1、基于 BIM 技术的城市三维建筑模型的探讨 张楼香 张春敏 陈玲 常州市测绘院 摘 要： 分析了传统城市三维建模的现状及存在的问题, 指出了 BIM 技术应用于城市规划的重要性, 同时探讨了基于 BIM 技术的城市三维模型系统的设计模式。将BIM 技术与传统三维建模技术、地理数据库等相结合, 建立建筑 BIM 模型, 促进城市三维建模技术的创新发展, 同时建筑 BIM 模型可嵌入城市规划项目 BIM模型, 贯穿于项目全生命周期, 为城市规划者和管理者提供信息化的高效、便利的手段。关键词： BIM; 城市三维; 建筑; 模型; 作者简介：张楼香 (1990-) , 女, 江苏丹阳人, 助理工程师
2、, 硕士, 2015 年毕业于河海大学地理学专业, 主要从事城市三维建模工作。收稿日期：2016-12-19Discussion of 3D Building Model Based on BIMZHANG Lou-xiang ZHANG Chun-min CHEN Ling Changzhou Surveying and Mapping Institute; Abstract： The paper analyzes the current situation and the existing problems of traditional 3 D modeling as well as th
3、e importance of BIM technology used in city planning, and discusses the design mode, application system design of urban three-dimensional model based on BIM technology. In the design, BIM technology is combined with traditional 3 D modeling technology and geographic database to build building model.
4、 It can promote the development of 3 D modeling technology. At the same time, building BIM model can be embedded in urban project BIM model, which runs through the whole life cycle, provide urban planners and managers to maximum efficiency and convenience.Keyword： BIM; 3D digital city; building; mod
5、el; Received： 2016-12-190 引言随着我国城市化进程的加快, 人们对住宅、商业的生态环境、交通便利等提出了更高的要求, 城市规划单位面临巨大的挑战, 建立城市建筑全生命周期管理平台是非常有必要的。将建筑的规划设计、施工、运营等通过三维的方式展现在管理平台上, 为规划设计者和管理者提供了信息化的手段, 实现了信息的共享, 同时可视化增强, 大众参与度增加, 提高了项目的总体管理水平1。目前, 测绘生产单位开发了各种三维系统进行三维场景的浏览、数字城管等, 借助三维 GIS、遥感等信息技术, 建立三维空间数据库, 将城市赖以生存和发展的各种基础设施以三维化、网络化的形式进行综
6、合管理, 建立建筑精细模型, 实现了数字城市的智能化和可视化。但是仍然存在着一些问题2:第一, 建筑信息没有全部表达, 三维建筑建模侧重建立建筑物的表面模型, 人们只能对其进行浏览和简单的量距, 没有进行建筑内部结构的建模, 也没有建筑物的各种属性特征, 意味着不能进行建筑预算、施工、管理等工作, 极大浪费了建模资源;第二, 信息不能实时更新, 三维模型的建立是以二维地形图为依据, 但一般三维模型是在 3DMAX 等各类设计软件中建立的, 地形图则在 Auto CAD 中运行, 两种软件不能进行相互转化, 因此当地形图更新时, 三维模型无法及时更新;第三, 目前建立的三维系统都是根据各个部门需
7、求单独建立的, 各类信息无法在所有部门之间进行交流和传递, 造成城市建筑的管理下降和协调困难, 严重影响了整个建筑全生命周期的进程和效率。1 BIM 技术及其应用1.1 BIM 概念及其特征BIM (Building Information Modeling) , 即建筑信息模型, 最早是在 2002 年由 Autodesk 提出来的, 最初的目的是为了解决建筑从二维转换到三维中, 三维模型中包括建筑的几何信息、物理属性信息以及其他信息等问题, 后来逐渐拓宽到其他工程领域, 并覆盖了建筑项目的计划、设计分析、施工过程、运营维护等整个全生命周期3。1.2 BIM 的应用BIM 技术在国内外发展迅
8、速, 广泛应用于工程行业。美国、欧洲及日本等国家积极引进 BIM 技术, 建立战略部署, 成立软件联盟, 制定 BIM 应用标准。国内BIM 技术的应用起步较晚, 从 2003 年才开始引进 BIM 技术, 后来得到政府和行业相关部门的重视, 国家“十二五”建筑信息化发展纲要更是将 BIM 技术写入规划中4。目前成功的应用有常州市武进规划展览馆5, 运用 Tekla Structures 平台展示了莲花馆的设计环节以及施工环节, 检查各个构件碰撞的情况, 在实施之前解决即将发生的问题, 减少了现场施工的工作量, 提高了施工质量和效率, 实现了规划馆的可持续发展;佛山南海区承创大厦6, 根据广东
