園林行業(yè)LIM技術(shù)應(yīng)用實例綜述

韋鴻興

（新疆大學 建筑工程學院，新疆 烏魯木齊 830000）

BIM技術(shù)是近幾年熱議的話題，但在園林行業(yè)的討論相對較少，相關(guān)學術(shù)文獻數(shù)量體現(xiàn)了這種差距。在知網(wǎng)檢索（篇關(guān)摘：BIM*建筑信息模型），可以得到13 425篇在篇關(guān)摘中同時出現(xiàn)“BIM”和“建筑信息模型”的文獻，其中最早能追朔到2003年。而檢索出同時出現(xiàn)“園林/景觀”和“BIM/LIM/信息模型”的文獻僅有415篇（檢索日期為2021年12月20日）。剔除新聞訪談、內(nèi)容不相關(guān)的文獻后，對國內(nèi)201篇園林行業(yè)的LIM研究進行分類統(tǒng)計，結(jié)果見表1。

1 理論研究

表1的理論研究指不涉及實際應(yīng)用案例的文獻，這類文獻占了半數(shù)。早在2008年，東南大學建筑學院的杜嶸教授在景觀系設(shè)計課程中引入BIM概念的教學，由于當時的Revit 8.0對曲面設(shè)計比較無力，學生在設(shè)計作品中采用了ArchiCAD作為建模工具[1]。盡管只是實現(xiàn)了參數(shù)化建模，并沒有完全體現(xiàn)BIM的內(nèi)涵，但這是我國學者將BIM引入園林設(shè)計的一次有益嘗試。2009年國際數(shù)字景觀大會，哈佛大學Drvin教授首次將BIM在園林中的應(yīng)用稱為“LIM”（Landscape Information Modeling，景觀信息模型）[2]。此后不斷有學者發(fā)文豐富和完善LIM的理論體系和內(nèi)涵，得益于計算機軟硬件的技術(shù)進步以及國內(nèi)政策激勵，2019年后這類理論研究文獻數(shù)量有爆發(fā)性的增長。

表1 2008-2021年國內(nèi)園林行業(yè)LIM研究文獻歸類

借鑒了BIM在建筑行業(yè)大量成熟的應(yīng)用研究，這類理論研究文獻前瞻性地指出園林行業(yè)引入BIM技術(shù)后增加了哪些功能和便利，以及可以在哪些方向應(yīng)用這些優(yōu)點，還有如何構(gòu)建應(yīng)用體現(xiàn)適應(yīng)這些變革。其中被引用最多的是郭湧[3]對風景園林信息模型的概念內(nèi)涵和技術(shù)應(yīng)用體系的表述，他認為LIM應(yīng)用場景包括項目管理、場地研究、規(guī)劃設(shè)計、深化設(shè)計、方案模擬、工程管理、自動施工、苗木物流、運維管理和智慧園林等。此外，他依托清華產(chǎn)學研平臺對LIM應(yīng)用體系進行了5年的研究，確定了核心軟硬件的選擇、研發(fā)軟件的企業(yè)模板、協(xié)同平臺的構(gòu)建方法，并編制了LIM平臺管理應(yīng)用手冊[4]。

標準化方面，萬達、雄安集團等已制定了企業(yè)BIM標準；在浙江、廣西、廣東、吉林、河南發(fā)布的BIM技術(shù)收費標準中都明確了園林景觀項目的計價參考。

這102篇LIM理論研究的文獻以知識體系構(gòu)建、發(fā)展動態(tài)介紹和技術(shù)展望為主，主要談LIM的重要性、必要性和局限性。這類文獻高屋建瓴，代表了最前沿的思想和理論。它們很好地解答了什么是LIM、LIM能帶來什么好處以及應(yīng)該如何實現(xiàn)LIM。綜上，我國對LIM的理論研究和標準化已較為成熟。

2 實例研究

但LIM執(zhí)行層面就不如理論層面那么順利，目前在園林項目全周期全面應(yīng)用LIM的案例仍然非常少。如表2所統(tǒng)計，在涉及應(yīng)用實例的99篇文獻里，都僅僅在部分項目的部分環(huán)節(jié)使用部分的BIM技術(shù)解決特定工程難題，并沒有完整給出一個能讓其他設(shè)計單位效仿的LIM實施方案。對這類文獻進行綜述，分析各種應(yīng)用熱點的原因，總結(jié)他們的應(yīng)對策略，對將來在大大小小的園林項目中全面普及LIM技術(shù)非常有益。

