基于BIM技術應用的園林設計初探

何煒

摘 要：隨著國內環境保護意識的逐漸增強，使越來越多的園林景觀出現在城市之中，園林設計工作也愈發受到人們重視.先進科學技術的應用，為園林設計工作提供了強大的技術支持，尤其是BIM技術的應用，使園林設計工作變得更加數字化、信息化、科學化、合理化.鑒于此，本文在對BIM技術進行相關介紹的基礎上，闡述了園林設計的相關概念，在此基礎上深入探討了BIM技術在園林設計工作中的應用，以期能夠為園林設計工作提供合理的建議.

關鍵詞：BIM技術;園林設計;技術應用

中圖分類號：TU986.2 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1673-260X（2020）06-0074-05

引言

進入21世紀，現代科學技術的發展與進步，在很大程度上改變了人們的生產生活方式，國家經濟變得日益繁榮的同時，各行各業也相繼采用了現代化信息技術進行生產與管理.在土木工程建設中，BIM技術的應運而生使工作難度大幅降低的同時，使工作效率也得到了穩定提高.我國城市建筑建設開始逐步走向集約型方向發展，BIM技術在其發展中起到了不可代替的作用.不過，因園林設計工作是主觀性比較復雜和繁瑣的，這也造成園林設計工作仍舊尚未有效應用BIM技術.不過，隨著BIM技術的不斷深化應用，勢必會使園林設計BIM應用的全面可行性得到很大提高，從而使園林行業的發展迎來一個嶄新的局面.

1 BIM技術概述

BIM是英文縮寫，其全稱是Building Information Modelin，美國Autodesk公司在2002年率先提出，BIM技術開始在建筑行業中獲得應用，到目前為止，BIM技術在土木工程領域中的應用時間已經有近20年.在BIM技術應用發展的近20年中，美國率先制定了BIM技術標準，并且在美國一座藝術中心的建設中進行了應用實踐.BIM技術在美國藝術中心建設中的應用，使藝術中心原先的成本預算大大降低，并且節約了1000萬美元左右的建設資金[1].該技術的出現，為土木工程領域掀起了一場全新的技術革命，從而使工程施工從以往的CAD二維繪圖設計正逐漸轉變為通過計算機來構建信息模型進行設計.

我國最早使用BIM技術的是中國香港.早在2009年，中國香港就成立了香港BIM學會，BIM技術的應用進入全面推廣的最初階段.2009年11月，香港房屋署發布了BIM應用標準，BIM技術受到了中國香港政府的高度重視，并決定2015年起所有新建建筑項目都應用BIM技術.BIM技術在我國內地建筑行業也形成了一股熱潮，政府相關部門、各行業協會與專家、設計單位、施工企業、科研院校都開始重視并推廣BIM技術，BIM技術進入一個蓬勃上升的發展階段[2].近些年來在國內，BIM技術應用于上海國家會展中心、珠海歌劇院、北京鳳凰傳媒中心、天津117大廈、蘇州中南中心等多個地方的地標性建筑;也同時應用于港珠澳大橋、滬通長江大橋、武襄十鐵路、深圳梅觀高速公路等多個地方的大型交通工程;大量實踐案例表明，通過BIM技術的應用，能夠使工程項目成本節約10%至30%.

BIM技術的重點是通過運用計算機創立1比1虛擬的項目工程實例三維模型，用計算機輔助設計和數字化技術手段，為這個三維模型提供整體的、精確的與實際情況1比1的建筑工程信息庫.信息庫包含項目工程構件的幾何信息、類型屬性和狀態信息.這也使BIM技術在土木工程領域中有巨大的實踐應用優勢.BIM技術對建筑機理、地理、力學及物理等多門學科進行了系統性的整合，并在極大程度上推動了土木工程領域的技術變革.對于BIM技術而言，其關鍵作用體現在能夠通過計算機模擬建設并全面縮短工程項目的建設周期，顯著提升項目工程的生產效率、施工質量、運營管理、成本控制.之所以BIM技術能夠發揮該作用，是因為BIM技術應用了計算機建筑信息模擬技術，實現了對項目工程設計資源的高效整合，通過BIM技術進行規劃設計圖紙，并且還能為建筑人員的修改提供很大便利，尤其是在調研工程場地環境方面能夠得到有效的應用.通過計算機來處理大數據，可實現對工程施工環境的真實模擬，并提前發現施工過程中存在的問題，進而可實現對該問題的針對性解決，有效避免了施工過程中出現返工現象，同時也有助于更好地監督與評估工程的施工質量.此外，BIM技術還能實現對工程數據的自動化記錄，以便于工程的后期維護與其他類似工程的建設.

