BIM技術中建筑工程可視化應用方法及價值探討

魏英洪

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142)

隨著計算機圖形技術及信息技術的快速發展，建筑信息模型(BIM)技術已經成為目前建筑工程行業的熱門技術。BIM基于三維的協同設計模式，設計成果承載大量信息，將給建筑工程各階段的相關方帶來全新的價值體驗，注定將成為建筑工程領域的主流技術。BIM三維設計模式可更好的展現設計師的意圖，其成果可直接被可視化應用，使得項目的設計審查更便捷、直觀，避免了重復建模人力資源的浪費和時間的延誤，因此，建筑可視化是BIM技術公認的一項重要應用價值。討論結合BIM設計成果實現可視化的幾種方式，以及各自的特點，并對其主要可視成果應用領域進行探討。

1 BIM建筑可視化應用方案

1.1 基于Revit設計軟件可視化

Revit設計軟件是目前國內主要BIM應用軟件之一，以此軟件為例，實現可視化的基本方法有兩種，一種是三維設計視圖中使用“真實”視覺樣式，該樣式實時顯示Revit中的材質和紋理，便于設計過程中的可視。另一種是渲染模型以創建照片級真實感圖像。Revit設計軟件自身具備材質、燈光、環境配景、渲染等相關技術要素，采用mental ray＆reg渲染引擎，保障了高質量的渲染效果。渲染的速度受模型圖元數量、詳細程度以及渲染視圖區域大小的影響，渲染的性能受光源數、光源形狀、陰影柔和度、間接照明以及用剖面框和燈光組來控制渲染的模型數量影響。通過Revit自身的渲染功能，可在設計過程中設定任意的相機位置和視角，設計師可直接獲得效果圖和動畫視頻，用來檢視設計(如圖1、圖2、圖3所示)。

圖1 Revit中的三維視圖

圖2 Revit的渲染

此外，Revit還具有漫游功能，通過創建相機路徑，并創建動畫或一系列圖像，向客戶展示模型，但該功能的效率受到系統硬件及模型文件大小的影響，且導出的圖像只是基于視圖的基本顯示效果(如圖4所示)。

圖3 Revit的渲染設置

圖4 平面視圖中創建的相機路徑

1.2 基于Navisworks的實時交互式可視化

在歐特克的BIM軟件體系中，還有一個輕量化的可視管理軟件Navisworks，該軟件可與Revit實現無縫的銜接。Navis文件保留了Revit模型以及構件的屬性信息，舍棄了構件之間的關聯計算，文件尺寸得到了精簡和優化。軟件提供了材質、燈光、基本環境、RPC物件等設置，渲染的速度和效果也得到提升，可以生成高質量的效果圖和動畫，滿足了建筑可視化審查的需要。

此外還提供了基于實時的圖形交互操作的環境，方便使用者以第一人稱視角進行漫游檢視，形成了建筑可視化配套應用，幫助設計師更高效的去實時檢查設計(如圖5所示)。因此，可以說歐特克的BIM軟件體系是較為完整的，充分考慮了建筑可視化在設計中的應用需求。

圖5 圖形交互操作環境

1.3 基于傳統的三維動畫制作軟件可視化

BIM具有較好的數據交互性，可以導出常用的三維數據交換格式文件，完全可以滿足BIM模型與其他三維制作軟件間的數據轉換。導入專業三維動畫制作軟件后，再進行傳統的可視化制作，獲得高質量的圖像、動畫視頻，以及生成虛擬現實等產品，用于建筑的高端展示。當然，采用這種方式，制作較為繁瑣，尤其是虛擬現實的制作，需要更多的制作步驟，也將付出更多的時間代價。

1.4 基于lumion三維圖形平臺交互式實時可視化

以往建筑可視化的應用長期處在渲染高質量圖像，耗費大量時間的困境中，這種處境與計算機硬件的發展水平息息相關。圖形計算以往受限于顯卡的計算能力，需要通過CPU的計算才能獲得更準確的圖像表達。然而，圖形的顯示是與GPU的計算性能相關的，隨著GPU硬件性能的提升，許多軟件商致力于利用GPU的計算能力來實現更接近于渲染后表現效果的實時顯示，這其中建筑可視化軟件Lumion就是這樣一款優秀的實時3D可視化工具，其效果可用來制作電影和靜幀作品，涉及到的領域包括建筑、規劃和設計。Lumion可以提供優秀的圖像，并將快速和高效工作流程結合在一起，為設計師節省時間、精力。采用lumion制作可視化產品也是目前建筑設計領域應用較為廣泛的一種方法。

