交通基礎(chǔ)設(shè)施BIM 全景展示平臺(tái)應(yīng)用

吳軍偉

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092]

0 引言

交通基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)代化是現(xiàn)代化社會(huì)十分重要的經(jīng)濟(jì)支撐。從實(shí)質(zhì)上看，交通基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)代化反映了當(dāng)前處于國(guó)際先進(jìn)水平交通基礎(chǔ)設(shè)施的一種“狀態(tài)”和“過(guò)程”，即一個(gè)國(guó)家或一個(gè)區(qū)域的交通基礎(chǔ)設(shè)施總體水平達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平，能夠保證全社會(huì)的交通運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)可靠、便捷、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、低耗和環(huán)保的目標(biāo)。

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的逐步推進(jìn)，城市規(guī)模的同步持續(xù)擴(kuò)大，交通基礎(chǔ)設(shè)施工程也不斷向復(fù)雜化和大型化趨勢(shì)發(fā)展，勢(shì)必需要項(xiàng)目在投資、進(jìn)度、質(zhì)量等方面控制嚴(yán)格精確，各個(gè)參與方在項(xiàng)目全過(guò)程中保持信息通暢、管理連續(xù)。

1 交通基礎(chǔ)設(shè)施BIM 技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

在我國(guó)城市交通設(shè)施基礎(chǔ)建設(shè)過(guò)程中，BIM 技術(shù)作為一項(xiàng)應(yīng)用新型技術(shù)，在應(yīng)用過(guò)程中常受到該項(xiàng)工作條件的影響[1]，主要原因是其應(yīng)用工作效果并不顯著，同時(shí)實(shí)際應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)的工程項(xiàng)目數(shù)量也比較少。

目前BIM 技術(shù)在交通工程領(lǐng)域內(nèi)大多數(shù)采用CAD 與BIM 的并行模式[2]，可以理解為先，完成設(shè)計(jì)成果后再進(jìn)行BIM 建模，導(dǎo)致設(shè)計(jì)與施工階段之間并沒有實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接。

2 BIM 全景展示平臺(tái)

2.1 行業(yè)背景

2021 年5 月，廣東省人民政府辦公廳發(fā)布的《廣東省促進(jìn)建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展若干措施》提出，加大建筑信息模型（BIM）、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、區(qū)塊鏈等新技術(shù)在建造全過(guò)程的集成應(yīng)用力度，發(fā)展BIM 正向設(shè)計(jì)，推進(jìn)城市信息模型（CIM）基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)。

2.2 核心需求

在交通基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目不同階段的各類匯報(bào)和交流中，需要集成各類專業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)以交互式和三維可視化的形式直觀準(zhǔn)確傳達(dá)設(shè)計(jì)意圖，因此BIM 全景展示平臺(tái)在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要至少滿足以下核心功能需求。

（1）BIM 模型集成：三維可視化表達(dá)的基礎(chǔ)是BIM 設(shè)計(jì)模型，平臺(tái)必須兼容通用BIM 設(shè)計(jì)模型數(shù)據(jù)格式文件，并且平臺(tái)的圖形引擎能對(duì)BIM 設(shè)計(jì)模型進(jìn)行渲染運(yùn)算處理以達(dá)到美觀的可視化效果；同時(shí)大多數(shù)情況下還需要對(duì)BIM 模型進(jìn)行模型輕量化處理，輕量化并不是單純將模型幾何或非幾何數(shù)據(jù)消除掉，而是通過(guò)重構(gòu)優(yōu)化手段壓縮簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)模型，使得更加快捷高效并且完整地顯示BIM 模型[3]。

（2）傾斜攝影集成：BIM 技術(shù)設(shè)計(jì)的模型所支持的空間范圍都較小，著重在建筑設(shè)施的細(xì)節(jié)處，無(wú)法模擬大范圍的地形信息[4]。交通基礎(chǔ)設(shè)施為線狀工程，范圍內(nèi)涉及的現(xiàn)狀自然、交通、建筑等物體或設(shè)施體量龐雜，需要以傾斜攝影數(shù)據(jù)方式展現(xiàn)，平臺(tái)需要兼容傾斜攝影的數(shù)據(jù)格式，能實(shí)現(xiàn)大體量?jī)A斜攝影模型分級(jí)加載。

