基于BIM技術的數字景觀信息模型構建研究

江 霞

（福州工商學院，福建 福州 350715）

0 引言

隨著計算機技術、GIS技術、遙感技術、影像處理技術的發展，三維景觀建模技術也逐步興起。風景園林信息模型（Landscape Informatica Modelling，LIM）作為一個全生命周期、多方參與的設計平臺，為符合風景園林行業特色與需求，運用數字化的技術，形成完整的數據庫，解決園林工程生命周期各階段存在的問題，LIM會在BIM技術的基礎上，拓展BIM的應用對象，更加突出風景園林專業特色，可以為園林景觀規劃提供支持。本文僅就基于BIM技術的數字景觀信息模型構建進行研究。

1 BIM技術在景觀領域的運用現狀

相較于歐美等國家，我國BIM（Building Informatica Modeling）技術起步較晚，主要用于建筑業，BIM技術現階段在景觀工程建造管理、風景園林規劃設計方面應用較少。它的發展為風景園林信息模型（Landscape Informatica Modelling，LIM）的發展提供了基礎。LIM 能夠擴展研究各種多尺度的場地景觀設計。

以BIM技術為指導思想，增加風景園林的信息內涵，將風景園林的場地特征，包括建筑、植物、水體，以多元化的圖形呈現，突出設計整體的協同性。結合場地內的模型信息，將參數輸入與輸出模型構建平臺，集成在核心數據庫中，從而使設計師可以更加直觀和全面地了解場地現狀和周邊環境，及時作出調整。LIM技術的功能未來還將向多專業、多維度延伸，實現全生命周期的管理和協調設計。

由于景觀設計需要各方的協調，各方沒有一套完整規范和標準，協同效率低，在BIM的協調平臺上，景觀設計師可以根據平臺提供的反饋信息進行方案的報錯和修正，未來將幫助景觀項目的管理走向更精細化和信息化。在傳統的景觀設計中，由于其視覺層次的交互性較差，無法進行內部細節的設計，而施工圖多以二維形態出現，多以CAD二維圖紙繪制-三維模型制作-效果圖制作為主，較少提供三維的立體動畫。LIM技術可以全面分析土壤、水體、光照等各類信息，同時對這些海量信息進行有效地整合，確保方案的優化與完善。現階段，BIM技術運用在工程行業，處于精細化發展中，其在景觀設計領域越來越受到重視。

1.1 信息整合，為景觀工程的協調提供數據支撐

在施工過程中不同施工隊的進度和數據有著或多或少的差距，這樣的差距會對施工的速度產生影響，數據的差異也會產生一些不可預計的問題。而BIM技術可以在前期模擬計算出這些數據信息，協調各方施工隊，做到一處修改處處聯動的修改，從而解決上述的信息孤島問題。在數字化時代下，BIM技術可以將原來的二維圖形轉變為三維模型，不需要在圖紙上面反復修改，整個過程呈三維動態，完美解決了各專業之間的交流問題。

BIM技術可以對施工場地的日照、光影、太陽輻射、聲音影響、廊架、臺階、花圃、道路等進行細致全面的模擬，以模擬出的數據成果作為參考，施工過程也將更加省時省力，追求多方協調設計與識圖審圖，實時把控工程的進度、投資預算，可以為景觀領域的不斷完善帶來增值效益。

1.2 場地分析，促進場域施工優化

BIM技術可以對景觀所在地的環境和地形進行細致地模擬和分析。運用LIM技術可以準確地反映出風景園林各構筑物之間的體量關系，包括建筑、園林小品、日照、水源情況、植物配置，為規劃、設計、施工、運維各階段提供完整可靠真實的影像和數據。例如在景觀工程造價計算中，喬灌花木和地被植物工程量，可以定義為塊，并分門別類進行統計；在園林工程項目初步設計階段，借助BIM技術，計算出挖填土量以及出土方量等；各項目場地信息通過獲取、存儲、交流、反饋轉變為數字信息儲存在信息庫中。

1.3 策劃論證，實現多方案對比

BIM技術提供了現實的基本信息，在策劃階段幫助各方協調統一數據信息，并通過模擬分析論證各方理論猜想。通過構建各種信息和屬性，模擬建筑物緊急逃生并生成多種方案，計算出各方案所需成本，對模型所攜帶的信息進行選擇，以便確定出最佳方案。特別是在運維環節，可以通過錄入植物特性，方便日后管理人員的養護，進一步延長了園林植物的生命周期。此類數據能夠為有關園林施工建造單位提供借鑒。

