基于天正建筑及SketchUp集成的建筑精細化建模

張朱柏

（重慶大學 土木工程學院，重慶 400044）

0 引言

插件，可通過對插件所提供的一系列參數進行調整，從而達到預期效果并進行渲染；SUAPP插件可節省建筑構建的建模及插入的人力。

建筑信息模型 （Building Information Model簡稱BIM）在2016年8月住房和城鄉建設部發布的 《2016-2020年建筑業信息化發展綱要》中被列為五大信息技術第一[1]。在綱要中著重要求加快BIM的普及和應用。BIM應用方案階段以三維可視化模型向業主進行展示[2]，因此建筑初期設計由二維平面設計向可視化建模的轉變變得尤為重要。本文面向未來BIM建模特點，汲取天正建筑對建筑內部精確建模的優勢、SketchUp易于對建筑外部及周邊環境建模的優點，將天正建筑以及SketchUp兩款軟件集成應用到具體建筑的精細化建模過程中，兩者集成應用進而達到精細化模型要求，提高了建筑初期可視化模型構建效率，為后期BIM相關軟件的同類功能應用打下堅實的基礎。

1 天正建筑及SketchUp簡介

天正建筑自研發以來就廣受建筑行業關注[3-4]，其基于AutoCAD平臺并根據建筑工程制圖的需求，將基本建筑構件及標注等內容參數化并可重復插入，極大地節省了人工，提高了建筑工程制圖效率。

SketchUp簡稱SU，由谷歌公司研發并在建筑可視化模型的制作中廣泛使用[5-7]。其精度較低，易建設建筑外部，建模效率要高于同類軟件。SU可安裝插件擴展其功能，如V-Ray渲染

2 以某社保局大樓為例精細化建模

建模技術有模擬建模、半模擬建模和測量建模。測量建模又分為數字攝影測量、直接依圖而建，三維激光掃描[8]。本文則討論直接依圖而建，根據已有圖紙（紙質及DWG文件）對某社保局大樓進行建模。精細化建模過程如圖1所示。

圖1 精細化建模過程圖

2.1 建筑內部建模

SU平臺的基礎上建筑內部建模的方式主要有以下三種：①根據已有建筑圖紙及尺寸，用SU自帶的功能如偏移復制、路徑跟隨等方式將各承重墻或隔斷墻生成，并在墻上預留或剪切出門洞窗洞，最后添加門窗。②根據已有建筑圖紙及尺寸，利用SU的插件SUAPP及SU自帶的輔助線功能，利用插件劃線生墻的功能生成墻體，并插入插件所設門窗。③天正建筑所存圖紙，將圖紙重生成模型導出三維模型，導入SU。三種內部建模方法比較如表1所示。

表1 內部建模方式比較

采用天正建筑建模需將已有圖紙DWG文件中非建筑構件的線、文字刪去，這樣DWG文件下導入到SU中構件的邊線易被識別。利用天正功能，單擊右鍵在顯示模式中選擇完全三維、在視覺樣式中選擇二維線框、在視圖設置中選擇任意一軸測圖。將圖形全選，輸入快捷鍵TXDC（圖形導出），導入SU即可，操作界面如圖2及圖3所示。

圖2 天正建筑模型導出界面圖

圖3 天正建筑模型導入界面圖

2.2 建筑外部建模

建筑外部的建模主要分為兩大部分：建筑主體建模部分及建筑外環境建模部分。

2.2.1 建筑主體建模

（1）依照圖紙建體塊。根據平立面圖紙中所標注的標高確定每一層層高，并用復制推拉的方式保留層高平面。

（2）群組與組件。在SketchUp中，群組與組件功能的使用具有極強的邏輯性，操作先后次序不合理會直接降低建模精準度及建模效率，因此要特別重視。群組具有獨立編輯、統一材質、可多級包容等特點，如在本社保局大樓的建模過程中，基本的體塊可為一群組，在該群組中可包含屋頂、門窗（群組或組件）、臺階等一系列群組并均可獨立編輯。組件具有統一編輯、統一材質、可多級包容等特點，如同一款式尺寸的門窗可建為組件，方便編輯與修改。群組與組件可相互包含，其構建界面如圖4所示。

圖4 群組與組件的構建界面圖

（3）坐標軸重建。若建筑中存在非正方向朝向的建筑部分，可在群組內重建坐標軸，減少不必要的電腦捕捉時間，提高建模效率。

（4）屋頂構建。屋頂的建模方式主要分為以下三種：①平屋頂的構建，注意排水功能及女兒墻的建模。②坡屋頂的構建，坡屋頂可分為同坡與非同坡屋頂兩種類型，同坡屋頂可根據建筑平面圖及屋頂坡度采用路徑跟隨功能生成，非同坡屋頂可以采用組裝及鉤線法進行構建。③曲面屋頂的構建，可采用在建筑曲面屋頂具有積聚性的任意一投影面畫出其斷面圖并置為群組，通過在群組內推拉的方式使曲面屋頂達到既定位置，其構建界面如圖5所示。在本建筑中，該大樓屋頂為非同坡屋面，采用組裝及路徑跟隨的方式構建。屋頂的構建方式不完全絕對，應視具體屋頂形式采用有效功能及方法。

圖5 曲面頂積聚性做法圖

（5）實體工具及模型相交。在08版以后的Sketch Up中出現了實體工具這一功能，其針對實體（無斷線，多余線及面的群組或組件），可將兩個或多個實體進行求交集、差集、并集等。模型相交可用于產生結交線，在不同的群組中要注意所需結交線的產生位置，即進入不同的群組中進行操作。在本建筑中，閣樓部分可用實體工具剪接達到效果，其操作界面如圖6所示。