考慮到BIM技術的重要地位，lumion提供了與Revit集成的數據交換插件，以便更全面地獲得BIM設計模型及材質信息。lumion與Revit的配合使用，可以快速地對轉換后的建筑模型(Dae格式)進行材質的替換、地形的制作、場景配景的布置，利用軟件的陽光系統迅速地形成高質量接近渲染后效果的實時圖像。也可以對設定的視角進行高質量的渲染，獲得更細膩的渲染圖像，當然這需要耗費較多的時間。由于其出色的表現效果以及實時的特性，方便了設計師與客戶之間的溝通(如圖6所示)。

圖6 lumion的實時顯示示例

1.5 基于Artlantis的交互式全景可視化

在此介紹另一種實時的交互式全景可視化的方案，那就是BIM(Revit)+artlantis studio+Ivisit3D結合應用。

Artlantis是一款可視化渲染引擎，用于建筑室內和室外場景的專業渲染，采用了FastRadiosity(快速輻射)引擎，具有超凡的渲染速度與質量，Artlantis與SketchUp、3DMAX、ArchiCAD、Revit等建筑建模軟件具有較高整合度，方便了設計師利用BIM軟件進行設計，應用Artlantis進行可視化。

Artlantis主要面向專業的建筑設計，提供真實的基于硬件和燈光的三維現實仿真技術，高質量的動畫及靜幀渲染。基于‘FastRadio’引擎可在預覽窗口快速顯示渲染后的效果。3D物體和貼圖素材可通過簡單的拖拽就直接在預覽窗口中應用，這使得用戶能快速設置場景，掌控建筑裝飾材料的選擇，超高的渲染質量提升了可視化的效果。

此外，Artlantis還可設置任意數量的相機，并生成這些視點位置360°渲染后的全景觀察，滿足設計師或審查者對建筑設計的細節檢視。基于flash技術的全景展示實現了跨平臺的應用，可流暢的運行在IOS和安卓平板設備上，方便了移動應用。基于真實地理位置、朝向和具體日期時間的日照設置，可以幫助設計者更準確地觀察建筑內外的日照和陰影分析。環繞VR的應用，實現了對建筑體的沙盤效果的展示(如圖7所示)。

圖7 artlantis的應用

2 各種可視方案應用的探討

由于建筑可視化的重要價值，所以無論是BIM軟件體系，還是行業相關的配套軟件都將此作為主要的功能加以開發，大大拓展了設計師實現可視化的技術途徑，方法和目的也各有特點。通過分析，來探討幾種方案各自的特點(如表1所示)。

表1 BIM技術可視化方案對比

3 結束語

BIM技術注定將成為建筑設計領域的主流，這將或已經改變傳統設計的可視化制作方法和流程，做為BIM設計師需要了解和掌握各種可視化制作技術方法，以適應不同的需求。

［1］高永剛，李光金．基于BIM可視化技術在杭州東站中的應用［J］，土木建筑工程信息技術，2010(4)

［2］張月燕．基于BIM可視化技術在福州某商業中心設計應用［J］．福建建設科技，2010(4)

［3］于冰沁，王向榮．淺析基于SketchUp軟件的設計流程在景觀設計中的應用［J］．農業網絡信息，2008(6)

［4］何耀光，陸培軍，胡郁華．基于三維全景的可視化平臺技術的研究與實踐［J］．計算機與現代化，2010(12)

［5］張鷺靜．基于虛擬現實的建筑可視化研究［J］．山西建筑，2011(30)

［6］來炳恒，李昌華，趙佳．虛擬現實技術在建筑中的應用［J］．安徽建筑，2010(4)

［7］徐萍，劉靜，郭小春．全方位實景空間生成方法和漫游技術的研究［J］．計算機應用與軟件，2009(8)

［8］閆文凱，李雷，哈歆．BIM技術助力提升設計質量——可視化設計與模型分析［J］．土木建筑工程信息技術，2013(2)

［9］蘇駿，葉紅華．基于BIM的設計可視化技術在世博會德國館中的應用［J］．土木建筑工程信息技術，2009(1)

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