BIM模型在專業教學中的應用研究

李立功，牛麗娟，張學鋼，朱仁義

（1.陜西鐵路工程職業技術學院，陜西 渭南 714099；2.自然資源部第一地理信息制圖院，陜西 西安 710054）

2016-09-19，國家住建部發布了《2016-2020 年建筑業信息化發展綱要》（建質函[2016]183 號），對“十三五”期間，建筑業信息化進程做出了全盤規劃。旨在增強發展能力、優化發展環境、加快信息技術與行業深度融合、塑造新業態為導向，構建建筑業信息化的發展格局。自此，我國建筑業掀起了以數字化、網絡化、智能化為突破口，數據資源利用水平和信息服務能力提升為基本特征，突出BIM、大數據、云計算、物聯網、智能化技術等在建筑行業的應用為重點的熱潮。

各建筑企業及單位都在特色項目及重點項目上進行了BIM 技術應用的嘗試和運用，為BIM 技術后期的大面積推廣應用奠定了基礎。BIM 技術是“十三五”建筑業信息技術發展的重要內容，從理念的提出、實踐發展，一直到目前步入全過程應用，其技術優勢已經成為建筑業的亮點，BIM 技術未來的發展方向是實現建筑全生命周期的信息共享[1-2]。

BIM 技術在建筑行業領域的應用可概括為3 個方面：BIM 模型的創建、BIM 模型的應用及BIM 技術的推廣，這3 個方面貫穿于建筑建設的全生命周期，模型創建方面主要使用的是歐特克公司的revit 建模軟件。目前通過大量項目的實踐應用，我國的BIM 技術也已較為成熟，產生了像魯班、廣聯達等較強的BIM 系統，提供全面解決建筑行業問題的BIM 技術系統軟件，而魯班BIM 系統平臺更是在迪士尼、上海中心、蘇州中心、樂清灣大橋等700 多個大型房建與基建項目進行了深入的應用，成效顯著。在建筑行業數字化轉型的過程中，必須不斷加強加快建設“BIM+大數據+人工智能”的企業數字大腦，構建數字神經，不斷夯實小前端、大后臺的運營能力，從而實現提質增效的目標[3]。

盡管BIM 技術在建筑行業的應用廣泛，工程級BIM 應用基礎已打牢，集團級BIM 應用發展時機已成熟，但是BIM 技術在這些領域的應用，大都關注在經濟效益、三維展示、工程及材料量的獲取及結構物間的碰撞檢查等方面，對于BIM 技術在其他方面的應用鮮有探索和研究，如何發揮BIM 模型直觀形象的特點，拓展BIM 技術在專業教學中的應用，將BIM 模型的應用推廣到專業教學領域，是需要思考的問題[4]。

本文以工程中常用的revit 建模軟件為基礎，結合高職工程測量技術專業的教學需求，依托2 個具體模型的創建過程，對BIM 模型在專業教學的應用進行對比分析，從數據獲取方式、模型創建的方法及模型的具體應用進行了分析和探討，考慮到模型應該具有一定的普通性，故選取了一個不規則的雕塑作為一個案例來進行研究；又考慮到建模軟件模型創建的方法不同，選取了水準儀為另一個案例來進行對比研究，研究思路如圖1 所示。

圖1 文章研究思路圖

1 雕塑模型的創建

本文選擇研究的第一個對象如圖2 所示，整個雕塑為古代四足鼎的造型，全鼎所用材料為某鐵路工務段的廢舊路料，為一尊雕塑。

研究對象一的結構可以從上到下分為：鼎、四足、基座3 個部分，所以在建模時考慮從這3 個方面來對研究對象進行描述，鼎的頂面由鋼軌軌頭構成，中間由各時期廢舊鋼軌與軌枕的聯接件構成，鼎身四周道釘連接輸嵌枕木板，四足是由鋼軌軌底焊接形成的一個方形底座。鼎的上下頂面均為長方形，但尺寸不同，上頂面寬，下頂面窄。鼎的四足為正六邊形的柱狀體，上下頂面的形狀相同，但尺寸不同，具體見表1。

表1 研究對象一的尺寸

使用Revit 軟件進行異型結構建模的方法一般為選擇使用族或者體量來進行創建，兩者創建的方法不同，建模的思路也不相同。本文建模所使用的方法為使用族來進行創建模型的方法。根據表1 的尺寸采用revit中的族命令進行創建，首先選擇公制常規模型進行創建，使用實體創建中的拉伸命令完成研究對象一的底部結構基座的創建，在創建完成基座的基礎上，再進行鼎四足的模型創建。

在進行鼎四足模型創建時，需要注意的是鼎足的上下界面不相同，需要采用融合的命令進行創建，創建模型時還要注意模型之間的位置關系，因為使用revit進行模型創建的核心思想就是“使用零散的積木拼接成穩固的目標形狀”，所以不同位置之間的位置關系必須要準確，鼎的四足創建完成后就是鼎的模型創建，這里需要采用先創建實體模型，在創建空心模型，最后兩者進行裁剪、求差，得到最終模型（未渲染）。如圖3所示。

圖3 研究對象一的模型

2 儀器模型的創建

為與研究對象一有較明顯的對比性，同時又保證研究對象具有一定的普遍性，同時考慮工程測量技術專業教學需求，需具有一定的特殊性，本文的第二個研究對象選取了工程中最常見的測量儀器-DS3 水準儀，它與研究對象一的對比性是指它的尺寸相對于研究對象一來說，非常小，是研究對象一的百分之一，它的普遍性是指在工程建設領域它是最基礎的一項儀器配備；其特殊性是指它的形狀使用語言也比較難描述，無法用常見的形狀對其進行介紹，僅使用圖片展示，缺乏形象直觀的認知印象。如圖4所示。