2 園林設計中的相關概念

在對園林設計中BIM技術的應用進行深入探討時，除了要對BIM技術的相關板塊進行明確以外，更重要的是能夠全面了解和深入分析園林的設計特點，只有這樣才能實現對兩者的高效結合運用.對于風景園林設計工作來說，其自身便是一門學科，其發展歷史更是長達三千余年，并且風景園林設計工作還涉及諸多領域的專業化知識，如地理地質學、生物科學、土壤學等.園林設計需要具備一定的自然環境條件，在此基礎上還要確保園林的設計功能得到有效滿足，并對經濟條件、藝術布局以及人文審美等進行高效結合，這樣所設計出的園林景觀才能達到預期的效果.園林景觀設計除了要對植被裝飾進行有機結合以外，更重要的是能夠對地形地貌進行有效的利用，并通過道路的布置，打造一個具有休憩、娛樂功能的場所.就目前我國在園林建設的發展速度來看，相比于其他發達國家還較為緩慢，這是因為園林的設計具有非常明顯的學科特點，而且園林建設周期持續時間較長，許多方面都需要進行深入的考慮和斟酌，因此使得園林的設計難度較大.

隨著科技的進步和經濟的發展，加快了城市化的進程，城市建設與發展中不僅要提高建筑行業的發展水平，還要集中提高園林的規劃和設計水平[3].人們對于風景園林設計的要求不斷提高，如果在整體的規劃設計中適應的方法落后，則會影響到實際的設計效果[4].不過，隨著我國對園林建設的日益重視，再加上環境污染治理需求的日益強烈，在園林建設中提出了更高的要求.隨著計算機技術的普及與應用，也進一步加快了BIM技術在園林建設中的應用，這也必將使風景園林的設計變得更加精確和科學，設計效率也勢必會得到大幅提高，BIM技術能夠對園林設計工作的相關數據通過數據庫來進行記錄與存儲，而這也將為園林景觀的設計帶來更多的靈感和便利.

3 BIM技術在園林設計中的應用初探

3.1 園林設計中BIM技術應用發展緩慢

園林行業BIM應用對業主方面的吸引力不足，園林工程項目總量相對于建筑工程項目和交通工程項目較小，運用BIM技術應用很多園林工程項目，可能會造成過度管理，致使應用成本高，收益低，適用面也沒有建筑工程項目和交通工程項目廣泛，但是未來重點園林工程項目的BIM技術應用還是勢在必行.

園林行業BIM應用對設計方面的應用不足，園林行業屬于一門學科，有著較長的歷史.其中包括較多行業的知識，其中含有：地理地質學、土壤學以及人文科學等[5].園林設計工作者需要掌握相關知識，BIM應用園林設計后，還需要掌握BIM相關軟件知識，對園林設計工作者知識面的廣度要求較高，設計院推動BIM項目的成本較高，周期較長，不利于應用.

園林行業BIM應用對施工方面的應用不足，園林工程BIM項目的普及不夠，造成項目施工的經驗不足，再者園林施工很少是模塊式、裝配式.園林美的吸引力之一在于其多變性與新穎性，裝配式施工可能應用于園林工程中的某些部分或某些階段，卻不大可能成為園林工程尤其是中國式園林的主體.園林藝術的豐富性，恰恰成為BIM技術需要適應的難點[6].