9、本身的气候特点和经济发展的状况, 将 BIM 技术与绿色节能分析软件相结合, 进行基于 BIM 的风环境、室内环境、人流疏散分析和建模, 真正实现了低能耗和绿色节能。本文基于 BIM 技术的城市三维建模的构想, 将建筑的各个阶段以及周边环境加以整合, 通过开发全生命周期管理模块, 实现城市三维的可视化和信息共享, 达到管理方便、提高城市管理水平的目的。2 基于 BIM 技术的城市三维建筑模型的构想本文主要讨论基于 BIM 技术的城市三维建筑全生命周期管理平台的构建, 在建筑设计之初、建筑施工和建筑运营管理阶段中, BIM 技术如何体现。总体思路如图 1 所示, 首先根据现状建筑数据和基础地理信
10、息数据建立整体模型, 通过其他施工数据建立建筑内部结构的建模, 根据规划数据规划建筑模型和室外城市规划微环境模拟, 形成丰富的三维数字城市数据资源, 当建筑模型建立后即可进行各种功能的操作, 如建筑部件信息的查询、面积统计、各部件的碰撞检测、规划方案预演、应急事件的管理等。图 1 总体思路 Fig.1 General idea 下载原图2.1 基于 BIM 技术的建筑设计管理2.1.1 基于 BIM 的建筑室内外三维建模基于 BIM 技术的城市建筑模型构建首先考虑的就是 3D 可视化建筑模型设计, 不仅展示建筑外部结构和纹理, 还要展示建筑内部结构, 同时可以根据三维模型获得各种关于建筑的信息
11、和图形。基础模型结构设计如图 2 所示, 设计对象不再是传统的地形图, 而是屋顶、墙体、窗户等建筑的基本构件, 这些结构部件涵盖了所有的信息, 包括属性面积、传热系数、材料材质、价格等, BIM 技术将建筑的三维属性、材料属性、热力系数、物理特征等结合起来, 形成一个完整的、系统的建筑室内外三维模型, 自动获得建筑的平面图、剖面图等图纸, 为后续的结构碰撞检测、成本工期估算、提供逼真的视听觉效果打下基础。图 2 建筑模型结构 Fig.2 Building model structure 下载原图2.1.2 基于 BIM 的微环境模拟现代城市讲究建筑的可持续发展, 在城市规划设计之初, 设计者必
12、须要对城市周边生态环境影响进行评价, 评价城市交通、景观、绿地的影响以及人体舒适度, 因此在建立三维建筑模型的同时, 进行微环境生态模拟和评估, 为规划设计者判断决策提供技术手段。基本思路是:首先根据三维建筑室内外模型得到建筑各类属性, 收集气象数据和环境数据, 如日照、平均气温等, 将这些数据进行整合, 然后将整合好的资料统一导入 BIM 平台进行计算和模拟, 得到结果。结果可以两种形式展示, 一种是二维分析图, 另外一种则是三维浏览形式, 使设计者能直观观察环境影响, 模拟生态环境, 进而进行能耗分析等。2.1.3 基于 BIM 的碰撞检测基于 BIM 技术在设计之初需要进行结构、管线、电
13、源的碰撞检测, 流程如图 3所示, 建筑工程师对基础模型进行细化, 得到各角度建筑施工图, 结构工程师建立建筑楼梯、房梁、柱、地板等结构的三维模型, MEP 工程师提供给排水、电气、暖气等参数模型, 不同专业在建模过程中进行自检, 自动检查本模型相链接处的不合理, 生成自检报告, 准确标识冲突位置, 完成各自专业内存在的问题, 然后进行专业之间的碰撞检测, 根据建筑建造规则进行检查, 同样生成报告和标识位置, 初步删除一些不合理的设置, 最后进行管线纵横分析, 整体检测, 优化管线设计方案, 减少在实际施工过程中存在的错误, 避免再次反工, 提高经济效益和施工效率。图 3 检查碰撞流程图 Fi
14、g.3 Check the collision flow chart 下载原图2.2 基于 BIM 的建筑施工管理当建筑设计完成时, 就要进行施工管理, 内容见表 1。在施工管理阶段运用 BIM技术, 可以进行施工方案的演习、工作量的统计、施工时间和质量的把握以及施工安全的管理。首先把施工进度和要求通过三维展示出来, 使参与者能直观地了解施工进度及施工重点环节, 从而做出初步判断和选择, 也支持会议及交底工作;迅速统计完成的工程量, 针对因为特殊情况带来的工程量的变化能够动态计算, 有利于安排工程资金及物资的使用情况;将 BIM 和时间节点、质量控制点相结合, 动态监测施工质量和时间, 当时间
15、或质量超过极限点时会可视化判断预警等级及警报。表 1 基于 BIM 的建筑施工管理内容 Tab.1 Construction management content based on BIM 下载原表 2.3 基于 BIM 的建筑运营管理后期建筑运营阶段, 根据建筑的变化进行时空分析和显示, 通过走路、骑行等方式进行三维漫游体验, 点击建筑各个部件, 可相应查看具体信息, 不仅有物理属性, 还有运营时所具有的用途属性, 方便管理者管理;当出现紧急情况, 如火灾、水灾、拥堵时, BIM 模型可以进行疏散区域的确定和疏散路线的指导, 保证人员的迅速撤离和减少损失, 以火灾为例, BIM 模型对建筑内
16、部空间进行通达性分析, 根据分析结果确定火灾的区域以及可以逃生的建筑开口、扑灭火灾的连通部件等, 将这些核心要素相结合得到火灾动态变化, 实时更新路线, 确保将危险降至最低。3 结束语本文在分析传统城市三维建模的现状及存在问题的基础上, 探讨了将 BIM 技术与传统三维建模技术、地理数据库等相结合, 建立建筑 BIM 模型, 贯穿于建筑项目全生命周期, 为城市规划者和管理者提供信息化的高效、便利的手段。建立基于 BIM 技术的城市三维建筑模型, 将建筑的各个阶段以及周边环境加以整合, 通过开发全生命周期管理模块, 实现城市三维的可视化和信息共享, 提高城市管理水平, 是实现智慧城市的主要手段。
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