1.4 可視化設計，實現二維到三維的空間轉變

可視化設計是推動景觀信息模型建構的關鍵技術之一[1]。可視化指BIM的作品呈現三維立體、環境渲染、動畫漫游、VR等效果。景觀的可視化過程即是將模型庫中的數據以三維虛擬形式表達過程。在模型設計階段運用BIM可視化3D模型，模型導入Lumion，通過軟件渲染制作出三維動畫，可以更好更直觀地讓設計師和其他參與者觀察到景觀的實際情況，通過分析景觀周邊的視角、障礙物等判斷主體建筑物是否存在被遮擋的現象。

例如，在軟件操作過程中，首先在頂視圖上運用矩形和直線工具繪制道路，在結構平面和豎向高度上協調辦公，使“管線”達到零觸碰，并通過材質賦予、場景渲染、模擬動畫及虛擬漫游對景觀要素進行數字化表達，即以漫游、動畫的形式代替原有的二維技術，優化空間布局。同時，將BIM技術借助VR技術實現可視化交互，使人能夠沉浸在計算機生成的虛擬世界中，創建了多維化的信息空間，使生產工作能夠順利開展。

1.5 數字化設計，為智能化發展奠定基礎

通過建立系統數據庫，構建數字化的風景園林景觀模型，即根據景觀空間地理信息，運用圖形信息，存儲風景園林數據，生成數字化風景園林定量數據算法，輸出風景園林景觀模型[2]。在規劃設計階段，利用計算機對雨洪、水系、風向、植被、土方等生態要素方面進行計算機仿真模擬，從而為苗木運輸和智慧物流提供數據支撐。

2 景觀信息模型構建（LIM）策略研究

2.1 景觀信息模型構建（LIM）的內涵及意義

景觀信息模型（Landscape Information Modeling,LIM）與BIM在概念和內涵上相似，而LIM是實踐技術和工具，是實現地理模型設計的方法之一。LIM技術最早于2009年哈佛大學ERVIN教授首次提出，這標志著數字景觀技術由GIS、Sketchup、3D MAX等轉變為數字景觀技術綜合研究，它將全生命周期信息輸入、提取、存儲于一個由景觀信息建造的管理信息平臺,為行業實踐的各個環節和所有參與者提供信息輸入、存儲、操作、輸出的平臺，從而達到最高效率目標。該平臺以可視化、參數化手段呈現場景內的模型信息，在風景園林的規劃、設計、建造、運維等周期得出邏輯清晰的景觀設計流程。LIM可以運用在項目管理、場地研究、規劃設計、深化設計、工程管理、運維管理等[3]。模型構建不斷拓展新的形態與傳統三維模型的建構問題，例如園林植物模型的研究。

景觀信息模型主要包含以下功能：（1）對地形、地被、植物、水系、建筑等要素數字化表達；（2）設計成果的展現，包括實體模型的建造、效果圖的渲染、三維動畫漫游等；（3）對環境過程的監測，例如對土壤、水文、植被的定量模擬過程分析。LIM的上述功能可在現有軟件工具的基礎上進行拓展，進一步整合評估體系，從而研發出更具有針對性、可持續性的應用平臺。在數字化時代背景下，景觀信息模型的構建也需多種軟件平臺（ArcCIS、Rhinoceros等），實現平臺、信息、資源共享，最終轉變為無紙化的信息管理模式。此類平臺以GIS 作為指導平臺，搭載CAD、BIM等核心景觀平臺，后期用Lumion、V-ray進行渲染，從傳統的直觀模型轉變為利用參數化從數據管理角度協助設計的方法。例如，在風景區的規劃設計用GIS錄入各項數據，得出場地內高程、水系、道路、人口等的適宜性評價；再進一步引入生態環境分析，根據熱、風、水及光照條件，進行可持續發展設計，營造適宜的景觀環境。最后借助模型構建三維規劃布局，利用已經獲得的地形、坡度等條件，進行參數化設計。

