BIM專業模型輕量化處理方法研究

張萍

[摘 要]隨著BIM技術在國家乃至全球范圍內的推廣使用，BIM專業模型在建筑行業甚至各行業的專業模型范圍內應用越來越廣泛，而BIM專業模型輕量化是BIM專業模型應用開發的重要環節。文章簡要介紹BIM專業模型的處理標準、處理精度等基本概念，并在此基礎上詳細描述了BIM專業模型輕量化的過程和方法，旨在為相關研究提供參考。

[關鍵詞]BIM;專業模型;輕量化;處理方法

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2020.14.055

[中圖分類號]TP391.72[文獻標識碼]A[文章編號]1673-0194（2020）14-0-02

0? ? ?引 言

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型），一直致力于在AEC（建筑、工程、施工）行業收集、交換、使用數據方面進行效率革新。一方面，BIM的目標是在建筑的整個生命周期中，在恰當的時間為每個成員提供他們所需的信息——支持他們有效設計、創作和使用。為了讓BIM項目中的每個參與者只得到他們需要的信息，該項目必須了解每個時刻BIM信息的使用者。另一方面，建筑物專業模型通常體量較大，包括建筑物內景、外景、建筑本體、周邊建筑、智能化機電設備（如攝像頭、空調、消防設施等）、綠化和管網等大量的BIM專業模型，且專業模型的互用率較低。基于建筑物BIM專業模型開發的軟件通常利用專業模型進行三維可視化展現，展現內容包括建筑物專業模型自身及各類智能化機電設備的運行指標數據和告警數據。為了達到較好的視覺效果，建筑行業通常對建筑物專業模型的大小做一定的限制，否則體量太大的專業模型會導致軟件運行效果欠佳，甚至出現卡頓等情況。因此，研究人員需要對建筑物專業模型進行輕量化處理，使專業模型達到應用要求。本文從分析建筑專業模型輕量化要求入手，提出對各專業模型進行輕量化的思路，為今后的專業模型輕量化處理提供經驗。

1? ? ?定義專業模型的處理標準

為了促進BIM專業模型的跨專業及跨生命周期階段的溝通與協同作業，給BIM參與者定義他們需要多少信息細節（LOD）時，最有價值的是建筑組件在數字3D圖形表示中的詳細幾何級別。美國綜合營造公會（Association of General Contractors，AGC）的BIM Forum工作小組與美國建筑師協會（AIA）合作發展LOD規范（LOD Specification），明確地對BIM專業模型的內容與細節進行定義，該規范以AIA E202—2008中定義的LOD為基礎，逐步將各個建筑系統的LOD更詳細地定義出來。

LOD被定義為5個等級，從概念設計到竣工設計，已經足以定義整個專業模型過程。但是，為了給未來可能會插入等級預留空間，定義LOD為100到500，具體的等級如下。①LOD 100–Conceptual：概念化。等同于概念設計，此階段的專業模型通常是表現建筑整體類型分析的建筑體量，分析包括體積、建筑朝向、每平方米造價等。②LOD 200–Approximate geometry近似構件（方案及擴初設計）。等同于方案設計或擴初設計，此階段專業模型的普遍性系統包括大致的數量、大小、形狀、位置以及方向。LOD 200專業模型通常用于系統分析。③LOD 300–Precise geometry：精確構件（施工圖及深化施工圖）。專業模型單元等同傳統施工圖和深化施工圖層次。此專業模型已經能很好地用于成本估算以及施工協調，包括碰撞檢查、施工進度計劃可視化。LOD 300專業模型應包括業主在BIM提交標準里規定的構件屬性和參數等信息。④LOD 400–Fabrication：加工。此階段的專業模型被認為可以用于專業模型單元的加工和安裝。此專業模型更多地被專門的承包商和制造商用于加工和制造項目的構件，包括水電暖系統。⑤LOD 500：最終階段的專業模型表現的項目竣工的情形。專業模型作為中心數據庫，需要整合到建筑運營和維護系統中。LOD 500專業模型包含業主BIM提交說明中制定的完整構件參數和屬性。

2? ? ?定義專業模型的處理精度

在明確專業模型處理標準的基礎上，可以對專業模型的處理精度進行定義，定義專業模型處理精度是為了描述BIM專業模型應包含的內容及專業模型的詳細程度，能夠使用共同的語言和相同的等級劃分規范，同時為專業模型輕量化處理提供依據，有助于各專業模型處理團隊有效配合。每個專業部分都需要確認專業模型處理精度，除了建筑主體外觀外，還包括設備、管網、資產設備及周邊環境等，各部分在明確具體精細程度情況下進行專業模型處理，避免后期專業模型處理過程中的更多調整帶來整體項目進度的影響，通常情況下，設備專業模型精度應達到LOD 500，建筑專業模型精度達到LOD 200。在實際的項目建設過程中，需要準確區分專業模型各部分的處理精度，以表格形式將處理的精度要求按照“逼真”“大致”“示意”3種形式標注，分別對應LOD 500、LOD 300、LOD 200專業模型精度，達到以建筑物運維管理為目的的專業模型處理精度要求。

