基于UNTIY 的交互式BIM 展示系統開發

文｜ 上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司 胡震 張引玉

近年來，隨著BIM 應用的不斷普及和深入，逐步改變了傳統工程項目信息的組織和表達方式。BIM 技術開始成為工程項目管理的技術支持，各種項目信息通過編碼、參數化的方式與BIM 模型關聯起來，BIM 模型成為成果交付、方案匯報等工作的基礎。因而，BIM 模型可視化技術是基于BIM 的工程項目管理應用的核心技術支撐。

1 BIM 展示技術現狀

BIM 模型是集成了建筑幾何信息和非幾何信息的多維度信息模型，與二維CAD圖紙相比，信息量大得多；同時三維模型得表現力更強，在打開和運行時占用的計算機資源也大得多。

BIM 軟件眾多且操作復雜，在大型市政項目中，為了滿足不同的應用方向，需要使用不同的軟件。而在整合多源異構的BIM 模型過程中經常遇到BIM 數據整合困難的問題，主要可以分為如下三種情況：

（1）模型材質或紋理丟失，導致展示效果不佳。由于不同軟件建模方式不同，造成整合及展示過程中材質貼圖易丟失，最終展示效果失真。

（2）多源異構模型的文件格式繁多，幾何數據量大，導致模型整合難度高而且瀏覽體驗差。不同BIM建模軟件之間標準不統一，不能做到信息的無損傳遞，難以整合全部專業的BIM 模型進行展示。市政工程中BIM模型包含的構件較為精細，整合形成的模型體量大，瀏覽和操作時不流暢。

（3）無法進行客戶定制化展示，以滿足不同場景應用需要。多數廠家提供的BIM 模型展示軟件都是獨立的商業軟件產品，基本以實現自由漫游、第三人稱和第一人稱漫游等功能為主，缺乏二次開發接口，無法按照項目需求進行定制化開發，以滿足各種匯報場合和展示場景的應用。

2 交互式BIM 展示系統開發技術路線

交互式BIM 展示系統基于Unity 圖形引擎進行二次開發，利用3D 模型存儲BIM模型的幾何數據，關系型數據庫存儲BIM模型的屬性數據，信息解析模塊將3D 模型庫和關系型數據庫中的數據信息輸出到交互式同步模塊，輸入模塊獲取外部操作指令，以控制虛擬攝像機的運動，交互式同步模塊根據輸入模塊的外部操作指令，對3D 模型庫和關系型數據庫中的數據信息進行邏輯處理，顯示模塊實時顯示交互式同步模塊的邏輯處理結果。系統開發的技術路線如圖1 所示。

3 系統關鍵技術

3.1 數模分離技術

本系統將模型的幾何信息和屬性信息進行了分離，幾何信息在建模軟件中完成，而屬性信息在信息管理系統中完成，這樣當模型修改時，不影響屬性信息，當屬性信息修改時，不影響模型，可以分別進行維護；在進行三維場景漫游的同時能即時的訪問場景中的模型的詳細信息，而這些信息可以來源于數據庫或者是其他的信息管理系統，比如企業信息管理系統，施工管理系統等等，甚至能接受某些預警系統推送的報警數據。

3.2 兼容各種主流BIM 模型格式

大型市政項目需要配合的專業多，每個專業基于自身的應用特色所使用的BIM軟件也不盡相同，本系統可加載多個模型，單個模型最大可達900MB，整體模型大小沒有限制。同時，系統支持當前所有主流三維模型格式導入，支持不同格式的模型文件在此整合，并且提供開放的數據接口方式。目前已支持的文件格式主要有rvt、nwd、skp、3ds、fbx、stp 等常見文件格式。

3.3 瀏覽操作方式人性化

本系統能夠實現三維信息即使傳遞，模型查看無卡頓。系統采用LOD 加載方式，完美協調了整體細節的把握和大場景構建的豐富程度。系統提供游戲式操作，符合絕大多數人的操作習慣，能通過自由模式、第一人稱模式、第三人稱模式進行瀏覽，并支持行車、行人等漫游方式，同時在任意畫面下都可以切換為模型信息查詢操做，為用戶提供全新式交互體驗。漫游場景如圖2 所示。

