交通基礎設施BIM 全景展示平臺應用

吳軍偉

[上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092]

0 引言

交通基礎設施現代化是現代化社會十分重要的經濟支撐。從實質上看，交通基礎設施現代化反映了當前處于國際先進水平交通基礎設施的一種“狀態”和“過程”，即一個國家或一個區域的交通基礎設施總體水平達到或接近國際先進水平，能夠保證全社會的交通運輸實現可靠、便捷、安全、經濟、高效、低耗和環保的目標。

隨著我國城市化進程的逐步推進，城市規模的同步持續擴大，交通基礎設施工程也不斷向復雜化和大型化趨勢發展，勢必需要項目在投資、進度、質量等方面控制嚴格精確，各個參與方在項目全過程中保持信息通暢、管理連續。

1 交通基礎設施BIM 技術應用現狀

在我國城市交通設施基礎建設過程中，BIM 技術作為一項應用新型技術，在應用過程中常受到該項工作條件的影響[1]，主要原因是其應用工作效果并不顯著，同時實際應用該項技術的工程項目數量也比較少。

目前BIM 技術在交通工程領域內大多數采用CAD 與BIM 的并行模式[2]，可以理解為先，完成設計成果后再進行BIM 建模，導致設計與施工階段之間并沒有實現無縫銜接。

2 BIM 全景展示平臺

2.1 行業背景

2021 年5 月，廣東省人民政府辦公廳發布的《廣東省促進建筑業高質量發展若干措施》提出，加大建筑信息模型（BIM）、互聯網、物聯網、大數據、云計算、人工智能、區塊鏈等新技術在建造全過程的集成應用力度，發展BIM 正向設計，推進城市信息模型（CIM）基礎平臺建設。

2.2 核心需求

在交通基礎設施項目不同階段的各類匯報和交流中，需要集成各類專業設計數據以交互式和三維可視化的形式直觀準確傳達設計意圖，因此BIM 全景展示平臺在設計過程中需要至少滿足以下核心功能需求。

（1）BIM 模型集成：三維可視化表達的基礎是BIM 設計模型，平臺必須兼容通用BIM 設計模型數據格式文件，并且平臺的圖形引擎能對BIM 設計模型進行渲染運算處理以達到美觀的可視化效果；同時大多數情況下還需要對BIM 模型進行模型輕量化處理，輕量化并不是單純將模型幾何或非幾何數據消除掉，而是通過重構優化手段壓縮簡化數據模型，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 技術設計的模型所支持的空間范圍都較小，著重在建筑設施的細節處，無法模擬大范圍的地形信息[4]。交通基礎設施為線狀工程，范圍內涉及的現狀自然、交通、建筑等物體或設施體量龐雜，需要以傾斜攝影數據方式展現，平臺需要兼容傾斜攝影的數據格式，能實現大體量傾斜攝影模型分級加載。

（3）圖片、文本或視頻集成：交通基礎設施項目的匯報單獨以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據表達形式輔助表達。因此，平臺除了兼容BIM 模型和傾斜攝影，還需要能集成圖片、文本或視頻等數據形式。

（4）交互式表達方式：為了更全面更自由地讓匯報人員能根據現場會議或交流溝通的需要在平臺進行實時操作演示，平臺有必要提供交互式表達方式適應需求。

（5）可定制化的邏輯表達：項目中的不同階段、不同會議、不同設計人員對于匯報的邏輯思路會有差別，平臺需要根據特定的邏輯表達進行定制化編程開發，以符合會匯報人員的表達思路。

2.3 平臺架構

基于滿足核心需求的考慮，從平臺加載模型的速率、操作的穩定性和可視化渲染效果等方面綜合評估，BIM 全景展示平臺采用CS 架構，以UE4 虛幻引擎為基礎進行開發，最終發布可執行文件，無需本地安裝客戶端也無須依賴網絡，直接本地資源加載，能夠支持大范圍場景的實時加載和實時渲染，并同時融合OSGB 數據，其具體平臺架構如圖1 所示。

圖1 平臺架構

3 應用案例

3.1 項目概況

僑城東北延通道項目北起福龍路（不含福龍立交），往南下穿羊臺山后，與規劃寶鵬通道、沙河東路北延道路銜接，并下穿深圳大學二期規劃用地、西麗高爾夫用地、塘朗工業區、塘朗山，與北環大道立交，穿安托山片區，沿現狀僑城東路新建地下隧道，南至濱海大道，全長約15.7 km，隧道長約13.9 km，規劃為城市快速路，雙向6 車道，設計速度80 km/h。

本項目集路、橋、隧、地下互通于一體，全線共新建隧道5 座，長約13.9 km；互通立交4 處，主線橋梁3 座，立交橋梁2 座，合計橋梁總長約6.7 km,結構形式多樣，工點復雜、設計難度大，且沿線工程敏感點復雜，限制制約因素多。