3? ? ?專業模型輕量化處理方式

3.1? ?專業模型整編

專業模型整編的步驟如下。①對專業模型進行校驗，對專業模型的完整性、一致性、是否存在碰撞等問題進行檢查。專業模型的一致性校驗根據施工圖及施工變更記錄，結合現場勘查，核對專業模型與施工現場的一致性，重點校核在BIM專業模型應用中重點關注的建筑空間結構、機電設備數量、機電設備點位等信息。如果現場設備具有電子標簽或二維碼，可考慮開發專門的工具通過掃碼方式輔助定位并與專業模型校核。專業模型的碰撞問題通過Revit工具的“協作-碰撞檢查”功能進行碰撞檢測，根據沖突報告進行打斷、移動等操作;通過Navisworks進行碰撞檢測，根據檢測結果提示的圖片、項目ID及坐標等提示，回到Revit工具中修改專業模型;用Fuzor或橄欖山等第三方插件進行碰撞檢測。②按照樓層和專業系統將專業模型拆分成不同的專業模型文件，比如，可以按照暖通、建筑、幕墻、精裝修、電器、消防、給排水、屋面、鋼結構等專業對專業模型進行拆分。③補充智能化設備BIM專業模型。針對專業模型應用中比較關注的設備和缺少的設備進行補充和完善。④補充建筑專業模型中的房間專業模型。⑤建立建筑外邊面專業模型。⑥對設備專業模型及空間進行BIM編碼，并將BIM專業模型中的設備編碼與采集系統中的設備編碼進行匹配，通過編碼匹配保證在專業模型應用中能夠準確展示設備的運行指標數據和告警信息。

3.2? ?專業模型輕量化

基于IFC（Industry Foundation Classes，國際上廣泛公認和應用的建筑工程數據交換標準）對BIM專業模型進行輕量化處理、空間分析及二次開發，生成FBX專業模型文件及屬性數據。在此基礎上，再通過優化三角面片數與頂點數、遮擋優化、不可見優化、透明度控制、抗鋸齒控制和曲線段控制等技術手段實現BIM專業模型輕量化和優化，專業模型輕量化壓縮比例約為30%，可流暢支持加載千萬級別面片場景專業模型。根據實際項目經驗，在BIM專業模型中，并非每個參數都對運維管理有價值，如墻體的力學參數對運維影響非常小。因此，在專業模型輕量化處理過程中，需要重點關注建筑專業模型中的主要智能化機電設備、管網信息，剔除建筑結構等非變動性參數信息，按照系統需要的參數進行導入，使專業模型能夠減小到計算機可以自由調用的程度。

輕量化處理的大致操作步驟如下：①在Revit建模工具中安裝插件，通過Revit API解析獲取BIM專業模型的基本幾何數據及屬性數據;②對專業模型進行數模分離處理，將幾何數據與屬性數據分開存儲，通過ID關聯;③解析及輕量化過程中自動生成建筑運維所需的BIM編碼;④針對門窗及機電設備，采用實例化技術，相同的幾何數據只保存一份，降低幾何數的存儲空間;⑤針對墻體及管路采用參數化技術，減少存儲空間。

3.3? ?專業模型轉換與編輯

在U3D中添加各種3D特效，與建筑外表面FBX專業模型打包成資源文件;將單樓層FBX文件導入3D Max中進行貼圖等處理，編輯設備點位，導出每個樓層資源文件。

3.4? ?場景交互及功能開發

基于輕量化的建筑物專業模型進行軟件開發，與設備數據采集系統對接，配置3D特效，開發各種業務功能。

4? ? ?結 語

BIM技術的應用越來越廣泛，幾乎涵蓋了建筑設計、施工、運維的全過程，BIM專業模型的輕量化處理是BIM專業模型應用開發的重要環節，直接決定了BIM專業模型的展現效果，然而由于BIM專業模型的輕量化處理方法面向不同的應用場景有所不同（比如，針對大屏應用場景，往往采用基于Unity3D或UE4等三維引擎進行開發;針對Web端應用場景，往往采用基于Web GL技術進行開發），且更多地需要人工處理，在BIM專業模型開發處理過程中占據了大量的開發時間，項目建設周期往往比較長，對專業模型輕量化提出了新的要求。如果能夠研發出更加快速的專業模型輕量化方法或者自動化的專業模型輕量化工具，就能夠在滿足每個參與者實際需要的基礎模型上，及時且適量地創建和傳遞BIM數據，大大縮短BIM項目的建設周期，進一步推動建筑行業發展。

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