圖1 系統設計技術路線圖

圖2 第一人稱視角漫游

圖3 模型樹

3.4 緊貼市政工程項目特定需求

市政工程中的路橋隧項目大多數為大型線性工程，大型水務工程項目單體結構及工藝設備系統系統復雜，傳統的圖形引擎很難支持。本系統針對不同大型工程項目的展示特點，基于游戲引擎進行開發，整合了BIM 模型資源，并根據項目需求進行C#自主開發。同時，系統提供二次開發接口，可按照市政工程的行業需求進行定制化開發。

4 主要功能介紹

4.1 模型整合

（1）模型樹

市政工程的模型構件數量龐大，利用模型樹可以通過名稱、ID 等進行層級管理，同時能夠進行批量操作。

模型批量導入后會產生模型樹，模型樹顯示場景中模型的樹結構，樹節點上的勾選框能控制該節點對應構件的顯隱，雙擊節點可以在場景中快速定位到該節點對應的構件。當選擇到模型樹的根節點和二級節點時，可以調整其坐標屬性。

（2）材質調整

由于不同軟件建模方式不同，造成整合及展示過程中材質貼圖易丟失。不同軟件渲染時的環境光效不同，整合時難免出現模型失真的情況。在展示系統中可以通過材質面板進行材質調整，材質面板中會列出當前場景中所有可以修改的材質，通過屬性面板來修改其參數。

4.2 模型展示

（1）場景剖切

大型市政工程項目的場景大，常常需要透過外表看內部結構，而構件數量龐大，逐個隱藏工作量大。展示系統提供場景剖切功能，可以從不同平面對整體模型進行剖切，方便查看模型內部細節，幫助各專業協同管理。打開“剖面”開關，在場景中選擇剖面放置點，場景以剖面模式顯示，放置的剖面可以進行平移、旋轉和縮放調整。

（2）模型展示設置

通過場景設置可以調節抗鋸齒程度，8x效果最好，也最消耗硬件性能。當場景渲染幀數比較低時，影響正常操作，可以將LOD調低提高渲染效率。通過控制“顯示FPS”開關可以在場景左上角顯示當前場景的渲染幀數。“窗口顯示”用來顯示浮動窗口面板，若無意關閉后，可通過此菜單顯示。

4.3 場景漫游

（1）漫游模式

系統提供行人模式及行車模式兩種漫游方式，可針對不同需求進行設置和操作。漫游的過程中可以通過鍵盤或外接游戲手柄等方式操控人物方向。

（2）視頻錄制

按下“錄制”按鈕，可以將漫游場景中攝影機的畫面生成視頻文件，存放在場景文件目錄的“視頻輸出”目錄下。錄制時，場景會根據設置的分辨率和幀數變快，但并不影響生產的視頻文件，錄制關閉后恢復正常。

5 實際項目場景應用

5.1 城市高架快速路工程

基于Unity 的交互式BIM 展示系統給用戶提供更順暢、更便捷的操作體驗，提供用戶身臨其境的全景沉浸感和交互感，在大型線性市政工程的設計協調、宣傳展示等各方面都發揮著重要作用。

展示系統也可通過VR 設備進行查看，給用戶帶來更直觀的沉浸式漫游體驗，加強了具象性及交互功能，提升BIM 應用效果，解決了工程行業“所見非所得”、“工程控制難”等常見問題，有助于規避設計風險，減少事故率，加強建設過程中的項目管理能力。

5.2 地下式污水處理廠工程

基于Unity 的交互式BIM 展示系統在成果交付、多方協調、例會匯報以及宣傳展示等各方面都發揮著作用，給參建各方帶來便利，開創以模型為基礎的數字化工作模式。

展示系統也為智慧水務工程項目的運維過程提供技術支撐，通過大屏展示等可視化管理方式使竣工數據得以沿用。

圖4 材質面板

圖5 場景漫游

圖6 VR 端展示

圖7 設計人員BIM 成果交付

圖8 施工現場項目可視化交底

圖9 智慧大屏展示