（3）圖片、文本或視頻集成：交通基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的匯報(bào)單獨(dú)以BIM 模型和傾斜攝影往往難以滿足要求，必須以圖片、文本或視頻等其它數(shù)據(jù)表達(dá)形式輔助表達(dá)。因此，平臺(tái)除了兼容BIM 模型和傾斜攝影，還需要能集成圖片、文本或視頻等數(shù)據(jù)形式。

（4）交互式表達(dá)方式：為了更全面更自由地讓匯報(bào)人員能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)會(huì)議或交流溝通的需要在平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)操作演示，平臺(tái)有必要提供交互式表達(dá)方式適應(yīng)需求。

（5）可定制化的邏輯表達(dá)：項(xiàng)目中的不同階段、不同會(huì)議、不同設(shè)計(jì)人員對(duì)于匯報(bào)的邏輯思路會(huì)有差別，平臺(tái)需要根據(jù)特定的邏輯表達(dá)進(jìn)行定制化編程開發(fā)，以符合會(huì)匯報(bào)人員的表達(dá)思路。

2.3 平臺(tái)架構(gòu)

基于滿足核心需求的考慮，從平臺(tái)加載模型的速率、操作的穩(wěn)定性和可視化渲染效果等方面綜合評(píng)估，BIM 全景展示平臺(tái)采用CS 架構(gòu)，以UE4 虛幻引擎為基礎(chǔ)進(jìn)行開發(fā)，最終發(fā)布可執(zhí)行文件，無(wú)需本地安裝客戶端也無(wú)須依賴網(wǎng)絡(luò)，直接本地資源加載，能夠支持大范圍場(chǎng)景的實(shí)時(shí)加載和實(shí)時(shí)渲染，并同時(shí)融合OSGB 數(shù)據(jù)，其具體平臺(tái)架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 平臺(tái)架構(gòu)

3 應(yīng)用案例

3.1 項(xiàng)目概況

僑城東北延通道項(xiàng)目北起福龍路（不含福龍立交），往南下穿羊臺(tái)山后，與規(guī)劃寶鵬通道、沙河?xùn)|路北延道路銜接，并下穿深圳大學(xué)二期規(guī)劃用地、西麗高爾夫用地、塘朗工業(yè)區(qū)、塘朗山，與北環(huán)大道立交，穿安托山片區(qū)，沿現(xiàn)狀僑城東路新建地下隧道，南至濱海大道，全長(zhǎng)約15.7 km，隧道長(zhǎng)約13.9 km，規(guī)劃為城市快速路，雙向6 車道，設(shè)計(jì)速度80 km/h。

本項(xiàng)目集路、橋、隧、地下互通于一體，全線共新建隧道5 座，長(zhǎng)約13.9 km；互通立交4 處，主線橋梁3 座，立交橋梁2 座，合計(jì)橋梁總長(zhǎng)約6.7 km,結(jié)構(gòu)形式多樣，工點(diǎn)復(fù)雜、設(shè)計(jì)難度大，且沿線工程敏感點(diǎn)復(fù)雜，限制制約因素多。

3.2 總體需求

對(duì)平臺(tái)的總體需求同本文2.2 節(jié)內(nèi)容一致，具體內(nèi)容如下。

（1）項(xiàng)目BIM 模型集成

項(xiàng)目的BIM 模型主要包含：地形模型、規(guī)劃模型、道路設(shè)計(jì)模型、橋梁設(shè)計(jì)模型和隧道設(shè)計(jì)模型等，如圖2 至圖5 所示。