表2 國內(nèi)園林行業(yè)LIM應(yīng)用實例類文獻的研究主題分布 單位：篇

2.1 實景模型

實景建模指通過傾斜攝影或者激光掃描得到場地的原始數(shù)據(jù)，然后自動生成場地現(xiàn)狀的模型。這比以往的測繪手段得到的信息更全面立體，為規(guī)劃設(shè)計提供更可靠的決策依據(jù)。另一種用途是獲得現(xiàn)存古建筑的實景模型，然后以此為參照在BIM軟件里建模，這是對古建遺跡的數(shù)字化保護。

相關(guān)文獻對傾斜攝影建模的步驟都比較統(tǒng)一，先用搭載GPS的無人機對場地航拍，獲取的照片和數(shù)據(jù)用配套的程序進行自動空三加密和逆向建模，常見的程序有Smart3D Capture和Context Capture。這些軟件處理過的模型可以保存為多數(shù)BIM軟件通用的OBJ、FBX等格式，進行深化建模設(shè)計。2015年丹陽市使用傾斜攝影技術(shù)制作城市信息模型，王丙濤等[5]對模型成果進行質(zhì)量分析，認為該技術(shù)達到CH/T 9015—2012《三維地理信息模型數(shù)據(jù)產(chǎn)品規(guī)范》的要求。傾斜攝影技術(shù)很早就已經(jīng)成熟，而最近3年發(fā)文變多的原因是無人機的售價逐漸親民，更多的項目得以實施這項技術(shù)。在唐山市超級綠道北新道橋項目中，耿濤[6]發(fā)現(xiàn)在施工過程中使用傾斜攝影建模，可以把控每日土方施工進度。

地面三維激光掃描點云技術(shù)也比較成熟。首先將所有測站點獲取的FLS格式點云數(shù)據(jù)導入SCENE軟件拼合到統(tǒng)一坐標系，但是如此一來整個項目的點云數(shù)據(jù)會非常大，直接輸入Revit會導致運行不暢。對此李艷等[7]的解決方案是拼合統(tǒng)一坐標系后按建筑單體裁剪導出為多個RCS格式的單體點云模型，同時建立SQL Server數(shù)據(jù)庫來保存單體點云數(shù)據(jù)庫和之后Revit創(chuàng)建的族庫。

綜上，實景建模的應(yīng)用障礙在于無人機的成本和電腦容量，而非技術(shù)障礙。

2.2 環(huán)境分析

環(huán)境分析指對BIM模型進行可視度、日照、光、熱、聲、水、空間進行模擬分析，來輔助設(shè)計師做出合理決策。Ecotect軟件能實現(xiàn)前5種的分析，規(guī)劃階段可以直接在Ecotect里創(chuàng)建粗略立體模型來分析，方案驗證階段可以把BIM模型以3DS、DXF格式導入分析。水環(huán)境分析需要專業(yè)的Flow-3D軟件?？臻g分析需要用到基于空間句法理論開發(fā)的DepthMap X。這類軟件能讓不同環(huán)境性能評價的區(qū)域顯示不同顏色，實現(xiàn)直觀的數(shù)據(jù)可視化。設(shè)計師據(jù)此調(diào)整設(shè)計方案，比如庭院燈的布置、不同耐陰植物的布置、貴重小品放在可視度好的地方、植物隔噪音等。

2.3 地形

地形是景觀信息模型和建筑信息模型最大的區(qū)別之一，因此專門為建筑開發(fā)的Revit對起伏復雜的地形比較無力，但Autodesk公司的另一款軟件Civil 3D一定程度上彌補了Revit的這一弱點。數(shù)字地面模型（DTM）無法借鑒建筑行業(yè)的BIM經(jīng)驗，所以相關(guān)的實例文獻采用的方法各異。2014年，趙艷輝[8]用中國建筑科學研究院自主產(chǎn)權(quán)的“佳園Garland”軟件做地形設(shè)計，可以實現(xiàn)土方量統(tǒng)計的功能。姚小龍[9]采取的方法是將高程文件轉(zhuǎn)化為XYZ坐標形式的TXT文件，調(diào)入Grasshopper空間中進行處理生成地形和等高線。2018年，連云港市劉志洲山體育公園項目用的是Civil 3D[10]。2021年，西湖大學項目先在Rhion中插入CAD等高線生成地形，調(diào)整曲面后再將地形模型整合到Revit中[11]。

數(shù)字地面模型是自動化土方施工的前提。彼得·派切克[12]介紹了一種通過BIM技術(shù)控制土方施工機械，對高爾夫果嶺造坡施工的方案。首先用一桶沙子手動捏出果嶺造型，然后圍繞這堆沙子拍攝25張照片，照片導入Autodesk 123D Catch進行數(shù)據(jù)處理，再轉(zhuǎn)換到3ds Max Design進行數(shù)據(jù)優(yōu)化，接著導入Civil 3D生成數(shù)字地形模型，模型上傳到三維全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（3D GNSS），就可以控制帶有接收器的土方施工機械，進行厘米級誤差的造坡施工。