圖6 實體工具操作界面圖

（6）細節問題。其他建筑構件如臺階、雨篷、欄桿、裝飾條、散水、檐口等均建為群組進行編輯。裝飾條可由將該層平面圖邊線保留采用路徑跟隨功能生成。檐口可采用偏移復制加推拉的方式建模，亦可先畫出檐口斷面圖進行路徑跟隨生成。

2.2.2 建筑外環境建模

（1）利用Sketch Up中沙盒的功能，根據圖紙進行場景構建，沙盒中創建的場景越復雜，計算機處理的時間越久。

（2）道路、植被、行人及車輛，依照圖紙及美觀度需要構建，植被可用SU中自帶材質及組件。

（3）毗鄰建筑構建。其余周邊建筑均可直接采用體塊的方式，建模用淺色材質，調低透明度，尺寸合適。其構建界面如圖7所示。

圖7 建筑外環境的構建界面圖

2.3 內外部整體模型初步細化

將各層內部模型依次導入SU，并與建筑外部主體模型組合形成整體模型。由天正建筑導入的內部模型導入后即被SU識別為群組，其中門、窗均為組件可統一修改。根據圖紙注明的材質并貼圖，近似紋理的材質可以通過對SU材質庫中的材質進行顏色、透明度等編輯達到最大近似效果。深化細節，將建筑中獨立的裝飾突起，門窗裝飾條及內部高差變化構等細節之處建出。

2.4 精細化模型調整

通過進一步的參數調節達到仿真效果，具體包括：①光影調節。在上方工具欄中查看及窗口中均選擇陰影，通過調節時區、時間、日期、光線和明暗達到最佳光影效果。②制作展示動畫。調整視角，根據展示的需要在不同視角處添加頁面，并在動畫設置中調節場景延遲，提高動畫連貫性。③出渲染圖。利用V-Ray渲染插件，可以通過調節參數改變光線與折射等。在合適的位置選擇人視視角進行渲染。也可通過關閉天光并添加插件中所提供的聚光燈、面光源、點光源等，形成夜景再進行渲染。注意渲染前要將風格調成簡單風格。最終渲染結果如圖8所示。

圖8 建筑模型渲染圖

3 常見問題的解決方案

（1）貼窗閃面問題。對于窗的構建，主要有貼窗、扣窗洞填窗和插件加窗三種方式。一般的外形建模，即不需要構建內部的建模的情況下，選擇貼窗的方式方便快捷。但在貼窗的操作中會出現“閃面”的情況，該情況下透明材質的材料無法看清建筑內部。貼窗的原理是：同一組件或群組，同一平面或相連（直接和間接）平面可貼窗。該問題的成因是：貼窗的原始位置與被貼窗位置非同一面，或在不同群組或組件中進行了貼窗操作。解決方案為：在兩個平面內刪除隔斷線解決，不同群組或組件間可用復制進組解決，曲面貼窗可用化曲為直操作并再由電腦捕捉平面進行貼窗。

（2）Sketch Up閃退問題。當操作復雜或連續后退步驟時會造成軟件“閃退”的情況。解決方案為：在工具欄參數設置概要中勾選創建備份、自動保存并將自動保存時間間隔縮短以減小損失，時間間隔設置為5min為宜，過短會拖慢系統，降低建模效率。在建模過程中要注意隨手保存。

（3）模型尺寸及導入模型尺寸問題。繪圖中及建模完成后發現尺寸錯誤問題。解決方案為：對錯誤部分建立群組隔離處理，在群組內進行推拉或右框選進行修改。將天正模型導入后出現尺寸不等比的情況。解決方案：在導入窗口選項中選擇以毫米為單位，前提是天正建筑、Sketch Up均為以毫米為模板進行的繪制。

（4）制圖效率低下。解決方案為：重視建模的邏輯性即先后順序；對于常見的建筑構建做好常用無材質組件庫，如多階樓梯、欄桿、中式飛檐等；對于體塊要采用群組的一鍵上材質的方式，勿逐面上材質；重視運用組件及群組功能；熟練操作。

4 結語

本文結合天正建筑和Sketch Up兩款軟件集成建模優勢以及筆者建模經驗，結合某建筑實例對精細化建模步驟進行了詳細闡述，對于建模過程中常見問題提出了可靠的解決方案。但對于渲染技術，如何更細致地調參數達到更加真實的效果以及更多軟件的協同建模，仍有探究空間。隨著科技的發展以及BIM在建筑各領域的廣泛應用，功能更多更強大的建模軟件層出不窮，對于建筑可視化模型的精度要求愈來愈高，更需要業內人士在建模領域做出更多的研究與探索。

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部.2016-2020年建筑業信息化發展綱要[EB/OL].[2016-08-23].http：//www.mohurd.gov.cn/wjfb/201609/t20160918_228929.html.

[2]郭俊禮，滕佳穎，吳賢國，等.基于 BIM 的 IPD建設項目協同管理方法研究[J].施工技術，2012（11）：75-79.

[3]王威，蔣鳳昌，姜榮斌，等.BIM技術在工程建設中的應用與發展[J].泰州職業技術學院學報，2017（3）：45-49.

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[5]許捍衛，房曉亮，任家勇，等.基于SketchUp的城市三維建模技術[J].測繪科學，2011（1）：213-214.

[6]Emerson G·Melo，Marcelo P·Almeida， Roberto Zilles，etc.Using a shading matrix to estimate the shading factor and the irradiation in a three-dimensional model of a receiving surface in an urban environment[J].Solar Energy，2013（3）：15-25.

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[8]李永泉，韓文泉，黃志洲.數字城市三維建模方法比較分析[J].現代測繪，2010（2）：33-35.