BIM技术在园林工程中的运用——以上海迪士尼1.5期为例

董则奉

BIM(Building Information Modeling)是“建筑信息建模”的简称。BIM既是模型结果，也是建模过程，其服务于建设项目从设计、施工、运营维护到改建的整个生命周期。更重要的是，BIM是一种革命性的全新工作模式，它改变的不仅仅是技术层面，更是工程人员的思维方式和工作方式[1]。就目前来说，BIM技术在国内建筑工程中的运用越来越普遍，而在园林工程中的运用非常罕见。目前的相关研究主要包括3类：1)对BIM技术在国内外应用的现状进行综述，孙鹏等研究了大量国内外实际案例，在借鉴建筑行业对BIM引进的经验基础上，认为在风景园林规划设计中，BIM同样可以起到举足轻重的作用[2]；2)对BIM技术在园林前期规划中的实际运用进行探索，刘雯等将BIM应用于长江三峡风景名胜区规划中，从科学技术角度支撑风景名胜区规划，提高了风景名胜区规划编制与规划管理的科学水平[3]；3)对BIM技术在园林后期施工过程中的实际运用进行研究，刘东云等以奥体文化商务园中心绿地为例，验证了BIM作为景观整体建构和高精度控制的现实意义[4]。这些研究往往集中于BIM技术在园林工程某一阶段的运用，并未体现BIM技术在园林工程全生命周期中的完整运用流程及优势。

自2016年10月起，上海迪士尼启动了1.5期即玩具总动员主题景区的建设。除去后勤服务区，本期园林工程的建设区域面积约为1.3万m2。通过对所有园林工程建设项目进行建模，将详细的数据信息深入园林工程的整个设计、施工及维护阶段，形成了BIM技术全生命周期的运用，对于园林工程来说是一次有益的尝试。

1 BIM运用流程

在BIM应用过程中往往缺少协同设计，尤其在国内项目运作中，项目不同阶段、不同专业及参与方信息缺少统筹管理[5]，而上海迪士尼1.5期作为1期结束后的“园中园”工程，不但有大量新建项目，还需要与乐园1期现有的管线、景观进行无缝衔接，这就需要园林单位与建筑、机电等其他专业分包紧密合作。为了解决BIM软件的并行兼容和多专业信息协调与整合问题，在总包的统一协调运作下，上海迪士尼1.5期园林工程的整个BIM技术运用流程大致分为以下5个步骤。

1.1 模型建立

设计院根据施工图纸以Revit2014为核心软件(复杂曲面由Rhino建模)建立第一版BIM模型。模型是BIM技术的核心，项目最终的完成度取决于模型的细致程度(Level of Details或Level of Development，简称LOD)[6]。LOD可分为L100(概念化深度)、L200(近似构件深度)、L300(精确构件深度)、L400(加工深度)和L500(竣工深度)5个等级，设计院提供给迪士尼业主的第一版模型精度基本可以达到等级L350(精确构件深度与加工深度之间)(图1)。

图1 BIM模型精度示意

图2 BIM技术运用流程

1.2 图纸模型一致性检查

签订合同时，迪士尼业主会将第一版BIM模型提供给总包单位。从总包获取模型后，各分包会将模型进行拆分，进行各自专业图纸与模型之间的一致性检查，发现疑问的地方会统一向业主提出模型澄清申请(类似技术交底过程)，设计院会对模型进行修订形成更准确的、可用于施工的第二版BIM模型。

1.3 模型维护和修订

在实际运用过程中，等级L350精度的BIM模型仍然无法满足施工要求。所以各分包会根据设计变更、现场技术核定变更及实际加工产品的精确尺寸对各自专业的BIM模型进行修订。为了避免出现BIM软件不兼容的问题，所有分包均采用了Revit2014进行模型修订，一次修订时间会控制在7～14个工作日。修订完成后，各分包会将模型统一提交至总包的公共服务器中。

1.4 模型拆分和整合

总包每周一会在公共服务器中将各分包提交的模型整合为一个总体模型，并对总体模型进行审核。周二组织会议对暴露出的问题进行研究，并要求各分包尽快对模型再次进行修订。每周五，总包会将修订后的模型再次整合并提交给业主，同时，各分包随时可以从服务器中下载总体模型，以此对施工班组进行技术交底。