圖2 地形與規(guī)劃模型

圖3 道路設(shè)計(jì)模型

圖4 橋梁設(shè)計(jì)模型

圖5 隧道設(shè)計(jì)模型

原生模型格式包含rvt，dgn，3dxml 等，為了統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，選用與平臺(tái)圖形引擎兼容且效果良好的fbx 數(shù)據(jù)格式來(lái)進(jìn)行BIM 模型集成展示。

（2）項(xiàng)目?jī)A斜攝影模型集成

除了項(xiàng)目BIM 模型，為了真實(shí)還原沿線地表現(xiàn)狀情況，采用無(wú)人機(jī)設(shè)備全線17 km 范圍采集并生成了200 G 左右的傾斜攝影實(shí)景模型，選用OSGB原生格式在平臺(tái)上進(jìn)行加載，局部模型如圖6 所示。

圖6 傾斜攝影模型

（3）項(xiàng)目圖片、文本和視頻

根據(jù)項(xiàng)目匯報(bào)內(nèi)容，需要項(xiàng)目方案效果圖、工程概況描述文本以及漫游視頻等素材進(jìn)行輔助表達(dá)。

（4）交互式表達(dá)方式

平臺(tái)啟動(dòng)后，可以通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤流暢瀏覽項(xiàng)目模型。

（5）定制化的邏輯表達(dá)

按照設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人匯報(bào)施工圖設(shè)計(jì)方案的思路分層級(jí)展開表達(dá)。

3.3 定制化功能

對(duì)于總體需求中的定制化邏輯表達(dá)，可以進(jìn)一步分解成如下定制化功能要求：

（1）平臺(tái)總體上按照設(shè)計(jì)方案匯報(bào)大綱設(shè)置一級(jí)邏輯，其大綱包含項(xiàng)目概況、建設(shè)條件、總體布置、工程方案及創(chuàng)新優(yōu)化等一級(jí)標(biāo)題；二級(jí)標(biāo)題在對(duì)應(yīng)的一級(jí)標(biāo)題下展開，例如項(xiàng)目概況一級(jí)標(biāo)題下展開項(xiàng)目背景、功能定位、交通分析、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、工程概況及主要進(jìn)展等二級(jí)標(biāo)題，如圖7 所示。

圖7 大綱目錄示例

（2）在各級(jí)目錄下插入設(shè)計(jì)人員匯報(bào)時(shí)相應(yīng)的文本、圖片或視頻（視頻采用一次播放后停止方式或滾動(dòng)播放）；文本、圖片或視頻放置的位置和大小根據(jù)顯示窗口自動(dòng)調(diào)節(jié)固定其顯示比例。

（3）在工程方案章節(jié)需要根據(jù)方案內(nèi)容涉及的區(qū)域位置自動(dòng)定位到對(duì)應(yīng)模型區(qū)域的中心位置，并同時(shí)出現(xiàn)輔助表達(dá)的圖片、文字或視頻。

（4）匯報(bào)開始前GIS 地圖背景顯示項(xiàng)目涉及的3個(gè)行政區(qū)（以不同顏色高亮顯示）及項(xiàng)目的路線。

（5）全局設(shè)置按設(shè)計(jì)要素及專業(yè)分類（地形模型、正射影像、傾斜攝影、道路、橋梁、隧道及附屬）顯示的開關(guān)，可以根據(jù)表達(dá)需要快速顯隱各專業(yè)模型。

（6）全局設(shè)置關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)方案（寶鵬立交、塘朗工業(yè)區(qū)出入口、南坪立交、北環(huán)立交、僑香路出入口以及濱海立交）的定位索引，可以根據(jù)表達(dá)需要快速定位到關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的中心區(qū)域位置。

（7）全局設(shè)置地形透明的程度（以0-1 反映，0 表示全透明，1 表示完全不透明），根據(jù)需要調(diào)節(jié)地形模型的透明程度以顯示地下隧道等。

（8）全局設(shè)置首頁(yè)索引，可以在匯報(bào)任何階段一鍵回到默認(rèn)的模型視角進(jìn)行模型瀏覽。

其他諸如字體樣式、字體大小，圖片、文本及視頻等要素出現(xiàn)的方式、出現(xiàn)的位置、比例大小及風(fēng)格等設(shè)置及調(diào)整不再贅述。