圖4 研究對象二

研究對象二的結構可以劃分成上下結構：即上面是望遠鏡，下面是基座，但是形狀不一，語言上很難描述。為此，對研究對象二的4 個主要部件進行了5 次量測得到其主要尺寸表，具體見表2。

表2 研究對象二尺寸表

為了研究方便，水準儀模型在創建時，仍然采用基于公制常規模型的創建辦法，按照“搭積木”的思維方式，從下到上創建模型，根據表2 限定的尺寸要求，進行模型創建，如圖5所示。

圖5 研究對象二下部結構模型的創建

創建完下部結構，開始進行上部結構的創建。在進行上部結構模型創建時，既要考慮上下結構之間的位置關系，又要考慮到研究對象二本身的特點，研究對象二有一條豎軸穿過其中心，所以在進行上部模型創建時應先找到研究對象二的中軸線，然后再以中軸線開展模型的制作和拼接。

最后，經過拼接、處理、裁切，就可以得到研究對象二的模型（未渲染），如圖6 所示。

圖6 研究對象二的模型

3 對比分析

文中的研究對象選取的都是較常見但是結構均有些特殊的物體，這是因為現實世界中需要創建模型的原型往往是不規則的，具有特殊的形狀結構。此外，本文中建模主要采用的是revit 中族創建的方式，將模型分為多個單獨的個體進行繪制。這樣繪制的優勢在于：能將模型的細節進行精確繪制，準確反映需要創建模型的特點和特征等要素，難點是對于模型的理解和模型個體的組成部分之間的互相定位[1-2]。

對于研究對象一而言，因其尺寸較大，且相對于研究對象二而言，其組成部分比較簡單，易于理解模型及其組成部分之間的關系，采用族拉伸、融合、空心融合等功能就可以進行繪制，即可生成相關模型。在后期制作渲染的過程中，可根據需要進行紋理、材質及貼圖等處理，使得模型能夠反映真實物體的更多屬性信息，進行研究應用。

對于研究對象二這類比較小的儀器模型創建，需要特別注意細節，研究對象二屬于精密儀器，體積不大，但構造精細，就更加需要關注其各個零部件的形狀、關鍵參數及其相對空間位置關系，而且由于研究對象二的體積與尺寸相對于研究對象一要小很多，因此對于尺寸的獲取要求要更加精確。其繪制多采用拉伸、放樣、融合等方式，在繪制完成后要根據實物零部件的空間位置關系，來決定模型的連接方法。模型創建完成后，可根據需要進行材質，色彩的渲染，以便與實物更加吻合。

通過兩個模型創建過程的對比分析，可以發現在現實世界中的異型結構物體，也可以使用revit 軟件來進行模型的創建，前提是對所要創建模型的物體充分了解，掌握物體的結構樣式及組成部分之間的位置關系等。由此，可以將BIM 技術的模型創建應用領域進行推廣：①對于工作、學習和生活中存在的那些特別常用，需要掌握其結構，同時又難以用語言進行描述的物體，可以用三維模型的方式進行介紹和學習，形象直觀而且不宜出錯。②在各大企業都將BIM 技術視為員工必備技能，各大院校都將BIM 技術列為學生必修課程的時代背景下，要求員工或者學生根據圖紙創建模型以掌握儀器、設備等構造和原理等知識，也是可以實現的，在掌握了儀器及設備的構造和原理的同時，又強化了BIM 建模技術的應用。

4 結 語

21 世紀是一個信息技術迅速發展的時代，特別是近幾年隨著信息技術的快速發展，三維建模無論是從速度，精準度還是物體的還原度上都要遠遠優于傳統的二維方式。BIM 技術不只是用于三維建模，而是從項目策劃、運行和維護的全生命周期過程中進行共享和傳遞，使工程技術人員對各種建筑信息作出正確理解和高效應對，為設計團隊以及包括建筑、運營單位在內的各方建設主體提供協同工作的基礎，在提高生產效率、節約成本和縮短工期方面發揮重要作用[5-6]。

本文以工程中常用的revit 建模軟件為基礎，依托兩個具體模型的創建過程，對BIM 技術模型的創建及應用進行對比分析，從數據獲取方式、模型創建的方法及模型的具體應用進行了分析和探討，考慮到模型應該具有一定的普遍性和適用性，故選取了一個不規則的雕塑作為一個案例來進行研究；又考慮到建模軟件模型創建的方法不同，選取了水準儀為另一個案例來進行對比研究。通過兩個研究對象的對比分析可知：對于日常生活、工作和學習中的難以用語言或者使用常規手段難以進行描述的物體，可以使用BIM 技術創建三維模型，進行直觀展示。BIM 技術的應用還可以拓展到高校的教育教學活動以及企業員工的培訓學習活動中，通過對所選物體的三維模型創建，可以實現既掌握物體結構及原理特點，又強化BIM 建模技術的能力的效果。

BIM 技術建模的軟件有很多，每款軟件都有自己的特點和適用行業，本文僅以revit 軟件來進行研究是基于revit 是工程建設領域常用的建模軟件，在BIM 技術應用探索方面還應從以下幾個方面進行深入：①BIM 技術的理念是高效、快捷、人性化，基于此應探索對于異形結構或非常規模型，有無更高效的建模方法；②針對BIM 技術側重于建筑 物或物體內部屬性的特點，應考慮與GIS、RS 等結合，豐富模型內外部的信息，以拓展其應用的探索；③實際應用中，為發揮更大的效應，還應進行BIM 系統與其他民生系統（如電力、交通等）的數據及其他信息進行共享及聯合應用的探索。