綜上，曲面地形的塑造仍有一定技術(shù)障礙。但2020年，何塞·米格爾·拉米拉斯等[13]介紹了TIN 2.0曲面技術(shù)，該技術(shù)可以讓建模軟件通過推拉來塑造三維曲面，比傳統(tǒng)的通過等高線調(diào)整地形有更高的自由度。

2.4 植物庫

植物模型也是和建筑BIM最大的區(qū)別之一。模型做得簡單抽象則效果不精美，但是做得逼真對電腦算力要求很高。而且數(shù)千種景觀植物形態(tài)各異，按照BIM數(shù)字孿生的內(nèi)涵，植物模型還需要能體現(xiàn)不同的生長周期。所以對每一種植物建模是一項浩大的工程，直到2017年，萬達BIM構(gòu)件庫里才完成了200種植物的Revit建模[14]。相關(guān)文獻對創(chuàng)建植物模型庫有著不同嘗試。

2019年，黃遠祥等[15]針對Revit植物族庫品種少、仿真度低的缺點，提出一種高仿真植物族庫的建立方法：用Autodesk 3ds Max運行GrowFX創(chuàng)建植物的參數(shù)化模型，導出DWG格式，導入Revit賦予非幾何信息保存族庫，但他同時指出這種方法的缺點是占用運行內(nèi)存高、葉片花紋的貼圖在文件轉(zhuǎn)換時會部分丟失。王婉穎等[16]選了多款植物建模軟件，認為PlantFactory對使用者的計算機和植物學知識要求不高，對硬件要求也不高，模型輕量化，文件格式能和其他LIM軟件交互。2020年，安得烈亞斯·盧卡等[17]提出的方案是喬木模型作為Revit族保存在族庫里，為了輕量化，僅制作簡單對稱的三維幾何體來滿足碰撞、統(tǒng)計等BIM功能，而當需要美觀仿真的可視化效果時，則在Enscape里用高分辨率喬木渲染模型自動覆蓋或替換對應(yīng)關(guān)聯(lián)的BIM喬木模型。

植物族庫的作用不僅體現(xiàn)在設(shè)計上，對于施工和養(yǎng)護也很有幫助。2020年，在廣州花都區(qū)某六星級酒店項目中，采購人員在苗圃中對購入的大樹粘貼唯一二維碼，并拍攝實景照片輸入規(guī)格信息，上傳到他們自主開發(fā)的大樹驗收APP。苗木商運苗進場時，驗收人員搜碼對比圖片規(guī)格信息，完成驗收。施工人員搜碼就知道大樹種植的位置和養(yǎng)護要求[18]。

綜上，創(chuàng)建植物族庫在技術(shù)和人力上都有困難。筆者認為，企業(yè)各自建立自己的族庫是一種資源浪費，如果政府牽頭，或者向社會有獎募集植物模型則效率會高很多。

2.5 構(gòu)件庫

相關(guān)文獻對構(gòu)件庫的討論集中在中式古建筑的構(gòu)件上，目的是復現(xiàn)歷史遺跡、對現(xiàn)存古跡數(shù)字化保護、傳承建造仿古建筑。

北宋《營造法式》和清代清工部《工程做法》是當時法規(guī)性的建筑設(shè)計和營造規(guī)范，其中對構(gòu)件的定型化、模數(shù)化制作、工料估算限額都有詳細的規(guī)定和圖樣。這和Revit的族庫非常類似。2020年范婷婷[19]在安徽鳳陽明中都文化旅游中心項目中制作古建筑構(gòu)件族庫，對指導手工匠人和數(shù)控機床加工都起到作用，類似的實例還有北海公園萬佛樓復原工程[20]。

不局限于古建筑，任何標準化的常用構(gòu)件都適合創(chuàng)建族庫，方便多次使用。偉星新材公司為自身生成的管件設(shè)備等商品建立模型族庫，設(shè)計方可以在廣聯(lián)達Magi Cloud云平臺中下載使用[21]。王天奇[22]參考《南京安居保障性住房景觀標準化設(shè)計模塊（試行版）》一書，對安置房小區(qū)出入口系統(tǒng)、休閑場地系統(tǒng)、停車系統(tǒng)、道路系統(tǒng)的模塊化景觀構(gòu)件用Revit創(chuàng)建族。當族的非幾何信息比較多時，比如大量圖片視頻時，可以對族編碼，然后鏈接到外部的電子文檔，編輯保存都在文檔進行，這樣可使模型輕量化[23]。