1.5 模型移交

按上述规律每周对模型进行修订(图2)，当整个项目竣工时会产生一个等级达到L500竣工深度的BIM竣工模型。总包会将竣工模型移交给迪士尼业主的运营维护团队。

2 BIM建模策略

BIM技术是利用多种软件实现的，每一种软件还有不同的版本。上海迪士尼1.5期的园林景观非常复杂，涵盖了山石地形、铺装道路、亭台楼阁、雕塑景墙等多种园林要素(图3)。所以如何选择建模软件、采取何种建模策略让设计更加接近施工的实际需要是一项非常重要的工作。针对不同园林要素和建模软件的特点，上海迪士尼1.5期采用了以Revit2014为建模核心，同时灵活运用RhinoR5、3Dmax和Tekla加以辅助的建模策略。Revit主要用于建立近似标准体块的园林要素以及作为所有模型的系统平台；Rhino用于复杂曲线和曲面模型的建立。值得注意的是，由Rhino、3Dmax等软件建立的复杂曲面模型导入Revit后，均会成为无法修订的僵死“表皮”，其起伏形态是无法在Revit中进行调整的。

2.1 山石地形

上海迪士尼1.5期的假山石是由钢筋网片和雕刻水泥砌筑成的近似空心球体。迪士尼业主的创意团体先按照1:20的比例手工雕刻微缩模型，然后利用3D扫描设备将其转换为数字模型后直接导入Rhino中进行调整并提交给设计院。种植区域的地形则是在Rhino中根据等高线图纸直接建立的，山石地形的Rhino模型都只是没有厚度的复杂曲面“表皮”。

2.2 铺装道路

上海迪士尼1.5期的彩色混凝土铺装分为2种，一种是随地形上下起伏的室外铺装，一种是建筑底板上平整的室内铺装。室外铺装的模型是先在Rhino中根据等高线建立一个平缓起伏的曲面模型，再将该曲面模型导入Revit总体模型，向下挤压出厚度；室内的铺装高差较小，可以视作一个标准的体块，直接采用Revit进行建模。2种铺装的样式和色彩等信息都在Revit中附着。

2.3 水体景观

上海迪士尼1.5期并没有真实的景观水体，所以也未进行景观水体的建模，但是可以根据景区的旱溪模型进行推测。景观水体主要分为自然水景和硬质水景。自然水景主要有溪流、湖泊、跌水等类型，这些水景模型和山石非常类似，可以在Rhino软件中根据下陷的等高线建立。而硬质水景主要由池底和池壁构成，这些标准体块可运用Revit进行建模。

2.4 林木花草

园林中的林木花草主要分为乔木、灌木、地被和攀缘植物等几大类型，但上海迪士尼1.5期仅仅通过“十字树”法对高大的乔木和竹类进行了建模。“十字树”法是一种介于二维图像和三维模型之间的表现方式[7]。首先在Revit中建立植物的立面轮廓，然后将该立面进行复制并围绕中心点位旋转90°，这样就得到十字形植物模型，在模型的根部根据土球大小建立圆柱体，最后在总体模型中附着植物的品种信息。

2.5 亭台楼阁

上海迪士尼1.5期的欢迎亭和游客排队长廊主要由钢结构和CACM外壳(A级玻璃纤维增强混凝土)构成。在初始模型中钢结构是由Revit进行建模的。在对这些钢结构的刚接、链接方式进行深化设计时，采用Tekla进行重新建模。深化设计完成后会将Tekla模型转化为ifc格式导入Revit总体模型中，并赋予这些钢构件相应的产品材料信息。亭台楼阁的外观主题效果都是由CACM外壳来承担的，运用Revit对CACM外壳进行建模时还附着了一系列的主题与色彩信息。