LIM技術可實現數據獲取、數據處理、模型建立、數據集成到模型應用的綜合性技術[4]。其主要特征為參數化、數字化、模擬性。通過協同設計、模型渲染、三維碰撞檢查、虛擬仿真模擬，進而高度集成園林建筑模型及相關運營管理信息，解決不同專業之間的協調問題，提高項目建設的質量和數字化水平。LIM技術系統規劃數字化風景園林景觀流程，保證了信息交換的準確度，打破交互性較弱、可視化程度不高的問題，需要風景園林行業與軟件行業共同攜手進步，提高風景園林設計的整體水平，推動風景園林行業快速發展。

2.2 BIM+技術

目前，5G、人工智能、物聯網等信息技術在風景園林實踐中還是很匱乏。只有少量園林建筑、地形應用研究外，暫時沒有形成真正體系。BIM+技術是指在傳統BIM技術的基礎上，將GIS技術、傾斜攝影技術、物聯網、大數據等應用于風景園林模型構建數字化綜合技術當中，拓展三維模型構建的信息存儲能力和形態變化能力，為GIS、Revit提供基本的實體模型,共同從計算機技術平臺角度促進風景園林專業與相關領域的融合和發展。筆者提出在風景園林全生命周期應用BIM+的技術策略：即以BIM軟件為基礎，配合GIS技術、傾斜攝影技術、物聯網、大數據等技術，實現各種軟件對園林工程、風景園林設計規劃的多維、協調、高效、精細化管理（見表1）。在后期管理階段，對風景園林項目的組織、流程、成果質量進行動態的管理。

表1 風景園林數字化技術（從設計階段-施工-管理階段）

2.3 基于BIM技術的風景園林設計研究

2.3.1 前期分析階段

在項目開始前，需要對信息進行采集，對項目的資料和信息進行全面的分析。圖形采集主要是甲方提供的場地基礎資料（CAD圖、遙感影像、場地現狀照片等）。通過傾斜攝影進行現場場地自動建模。針對各專業的要求，有效協調園林土建、結構、管線、綠化等專業間的矛盾，確保設計的構件能夠滿足施工的需要。

2.3.2 規劃設計階段

在規劃設計過程中，首先運用GIS技術對場地的空間特征、歷史文化內涵、動態發展過程和關鍵控制條件等進行分析，獲取各項地理數據，包括項目內容、交通數據、綠化數據、自然環境。通過BIM技術，明確規劃的重點，分析豎向地形坡度和朝向、高程、坡度、流域、園林景觀、道路和建筑等，全面預見管線的交匯問題，合理安排工期和工序，避免施工組織的沖突。利用SU做深化處理，添加地形、植物、水體、建筑物、小品等景觀要素，促進城市景觀設計更加直觀。

在植物配置環節，借助BIM 軟件模擬天氣，分析日照、雨水、風向的變化情況，合理配置植被的類型和分布，為后續植物的種植、更換提供幫助。最后，Lumion技術添加環境天空效果、氣候，對預期的景觀瀏覽路線進行3D環游效果演示。對于主要建筑物的視域遮擋情況進行分析，控制成本。

2.3.3 設計成果表達階段

這一階段主要利用AutoCAD、Photoshop進行方案平面圖的繪制,利用ArcGIS進行設計成果的專項分析。對施工圖進行細部推敲，進行構建、樹木、管線碰撞檢查。提供建立三維模型，借助計算機虛擬現實、可視化、數字化手段實時觀看三維表現效果。

3 結束語

基于BIM+的軟件和技術，構建的風景園林信息模型具有綜合多源數據、多專業協同、知識共享和全生命周期管理的功能，為行業管理者和設計者提供更多決策依據。總之，景觀信息模型的構建對于園林景觀工程項目以及園林設計水平的提升，指導景觀工程施工與管理實現社會效益、經濟效益、環境效益的有機結合，同時對相關建筑行業有一定的促進作用。

目前風景園林BIM（或LIM）的國際基礎研究和應用仍處于相對空白階段，但是在風景園林實踐環節運用BIM技術在逐漸擴大。今后的園林景觀行業信息模型以多元化、多角度分析問題為主，可在一定程度上使方案更加科學、準確、高效。將多種信息搭建在同一工作平臺上面進行信息的交換和管理，能夠有效實現跨越式地發展，BIM的信息實時反饋的優勢更加凸顯，它的普及為我國園林工程建設提供有力的支撐。數字景觀技術利用數字化技術，為風景園林設計師提供更直觀、理性的場景分析工具，是一套科學合理的以BIM為基礎的信息模型。