基于天正建筑及SketchUp集成的建筑精细化建模

张朱柏

（重庆大学 土木工程学院，重庆 400044）

0 引言

插件，可通过对插件所提供的一系列参数进行调整，从而达到预期效果并进行渲染；SUAPP插件可节省建筑构建的建模及插入的人力。

建筑信息模型 （Building Information Model简称BIM）在2016年8月住房和城乡建设部发布的 《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》中被列为五大信息技术第一[1]。在纲要中着重要求加快BIM的普及和应用。BIM应用方案阶段以三维可视化模型向业主进行展示[2]，因此建筑初期设计由二维平面设计向可视化建模的转变变得尤为重要。本文面向未来BIM建模特点，汲取天正建筑对建筑内部精确建模的优势、SketchUp易于对建筑外部及周边环境建模的优点，将天正建筑以及SketchUp两款软件集成应用到具体建筑的精细化建模过程中，两者集成应用进而达到精细化模型要求，提高了建筑初期可视化模型构建效率，为后期BIM相关软件的同类功能应用打下坚实的基础。

1 天正建筑及SketchUp简介

天正建筑自研发以来就广受建筑行业关注[3-4]，其基于AutoCAD平台并根据建筑工程制图的需求，将基本建筑构件及标注等内容参数化并可重复插入，极大地节省了人工，提高了建筑工程制图效率。

SketchUp简称SU，由谷歌公司研发并在建筑可视化模型的制作中广泛使用[5-7]。其精度较低，易建设建筑外部，建模效率要高于同类软件。SU可安装插件扩展其功能，如V-Ray渲染

2 以某社保局大楼为例精细化建模

建模技术有模拟建模、半模拟建模和测量建模。测量建模又分为数字摄影测量、直接依图而建，三维激光扫描[8]。本文则讨论直接依图而建，根据已有图纸（纸质及DWG文件）对某社保局大楼进行建模。精细化建模过程如图1所示。

图1 精细化建模过程图

2.1 建筑内部建模

SU平台的基础上建筑内部建模的方式主要有以下三种：①根据已有建筑图纸及尺寸，用SU自带的功能如偏移复制、路径跟随等方式将各承重墙或隔断墙生成，并在墙上预留或剪切出门洞窗洞，最后添加门窗。②根据已有建筑图纸及尺寸，利用SU的插件SUAPP及SU自带的辅助线功能，利用插件划线生墙的功能生成墙体，并插入插件所设门窗。③天正建筑所存图纸，将图纸重生成模型导出三维模型，导入SU。三种内部建模方法比较如表1所示。

表1 内部建模方式比较

采用天正建筑建模需将已有图纸DWG文件中非建筑构件的线、文字删去，这样DWG文件下导入到SU中构件的边线易被识别。利用天正功能，单击右键在显示模式中选择完全三维、在视觉样式中选择二维线框、在视图设置中选择任意一轴测图。将图形全选，输入快捷键TXDC（图形导出），导入SU即可，操作界面如图2及图3所示。

图2 天正建筑模型导出界面图

图3 天正建筑模型导入界面图

2.2 建筑外部建模

建筑外部的建模主要分为两大部分：建筑主体建模部分及建筑外环境建模部分。

2.2.1 建筑主体建模

（1）依照图纸建体块。根据平立面图纸中所标注的标高确定每一层层高，并用复制推拉的方式保留层高平面。

（2）群组与组件。在SketchUp中，群组与组件功能的使用具有极强的逻辑性，操作先后次序不合理会直接降低建模精准度及建模效率，因此要特别重视。群组具有独立编辑、统一材质、可多级包容等特点，如在本社保局大楼的建模过程中，基本的体块可为一群组，在该群组中可包含屋顶、门窗（群组或组件）、台阶等一系列群组并均可独立编辑。组件具有统一编辑、统一材质、可多级包容等特点，如同一款式尺寸的门窗可建为组件，方便编辑与修改。群组与组件可相互包含，其构建界面如图4所示。

图4 群组与组件的构建界面图

（3）坐标轴重建。若建筑中存在非正方向朝向的建筑部分，可在群组内重建坐标轴，减少不必要的电脑捕捉时间，提高建模效率。

（4）屋顶构建。屋顶的建模方式主要分为以下三种：①平屋顶的构建，注意排水功能及女儿墙的建模。②坡屋顶的构建，坡屋顶可分为同坡与非同坡屋顶两种类型，同坡屋顶可根据建筑平面图及屋顶坡度采用路径跟随功能生成，非同坡屋顶可以采用组装及钩线法进行构建。③曲面屋顶的构建，可采用在建筑曲面屋顶具有积聚性的任意一投影面画出其断面图并置为群组，通过在群组内推拉的方式使曲面屋顶达到既定位置，其构建界面如图5所示。在本建筑中，该大楼屋顶为非同坡屋面，采用组装及路径跟随的方式构建。屋顶的构建方式不完全绝对，应视具体屋顶形式采用有效功能及方法。

图5 曲面顶积聚性做法图

（5）实体工具及模型相交。在08版以后的Sketch Up中出现了实体工具这一功能，其针对实体（无断线，多余线及面的群组或组件），可将两个或多个实体进行求交集、差集、并集等。模型相交可用于产生结交线，在不同的群组中要注意所需结交线的产生位置，即进入不同的群组中进行操作。在本建筑中，阁楼部分可用实体工具剪接达到效果，其操作界面如图6所示。

图6 实体工具操作界面图

（6）细节问题。其他建筑构件如台阶、雨篷、栏杆、装饰条、散水、檐口等均建为群组进行编辑。装饰条可由将该层平面图边线保留采用路径跟随功能生成。檐口可采用偏移复制加推拉的方式建模，亦可先画出檐口断面图进行路径跟随生成。