2.6 雕塑景墙

上海迪士尼1.5期包含了大量主题突出的雕塑和景墙。主题雕塑地面以上是玻璃钢主体，地面以下是钢筋混凝土基础。雕塑主体是由迪士尼业主创意团队运用3DMax进行建模的。雕塑基础及其下方的垫层均是由Revit进行建模，模型中包含了准确的配筋、材料信息。景墙内部为钢筋混凝土结构，表面由木纹主题抹灰进行装饰。墙体结构及垫层均由Revit建立，但是曲折的仿木纹主题抹灰仅为示意，并未按照真实的木纹理进行建模。

2.7 设施小品

上海迪士尼1.5期的设施小品包含室内外的扶手、栅栏、灯具和风扇。这些设施小品的造型各异，但都是由标准体块组合而成，均由Revit进行建模。由于这些设施小品无法在国内找到现成产品，均需开模加工，所以对模型的精度提出了非常高的要求。扶手和栅栏的铰链、灯具和风扇的地脚螺栓、检查手孔等细节均按照实际的产品尺寸进行建模，并在模型中赋予了详细信息。

3 BIM建模精度需求

在项目的实际实施过程中，发现不同园林要素的模型精度是可以根据实际的施工需求进行区别调控的(表1)。

山石地形、室外铺装道路、自然水体、林木花草和雕塑这几种园林要素的模型都是由复杂曲面构成的。除雕塑以外，这些园林要素均会根据现场实际情况进行一定程度的调整和变更，所以其BIM模型对于实际施工的指导意义并不大。在建模时应选择效率优先的策略，采用建模效率更高的Sketchup软件来进行复杂曲面的建模，使模型最终精度保持在L100概念深度和L200近似构建深度之间即可。

室内铺装、硬质水体、亭台楼阁、景观墙体和设施小品这几种园林要素的模型都是由标准体块组合构成的。在实际施工过程中，除非出现设计变更和现场技术核定变更，否则这些园林要素不会进行调整，所以其BIM模型可对实际施工起到准确有效的指导作用。在建模时应采用精度优先的策略，选择更加精细的软件来进行更专业化的模型修订工作，比如运用Tekla软件对钢结构进行深化建模，使模型精度达到等级L400加工深度。

4 BIM运用优势

按照美国国家建造信息模型标准(NBIMS)项目委员会的定义，BIM是设施物理和功能特性的数字表达[8]。在园林工程的实施过程中，BIM这种数字表达的直观化特性和数据化特性给工程实施带来了诸多优势，能够最大限度地让施工单位按照设计的实际意图进行施工。直观化特性主要体现于BIM在技术层面上的优势，而数据化特性则主要体现于BIM在管理层面上的优势。

4.1 直观化特性带来的优势

BIM模型真正做到了“所见即所需”的直观显示，设计需要的效果能够在模型中直接体现。“直观性”意味着只要有BIM，利用计算机即可将其直观地显示出来，不需要再经过人工处理[9]。BIM的直观化特性将传统二维图纸表达模糊或相互冲突的问题全部暴露出来，在施工过程中带来了构造性优势、综合性优势和避让性优势。

4.1.1 构造性优势

在BIM模型的任意一个位置均可放置剖切面，相当于多了无数张二维节点的放大剖面图。这种构造性优势能够直接有效地对异形加工件的生产制作进行指导。迪士尼1.5期以玩具总动员为主题，大量庭院灯模拟了雪花片拼接玩具。以该庭院灯为例：灯柱是由灯杆、悬臂、吊臂等10余种零部件拼接而成的，为了在灯柱上安装GFRP雪花片装饰罩，灯柱还被设计成粗细不同的3段。这样一来，零件的焊接方式、电缆的走线孔及安装手孔就变得非常复杂。通过BIM模型，加工厂家可以单独对某一种零件进行观察测量，非常有利于产品的生产加工和装配。

4.1.2 综合性优势

对于园林工程的内部体系来说，BIM模型能够将园林工程所有的施工内容都在一个模型中表达出来，相当于同时表现了二维图纸中的节点详图和平面位置图。这种综合性优势可以对施工安装进行有效的指导。以迪士尼1.5期灌溉系统为例：通过BIM模型，不仅能查看灌溉主管在何位置、以何种方式穿越道路，同时还能直接获取主管过路保护结构的尺寸；不仅能直接查询灌溉支管所有电磁阀门和喷头的安装位置，还能立刻查询到这些五金件的型号。