2.6 裝配式

裝配式指場外制作場內(nèi)安裝。相關(guān)文獻的實例中，有的并不是LIM項目，但遇到假山景石、異形鋪裝石材、造型雕塑時，會專門建模解決三方溝通問題。對于造型奇特的仿古混凝土戧角，岳昉澤等[24]繪制Solid Works模型后，靠3D打印技術(shù)打印出模板用于混凝土澆筑。江蘇省靖江市中晶展示中心的大部分硬質(zhì)景觀都采用裝配式預(yù)制混凝土，而且是EPC項目，BIM技術(shù)的優(yōu)勢得到完全發(fā)揮[25]。

綜上，BIM技術(shù)能讓業(yè)主、預(yù)制廠商、施工單位更好理解設(shè)計意圖，預(yù)制廠商也能合理地生產(chǎn)組件便于運輸、吊裝、加固。

2.7 可視化

可視化指BIM設(shè)計作品的呈現(xiàn)效果，包括三維立體、環(huán)境渲染、動畫漫游、VR。

SkylineGlobe公司的TerraExplorer，以及中科圖新（蘇州）科技有限公司的Wish3D-Earth都可以將實景模型和人工模型、二維圖形、標注圖案等疊加到衛(wèi)星地圖上，用于測量、分析可視域、展示規(guī)劃方案。SketchUp、Grasshopper和Rhion能靈活便捷地創(chuàng)建三維體塊，在初步設(shè)計方案推敲時比Revit等BIM軟件方便。LumenRT和Lumoin一樣是“場景模擬軟件”，但在室內(nèi)日光渲染表現(xiàn)更好。室內(nèi)夜光和室外日夜光表現(xiàn)不如Lumion，大場景植被時運行性能也不如Lumion。Lumion漫游動畫僅僅能實現(xiàn)既定路線的漫游，王剛[26]為某港口工程開發(fā)了一款基于Unreal Engine 4圖形引擎的安卓設(shè)備端APP，可以實現(xiàn)讓用戶在APP端自由選擇漫游路徑。與在BIM軟件中直接瀏覽不同，漫游路徑不能穿越墻等實體，更符合現(xiàn)實體驗。

可視化本來是BIM軟件的基本功能，但由于從項目開始就應(yīng)用BIM技術(shù)的工程并不多見，所以不少文獻實例都在用其他三維渲染軟件去實現(xiàn)可視化。

2.8 項目管理

這類文獻指在項目中通過BIM技術(shù)實現(xiàn)成本、進度管理、整合協(xié)調(diào)的實例研究。

2017年，曹陽艷[27]將BIM三維算量功能的廣聯(lián)達相關(guān)算量軟件用于工程項目。并將應(yīng)用結(jié)果與傳統(tǒng)的表格算量法對比，分析各自優(yōu)劣，指出三維算量法的必然性并對軟件開發(fā)提出建議。2017年，黃志超[28]在廣州白云機場噪音治理安置區(qū)園林工程的BT模式項目管理中應(yīng)用了BIM技術(shù)，解決了碰撞檢查、工程量統(tǒng)計、4D施工模擬的難題。首先用CAD和Revit進行BIM建模，用Navisworks進行4D模擬和施工進度計劃的編排，F(xiàn)uzor三維可視化的漫游演示。前海集群市政工程涉及的區(qū)域多，專業(yè)多，因此在各階段采用的BIM軟件并不盡相同，Bentley、Revit、SketchUp、Rhino、CATIA、SolidWorks等都有，而如何集成這些BIM模型是實現(xiàn)BIM全過程應(yīng)用的關(guān)鍵，最終統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為.dgn格式在同一坐標系下基于Microstation軟件完成整合[29]。金湖公園項目BIM應(yīng)用整體按照《雄安新區(qū)市政工程BIM模型成果技術(shù)導則》《雄安新區(qū)市政工程數(shù)據(jù)對象編碼技術(shù)導則》《中國雄安集團BIM標準體系園林分冊》的標準執(zhí)行。作為當下為數(shù)不多的BIM技術(shù)在園林類項目的應(yīng)用工程，本項目在建設(shè)過程中充分發(fā)揮了BIM工具的積極作用，對其他在建園林類項目具有較強的借鑒意義[30]。

綜上，近年來出現(xiàn)不少全過程使用LIM技術(shù)的園林項目，但都是投資規(guī)模較大的重點項目。

3 結(jié)束語

從文獻實例看，我國園林行業(yè)LIM在執(zhí)行層面的發(fā)展遠遠跟不上理論研究的前瞻性，能全過程全面應(yīng)用LIM的項目非常少見，但總結(jié)其中關(guān)注的熱點、回顧這些探索的過程，可以發(fā)現(xiàn)之前研究者付出的艱辛和取得的進步，也為后來的研究者的研究方向提供一些參考。