2.2.2 建筑外环境建模

（1）利用Sketch Up中沙盒的功能，根据图纸进行场景构建，沙盒中创建的场景越复杂，计算机处理的时间越久。

（2）道路、植被、行人及车辆，依照图纸及美观度需要构建，植被可用SU中自带材质及组件。

（3）毗邻建筑构建。其余周边建筑均可直接采用体块的方式，建模用浅色材质，调低透明度，尺寸合适。其构建界面如图7所示。

图7 建筑外环境的构建界面图

2.3 内外部整体模型初步细化

将各层内部模型依次导入SU，并与建筑外部主体模型组合形成整体模型。由天正建筑导入的内部模型导入后即被SU识别为群组，其中门、窗均为组件可统一修改。根据图纸注明的材质并贴图，近似纹理的材质可以通过对SU材质库中的材质进行颜色、透明度等编辑达到最大近似效果。深化细节，将建筑中独立的装饰突起，门窗装饰条及内部高差变化构等细节之处建出。

2.4 精细化模型调整

通过进一步的参数调节达到仿真效果，具体包括：①光影调节。在上方工具栏中查看及窗口中均选择阴影，通过调节时区、时间、日期、光线和明暗达到最佳光影效果。②制作展示动画。调整视角，根据展示的需要在不同视角处添加页面，并在动画设置中调节场景延迟，提高动画连贯性。③出渲染图。利用V-Ray渲染插件，可以通过调节参数改变光线与折射等。在合适的位置选择人视视角进行渲染。也可通过关闭天光并添加插件中所提供的聚光灯、面光源、点光源等，形成夜景再进行渲染。注意渲染前要将风格调成简单风格。最终渲染结果如图8所示。

图8 建筑模型渲染图

3 常见问题的解决方案

（1）贴窗闪面问题。对于窗的构建，主要有贴窗、扣窗洞填窗和插件加窗三种方式。一般的外形建模，即不需要构建内部的建模的情况下，选择贴窗的方式方便快捷。但在贴窗的操作中会出现“闪面”的情况，该情况下透明材质的材料无法看清建筑内部。贴窗的原理是：同一组件或群组，同一平面或相连（直接和间接）平面可贴窗。该问题的成因是：贴窗的原始位置与被贴窗位置非同一面，或在不同群组或组件中进行了贴窗操作。解决方案为：在两个平面内删除隔断线解决，不同群组或组件间可用复制进组解决，曲面贴窗可用化曲为直操作并再由电脑捕捉平面进行贴窗。

（2）Sketch Up闪退问题。当操作复杂或连续后退步骤时会造成软件“闪退”的情况。解决方案为：在工具栏参数设置概要中勾选创建备份、自动保存并将自动保存时间间隔缩短以减小损失，时间间隔设置为5min为宜，过短会拖慢系统，降低建模效率。在建模过程中要注意随手保存。

（3）模型尺寸及导入模型尺寸问题。绘图中及建模完成后发现尺寸错误问题。解决方案为：对错误部分建立群组隔离处理，在群组内进行推拉或右框选进行修改。将天正模型导入后出现尺寸不等比的情况。解决方案：在导入窗口选项中选择以毫米为单位，前提是天正建筑、Sketch Up均为以毫米为模板进行的绘制。

（4）制图效率低下。解决方案为：重视建模的逻辑性即先后顺序；对于常见的建筑构建做好常用无材质组件库，如多阶楼梯、栏杆、中式飞檐等；对于体块要采用群组的一键上材质的方式，勿逐面上材质；重视运用组件及群组功能；熟练操作。

4 结语

本文结合天正建筑和Sketch Up两款软件集成建模优势以及笔者建模经验，结合某建筑实例对精细化建模步骤进行了详细阐述，对于建模过程中常见问题提出了可靠的解决方案。但对于渲染技术，如何更细致地调参数达到更加真实的效果以及更多软件的协同建模，仍有探究空间。随着科技的发展以及BIM在建筑各领域的广泛应用，功能更多更强大的建模软件层出不穷，对于建筑可视化模型的精度要求愈来愈高，更需要业内人士在建模领域做出更多的研究与探索。

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.2016-2020年建筑业信息化发展纲要[EB/OL].[2016-08-23].http：//www.mohurd.gov.cn/wjfb/201609/t20160918_228929.html.

[2]郭俊礼，滕佳颖，吴贤国，等.基于 BIM 的 IPD建设项目协同管理方法研究[J].施工技术，2012（11）：75-79.

[3]王威，蒋凤昌，姜荣斌，等.BIM技术在工程建设中的应用与发展[J].泰州职业技术学院学报，2017（3）：45-49.

[4]曾祥才，朱冬生.浅谈建筑节能技术[J].建筑节能，2007（1）：15-19.

[5]许捍卫，房晓亮，任家勇，等.基于SketchUp的城市三维建模技术[J].测绘科学，2011（1）：213-214.

[6]Emerson G·Melo，Marcelo P·Almeida， Roberto Zilles，etc.Using a shading matrix to estimate the shading factor and the irradiation in a three-dimensional model of a receiving surface in an urban environment[J].Solar Energy，2013（3）：15-25.

[7]Constance C Bodurow，Calvin Creech，Alan Hoback， etc.Multivariable value densification modeling using GIS[J].Transactions in GIS，2009（s1）：147–175.

[8]李永泉，韩文泉，黄志洲.数字城市三维建模方法比较分析[J].现代测绘，2010（2）：33-35.