4.1.3 避让性优势

对于园林工程的外部环境来说，BIM模型能把建筑、安装等各个分包的施工内容都体现在一个模型中，相当于将不同专业的图纸进行了叠加，完全消灭了不同专业的“信息孤岛”。不仅可以对某个施工对象的固定位置进行避让检测，也可以对施工界面进行避让检测，可以非常有效地减少返工。以迪士尼1.5期雕塑下方的独立钢筋混凝土基础为例：在基础基坑开挖前，通过BIM模型可以知道这些基础的基坑区域是否靠近建筑的地下室、下方是否有市政管线穿过，从而进行固定位置的避让检测。由于迪士尼1.5期建设布局紧凑，多株香樟都需要通过吊车进行吊装种植，因此以乔木的种植为例：将BIM模型与现场施工进度相结合，可根据实际需要选择吊车的吊臂长度、进出路线及施工顺序，从而进行施工界面的提前检测。

表1 上海迪士尼1.5期园林BIM模型建模精度需求

4.2 数据化特性带来的优势

通过BIM模型可以迅速得出所有建设对象的数据信息，这是BIM模型和二维图纸差异最大的部分，也是BIM模型超越二维图纸的优势所在。随着模型的不断深化，越来越多的数据信息被赋予到模型中，除了常规的模型尺寸等信息，还能包含混凝土结构的配筋信息、加工件的材料信息甚至是工程中的技术核定单信息，数据化特性在实际的工程实施中带来了快速查询优势和工程量统计优势。

4.2.1 快速查询优势

BIM模型中每一个施工对象都包含了名称信息。通过这些信息可以快速、全面地查找到任意一种施工对象，相当于BIM模型将二维图纸中的索引图进行了整合。这种快速查询优势可以有效避免对施工对象的遗漏。在迪士尼1.5期很小的场地中，出现了30余种扶手和栅栏样式，以这些扶手为例：第一种查询方式是已知某一种扶手在模型中的位置，在模型中选中后，在性质特性栏就能显示其名称和材质信息，通过相同对象进行筛选；第二种是不知道扶手在模型中的位置，直接在性质特性栏中根据扶手的特性名称将所需的扶手全部选中。

4.2.2 工程量核算优势

模型内的每个构件，皆可含有“构件类型及规格、材料价格”等诸多信息[10]。施工商务部门可以通过这些数量信息更加准确地进行数量统计。除了绿化种植苗木图纸，传统的二维图纸中大多不能体现施工对象的数量信息，对于一些异形物体更是无能为力。BIM模型的工程量核算优势可以使施工报价及备料工作更加精准。以迪士尼1.5期的假山石为例：传统的假山石二维图纸只能表达假山石底部的周长和投影面积，却不能表现假山石的实际表面积，但是通过BIM模型可以对假山石的表面积进行测算，得到施工材料的实际用量。

5 结语

随着科学技术的不断发展和进步，现已涌现出大量新兴的数据化技术，BIM技术就是诸多数据化技术中的佼佼者。运用该技术能够以模型为载体，将详细精确的数据信息深入到园林工程的设计阶段和施工阶段，既能让设计更加接近施工的实际需要，又能让施工更加接近设计的实际意图，这将改变以往很多园林工程中设计阶段只重视创意表现、施工阶段只满足大致效果的不良现状，这也正是BIM技术能为园林工程带来的积极意义。

目前，能熟练运用BIM的技术人员主要集中在建筑行业，人员的稀缺导致BIM技术在园林工程中的推广比较缓慢，再加上BIM技术暂时未能对园林植物进行合理有效建模，导致BIM技术对植物种植的施工指导意义比较薄弱，所以现阶段只有在类似上海迪士尼1.5期这样以硬质景观为主、装饰造型繁多、加工件构造精细、施工环境复杂的园林工程中，才能真正体现出BIM技术的重要性。但是，随着BIM技术的不断普及，越来越多的BIM技术人员将会进入园林行业，越来越多的BIM技术将会针对园林工程进行开发迭代，园林工程也必将随着数据化技术的发展浪潮共同进入一个新的时代!

注：文中图片均由作者拍摄或绘制。