3.2 園林設計中的BIM技術應用方向和模塊

2014年8月29日，經國務院同意，發改委、工信部、科技部、公安部、財政部、國土部、住建部、交通部等八部委印發《關于促進智慧城市健康發展的指導意見》，要求各地區、各有關部門落實本指導意見提出的各項任務[7]，確保智慧城市建設健康有序推進.構建智慧城市的重要一環就是構建CIM（City Information Modeling，城市信息模型）.在城市信息模型中市政園林的信息模型和城市建筑信息模型、市政道路橋梁信息模型同等重要且必不可少.因此，園林設計中的BIM技術應用方向——市政園林設計BIM技術的應用就具有非常重要的意義和必要性，而其作用則在三個方面體現：首先，BIM技術的應用，能夠使市政園林設計工作在三維設計界面上得到有效完成.通過對計算機網絡技術進行良好的應用，BIM技術的應用還能實現對市政園林設計信息的遠程瀏覽、調研、分析與操作.并且，BIM技術的應用，可有效減少市政園林設計的任務量，能夠幫助設計人員進行創作、數據記錄與修改.上述三個方面的應用體現，主要得益于市政園林自身的技術應用模塊，BIM技術應用于市政園林主要有四大應用模塊，即現狀分析模塊、施工圖繪制模塊、三維模型建立模塊以及效果表現模塊.其中，現狀分析模塊能夠便于市政園林地塊的分析與應用.一直以來，與其他風景園林不同，在市政園林設計中往往涉及諸多繁雜的信息，這也使得設計人員需要處理海量的信息，而在BIM技術中則具備相應的信息處理軟件，BIM軟件具備三維地形模擬、工程量計算、造價統計等功能.這些功能的應用，可有效幫助設計人員對海量的設計信息進行高效地處理，從而實現對市政園林景觀設計工作的科學分析與開展.對于施工圖繪制模塊而言，通過BIM技術的應用，能夠利用計算機來實現對市政園林設計圖紙的自動化、精確化、智能化繪制，從而確保圖紙信息的精確性，并且也便于對圖紙信息進行實時的修改，設計人員還能通過該模塊來進行設計信息的傳遞與交流，從而使市政園林設計工作得到極大促進.對于三維模型建立模塊，利用BIM技術可實現對市政園林景觀實施的三維模型構建，設計人員在進行規劃時，可通過計算機來對真實的施工場景進行模擬，此外還可對設計工作進行可視化分析，這能夠幫助設計人員對設計效果進行實時地觀看，從而使設計能夠在開展的同時進行修改，大大節省了時間，避免人力的浪費.對于效果表現模塊而言，其與以往的人工繪制的三維設計圖在表現效果上并未有明顯差異，通過BIM技術，可通過BIM軟件具有的虛擬現實功能來對人工繪制三維圖中所遇到的表現難題進行有效彌補，進而幫助設計人員更加全面、清晰的認識效果圖，此外在BIM軟件中，其效果表現模塊還具有渲染功能與動畫仿真功能，這些功能都可大大提高市政園林的設計表現效果，更好地配合其他市政工程的建設.

3.3 BIM技術在市政園林設計中的應用

以下將對常用的國內外市政園林設計BIM技術應用的核心軟件進行簡要概述，如表1所示.

為了探析市政園林設計工作中BIM技術的具體應用，以下便將“PKPM Garland”軟件作為分析實例，該軟件又被稱之為佳園景觀設計軟件，是中國建筑科學研究院PKPM應用軟件之一，也是園林設計工作中經常應用的一種設計軟件.而BIM技術在該軟件中的具體應用則在以下方面有所體現：

（1）BIM技術能夠在園林設計初期開展的可操作性分析中得到應用.BIM技術可全方位地采集和分析園林景觀的設計信息.例如，在對園林景觀中的水池進行設計時，需要先甄別所選取的水池景觀，而在甄別過程中，則需采取綜合取樣評估方法來調研當地的土壤條件及地理環境等，園林工作人員會將這些信息在計算機系統中進行導入，然后通過計算機來實現這些數據的記錄、分類與整理.最后通過BIM技術在模擬系統中導入信息[3]，以此模擬實際情況，并根據模擬結果做出具體的判斷.

（2）在對園林的地形進行設計時，需要對園林的地理環境做出一個前期的了解，然后選擇相應的景觀來開展地形設計.由于園林設計工作中，地形擔當著骨架的作用，直接影響到園林的設計效果.因此，在園林設計初期必須要做好地形的設計工作.在佳園景觀設計軟件中，針對地形的設計，需要先導入地形調查數據，然后構建出園林的地形三維圖，對其進行分析和改造.佳園景觀設計軟件便通過導入的數據來對地形三維模型進行了構建，然后結合設計要求，針對地形朝向、坡度等參數來實施具體的分析與改造，在此基礎上還對地形設計中的土方進行了準確地計算.

