Lumion軟件中實時同步。通過Lumion軟件中放置水面功能，模擬公園內的水域面積，然后載入Speed Tree軟件創建植被模型，依據標志旗放置樹木進行場景還原，檢查布置是否協調、合理，優化景觀布置導出優化圖紙，指導現場施工，避免現場返工。至此將傳統的二維圖紙轉變為直觀的三維模型，能夠直觀展示整個項目的景觀設計效果，還可以通過設置不同的日照條件、風量、載入不同時期的植被模型，模擬不同時期、不同環境下的景觀。呈現不同天氣、光照、四季變化的場景，提前感受完工效果，起到保證景觀效果，控制工程投資的作用。

3.2 虛擬場景設計優化

景觀工程設計意圖的傳統表達方式，主要從平面圖進行表達，對于多層次的地形營造與景觀搭配展示能力較弱。比如在堆坡上的樹高、樹冠大小對造景的影響；大場景如何搭配樹高才能使林跡線與遠景結合；小場景植被如何搭配才能體現觀感的層次性，避免游客一覽無遺，增加觀賞效果的神秘感、層次感。虛擬場景還原之后，通過設置不同的瀏覽高度、瀏覽路徑以及瀏覽模式，模擬不同的視線觀賞角度，展現設計效果，支撐設計優化。

3.2.1 湖區優化

通過Lumion軟件水面添加功能，可以在不同區域、設置不同高程的水體，通過給景觀湖區內設置不同高度的水面，獲取不同蓄水量之下形成的駁岸線性，在滿足區域生態要求之下，選取最優駁岸線型，打造親水平臺，使設計更加自然。

3.2.2 地形優化

采用Revit軟件地形模塊，地形表面添加點的功能，通過添加不同的高程點，來局部調整地形模型，并且同步進入Lumion軟件實時渲染。模擬不同地形格局，對公園整體的影響。

3.2.3 景觀優化

對重點部位施工進行模擬分析，比如植被之間的種植間距、灌木、花鏡的搭配，還可以重點復核軟景和硬景的搭配、順接問題，在模擬的過程中對細部做法圖紙進行二次深化。

3.2.4 成果輸出

Revit軟件輸出施工所需CAD圖紙，使用Lumion軟件配合出具效果圖以及模擬視頻。較傳統交底方式相比，便于管理人員對作業人員更好進行交底，施工人員能更好理解設計意圖，避免因施工誤差造成的經濟和工期損失，起到保證景觀效果一次成形和指導施工的目的。

4 結束語

采用虛擬建造技術解決了景觀工程設計效果呈現難、施工過程中變化大的問題。比如在成都熊貓基地改擴建項目中，使用虛擬建造技術，從熊貓的生活習性、游客的觀賞視線對熊貓獸舍熊貓生活環境進行模擬優化。提前發現原設計中植被間距較為稀疏，樹種、樹高較為單一，未還原熊貓野外密林生長的特性，游覽觀賞沒有層次感，整個生活環境一覽無遺。而且游客觀賞區熊貓游玩設施偏少，不能保證游客能夠有效地觀賞熊貓。以虛擬場景為底板，多次調整樹間距、豐富種植種類，降低獸設熊貓居住側的樹木高度，以此模仿熊貓從居住地穿越密林到達休息玩耍區域，最大限度地保證熊貓的生活習性以及觀賞效果。

通過虛擬建造技術，對未來場景進行數字化、虛擬化建造，在沉浸式體驗中，提前感受景觀完工效果，鎖定設計成果、加快設計方案敲定；并且具備優化設計和服務施工的作用，確保所見即所得，使景觀效果一次成型，完美展現設計效果，減少施工樣本區的修建，控制施工成本，縮短施工周期。

在成果輸出方面，遇見了相關難題，例如在Lumion軟件中對修改植被怎樣同步至Revit中方便后期出具平面布置圖，便于指導現場施工。目前解決方式是，現初步確定調整方案，在Revit中設置相關的標志旗，在Lumion軟件對景觀進行修改，完成實時渲染工作。這樣造成方案調整中重復的工作量極大，不能較為便利的開展虛擬建造，在下一步將針對Lumion軟件逆向輸出成果進行進一步的研究，為智慧建造進程添磚加瓦。

參考文獻

［1］ 鄧力銘，羅利，羅建勛，等.基于“BIM+GIS”技術在城市公園項目智慧建造應用研究［J］.四川建筑，2021，41（S1）：82-84.

［2］ 劉禹伯，左宏輝，丁榜舉，等.基于三維虛擬技術的園林景觀施工質量控制［J］.現代園藝，2022，45（1）：192-194.

［3］ 黃秋燕，楊建欣.對城市公園綠地微地形景觀營造的思考［J］.農業科技與信息，2021（24）：82-84.