3.2 總體需求

對平臺的總體需求同本文2.2 節內容一致，具體內容如下。

（1）項目BIM 模型集成

項目的BIM 模型主要包含：地形模型、規劃模型、道路設計模型、橋梁設計模型和隧道設計模型等，如圖2 至圖5 所示。

圖2 地形與規劃模型

圖3 道路設計模型

圖4 橋梁設計模型

圖5 隧道設計模型

原生模型格式包含rvt，dgn，3dxml 等，為了統一數據格式，選用與平臺圖形引擎兼容且效果良好的fbx 數據格式來進行BIM 模型集成展示。

（2）項目傾斜攝影模型集成

除了項目BIM 模型，為了真實還原沿線地表現狀情況，采用無人機設備全線17 km 范圍采集并生成了200 G 左右的傾斜攝影實景模型，選用OSGB原生格式在平臺上進行加載，局部模型如圖6 所示。

圖6 傾斜攝影模型

（3）項目圖片、文本和視頻

根據項目匯報內容，需要項目方案效果圖、工程概況描述文本以及漫游視頻等素材進行輔助表達。

（4）交互式表達方式

平臺啟動后，可以通過鼠標或鍵盤流暢瀏覽項目模型。

（5）定制化的邏輯表達

按照設計負責人匯報施工圖設計方案的思路分層級展開表達。

3.3 定制化功能

對于總體需求中的定制化邏輯表達，可以進一步分解成如下定制化功能要求：

（1）平臺總體上按照設計方案匯報大綱設置一級邏輯，其大綱包含項目概況、建設條件、總體布置、工程方案及創新優化等一級標題；二級標題在對應的一級標題下展開，例如項目概況一級標題下展開項目背景、功能定位、交通分析、技術標準、工程概況及主要進展等二級標題，如圖7 所示。

圖7 大綱目錄示例

（2）在各級目錄下插入設計人員匯報時相應的文本、圖片或視頻（視頻采用一次播放后停止方式或滾動播放）；文本、圖片或視頻放置的位置和大小根據顯示窗口自動調節固定其顯示比例。

（3）在工程方案章節需要根據方案內容涉及的區域位置自動定位到對應模型區域的中心位置，并同時出現輔助表達的圖片、文字或視頻。

（4）匯報開始前GIS 地圖背景顯示項目涉及的3個行政區（以不同顏色高亮顯示）及項目的路線。

（5）全局設置按設計要素及專業分類（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，可以根據表達需要快速顯隱各專業模型。

（6）全局設置關鍵節點方案（寶鵬立交、塘朗工業區出入口、南坪立交、北環立交、僑香路出入口以及濱海立交）的定位索引，可以根據表達需要快速定位到關鍵節點的中心區域位置。

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

（8）全局設置首頁索引，可以在匯報任何階段一鍵回到默認的模型視角進行模型瀏覽。

其他諸如字體樣式、字體大小，圖片、文本及視頻等要素出現的方式、出現的位置、比例大小及風格等設置及調整不再贅述。

3.4 平臺成果

基于項目總體需求和對平臺定制化功能的要求，以UE4 虛幻引擎為基礎進行開發，通過發布可執行文件來實現BIM 全景展示平臺的封裝。具體實現主要功能的效果如下：

（1）二級匯報目錄大綱設置及不同行政區位表達，具體表達效果如圖8 所示。

圖8 目錄大綱及行政區位

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

圖9 平臺首頁

（3）對應匯報大綱目錄下文本和圖片，同時圖片選中點擊放大，以突出其中重點表達的文字內容，具體效果如圖10 所示。

圖10 文本及圖片插入

（4）某級匯報大綱目錄下文本說明和視頻嵌入播放，具體表達效果如圖11 所示。

圖11 文本及視頻插入

（5）全局設置設計要素和專業分類顯示的開關，單擊設置各要素或專業模型的顯隱狀態，以傾斜攝影為例，具體實現效果如圖12 所示。

圖12 各專業顯隱設置

（6）全局設置關鍵節點方案的定位開關，單擊定位到某節點區域，具體實現效果如圖13 所示。

圖13 關鍵節點定位

（7）地形設置透明度的調節參數，設置參數為0.29，效果如圖14 所示。

圖14 地形透明度參數設置

本項目涉及專業多，規模體量大，設計方案復雜，短時間內全面理解項目方案內容十分困難。借助BIM 全景展示平臺，設計人員能全面系統直觀地講解和剖析項目方案，使得其他人員能在最短時間內最大限度了解方案內容，掌握關鍵要素，大大提高溝通效率，加速決策過程，在多次圖紙評審、專題匯報中發揮巨大作用。施工圖評審時應用平臺匯報方案如圖15 所示。

圖15 平臺用于施工圖評審

4 結語

隨著城市現代化程度的提升，交通基礎設施項目方案設計越來越復雜，專業綜合性要求越來越高，BIM 全景展示平臺的應用需求也越來越大。本文從平臺應用核心需求分析出發，探索出一種BIM 全景展示平臺應用的思路和方法，并以實際項目為例，展開說明平臺在實際應用中的具體功能以及達到的效果。

本文探索的BIM 全景展示平臺操作便捷，定制化程度高，對開發的要求相對高，由于渲染效果好對于硬件要求也較高，后續可以繼續研究開發工具級別插件，讓用戶能自由定義部分的功能，從而降低總體開發成本。