（3）在對園林進行概念和規劃設計時，其概念設計需要根據調研結果及所搭建的骨架來實施概念化創作，通過BIM技術的應用，可采取三維可視化方式來展示設計稿，以此幫助設計人員找到園林設計中存在的不足與漏洞，從而使問題能夠在第一時間得到針對性地解決.并且，BIM技術所具有的可視化顯示功能，還能有效激發設計人員的創作靈感，從而實現修改與創作的同時進行.而在園林的整體規劃設計時，則可通過BIM技術生成建筑、道路及園林景觀等，并可依據不同的設計角度來實現對這些設計元素的合理規劃.園林工程設計不同于單純的建筑工程設計，在園林工程中不存在較為復雜的水電曖設計，其重點主要是在園林灌溉等方面，資源的消耗也不同于現代建筑.所以說，在風景園林工程中應用BIM技術，應該將重點放在如何體現園林工程的整體規劃方面，比如結合原有的地形地貌、水景的利用、假山小品的應用、園林建筑的設計等等，將二維轉換成三維，從而直觀地將整體的效果展現出來.在模型制作中可以利用CAD軟件，參照dwg文件，然后再使用Revit Architecture對各種數據進行分類，導入RPC植物等等[8].

目前市政園林設計行業尚不需要與BIM技術達到項目全生命周期的高度融合，但確實是在設計過程可以起到很強的輔助及協同作用.在設計階段內達到方案設計、初步設計、施工圖設計的前、中、后期信息無障礙交換[9].市政園林BIM項目模型建好后還可以用BIM可持續（綠色）分析軟件對項目進行太陽熱輻射、日照、風場、音場、視域、輔助植栽養護等方面的分析，主要軟件有國外的Ecotect、Green Building Studio （GBS）以及國內的PKPM等.

3.3.1 太陽熱輻射分析

BIM技術的應用可將建物和地表的太陽輻射熱得做分析計算，并用可視化方式呈現，可顯示出全年任何期間所計算出的不同太陽輻射，數據可提供設計者作為養護遮光設施布局或植栽設計的參考.

3.3.2 日照、陰影及采光分析

日照、陰影及采光分析在Ecotect、GBS等軟件皆可執行，透過正確設定經緯坐標及方位角后，經軟件的仿真，可呈現出任何日期及時間中，精確的日照時數和光影分析成果.在景觀設計的運用上，可運用于遮陽設施、涼亭、停車場、球場、植栽設計，以及對日照效果有特殊設計要求的景觀設施.

3.3.3 風場分析

風在微氣候環境的舒適性上具有關鍵地位，是景觀設計者極重視的外在環境影響因子，BIM模型建置完成后可匯入Ecotect、GBS軟件做全年、逐季或逐月的風場分析，結合分析成果，可獲得基地中各分區受風向及風速的影響程度，由此進行成果分析，作為設計修正的依據，以獲得最佳設計呈現.

3.3.4 音場模擬

可應用于對聲音的質量要求較高的場所，或是需要對音響或噪音的影響進行評估時，例如戶外表演場所、火車、捷運、或鄰近主要干道等空間進行音場環境影響評估.

3.3.5 視域分析

可幫助分析景觀視角、評估障礙物等.景觀設計強調步移景異的視覺空間感受，Ecotect、PKPM的視域分析的功能，可讓設計者判斷所檢討區位的視野，對于所要強調的重點景觀，判斷是否在視覺上有被其他景物干擾.

3.3.6 輔助植栽養護分析

日照及風場的影響對于植栽設計具有舉足輕重的地位.景觀設計者可透過精準的日照分析及陰影分析，可精準判斷基地內各區域全年的日照時數，據此選擇不同耐陰程度的植栽.設計者可透過科學的分析方法，作為植栽設計選種的參考依據.

最后，BIM技術還可結合虛擬現實技術進行園林景觀設計，借助于虛擬模擬技術，能夠使產品以三維模型的方式展現，通過結合園林設計及其整體規劃，能夠全方位展現園林景觀的具體特征.然后，可依據不同場景中的影響因素來持續評估與改進設計結構.

4 結語

總而言之，隨著我國經濟水平的不斷提高，使民眾的生活品質得到了顯著改善，這也使城市化建設對園林的設計提出了更多的標準化與規范化要求.因此，建立一個完善的園林建設管理體系是非常必要的.本文通過對園林設計工作中BIM技術的具體應用進行深入探析，BIM作為可持續發展和改善人居環境的基礎科學工具，能全面體現工程的生命周期：資金透明化、工期按時化，品質提高化.且在呈現的整個過程是三維動態化的，完美地解決各專業交流難題，為實現BIM技術在市政園林工程中的應用，需要各方的不斷努力與嘗試[10].

參考文獻：

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