3.4 平臺(tái)成果

基于項(xiàng)目總體需求和對(duì)平臺(tái)定制化功能的要求，以UE4 虛幻引擎為基礎(chǔ)進(jìn)行開發(fā)，通過(guò)發(fā)布可執(zhí)行文件來(lái)實(shí)現(xiàn)BIM 全景展示平臺(tái)的封裝。具體實(shí)現(xiàn)主要功能的效果如下：

（1）二級(jí)匯報(bào)目錄大綱設(shè)置及不同行政區(qū)位表達(dá)，具體表達(dá)效果如圖8 所示。

圖8 目錄大綱及行政區(qū)位

（2）全局首頁(yè)，一鍵返回默認(rèn)位置模型瀏覽視角，具體首頁(yè)設(shè)置效果如圖9 所示。

圖9 平臺(tái)首頁(yè)

（3）對(duì)應(yīng)匯報(bào)大綱目錄下文本和圖片，同時(shí)圖片選中點(diǎn)擊放大，以突出其中重點(diǎn)表達(dá)的文字內(nèi)容，具體效果如圖10 所示。

圖10 文本及圖片插入

（4）某級(jí)匯報(bào)大綱目錄下文本說(shuō)明和視頻嵌入播放，具體表達(dá)效果如圖11 所示。

圖11 文本及視頻插入

（5）全局設(shè)置設(shè)計(jì)要素和專業(yè)分類顯示的開關(guān)，單擊設(shè)置各要素或?qū)I(yè)模型的顯隱狀態(tài)，以傾斜攝影為例，具體實(shí)現(xiàn)效果如圖12 所示。

圖12 各專業(yè)顯隱設(shè)置

（6）全局設(shè)置關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)方案的定位開關(guān)，單擊定位到某節(jié)點(diǎn)區(qū)域，具體實(shí)現(xiàn)效果如圖13 所示。

圖13 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)定位

（7）地形設(shè)置透明度的調(diào)節(jié)參數(shù)，設(shè)置參數(shù)為0.29，效果如圖14 所示。

圖14 地形透明度參數(shù)設(shè)置

本項(xiàng)目涉及專業(yè)多，規(guī)模體量大，設(shè)計(jì)方案復(fù)雜，短時(shí)間內(nèi)全面理解項(xiàng)目方案內(nèi)容十分困難。借助BIM 全景展示平臺(tái)，設(shè)計(jì)人員能全面系統(tǒng)直觀地講解和剖析項(xiàng)目方案，使得其他人員能在最短時(shí)間內(nèi)最大限度了解方案內(nèi)容，掌握關(guān)鍵要素，大大提高溝通效率，加速?zèng)Q策過(guò)程，在多次圖紙?jiān)u審、專題匯報(bào)中發(fā)揮巨大作用。施工圖評(píng)審時(shí)應(yīng)用平臺(tái)匯報(bào)方案如圖15 所示。

圖15 平臺(tái)用于施工圖評(píng)審

4 結(jié)語(yǔ)

隨著城市現(xiàn)代化程度的提升，交通基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜，專業(yè)綜合性要求越來(lái)越高，BIM 全景展示平臺(tái)的應(yīng)用需求也越來(lái)越大。本文從平臺(tái)應(yīng)用核心需求分析出發(fā)，探索出一種BIM 全景展示平臺(tái)應(yīng)用的思路和方法，并以實(shí)際項(xiàng)目為例，展開說(shuō)明平臺(tái)在實(shí)際應(yīng)用中的具體功能以及達(dá)到的效果。

本文探索的BIM 全景展示平臺(tái)操作便捷，定制化程度高，對(duì)開發(fā)的要求相對(duì)高，由于渲染效果好對(duì)于硬件要求也較高，后續(xù)可以繼續(xù)研究開發(fā)工具級(jí)別插件，讓用戶能自由定義部分的功能，從而降低總體開發(fā)成本。