风景园林信息模型(LIM)技术实践探究与应用实证

舒斌龙

王忠杰

王兆辰

孙明峰

1 LIM技术发展趋势

1.1 LIM技术推动风景园林行业迈向信息化

风景园林信息模型(Landscape Information Modeling，LIM)的概念由哈佛大学Ervin教授提出[1]，衍生自BIM技术，是面向风景园林行业的独特表达，以实现园林工程项目从设计、建造到后期运营管理的信息无损交换为目标[2]。这一概念已逐渐被各国行业协会认可，并成为推进行业信息化发展的核心技术[3]。随着中国生态文明与信息化建设的加速推进，正在迈向信息化的风景园林行业已显现出对于LIM技术应用的迫切需求。在近些年国内外的理论研究基础上，LIM技术正逐渐步入实际工作流程，与地理信息系统一道成为风景园林行业迈向信息化的主要手段[4]。通过融入更多BIM软件的应用，LIM技术框架得到了进一步拓展。在产学研平台项目的支撑下，LIM形成了更为标准化、完善化的实践应用体系[5]。2019年风景园林工程国际会议在清华大学召开，主题即围绕LIM的信息化设计与施工，引起行业的广泛关注。LIM技术自此进入了从理论研究迈向实践应用的新阶段。

1.2 LIM技术实践应用的困境

风景园林行业的信息化格局对精细、高效的核心技术虚位以待，信息模型与信息应用形成了明显的供需关系。目前我国的LIM理论研究与技术应用存在断层，尚未形成一套完整、可推广的LIM模型建构技术，从而难以实现完整的信息化工作流程，也很难与信息化平台进行模型信息的完整对接，导致LIM技术在实践项目中应用不足。由此可见，推行LIM技术在风景园林实践中的应用，具有重要的实验价值和推广意义。

1.3 LIM技术在风景园林设计工作流中的应用

传统计算机辅助设计技术下的规划设计工作流呈现单向线性模式，各环节之间缺乏协同性和可逆性(图1)。而LIM技术在园林设计中的应用是一个以LIM为中心进行信息发散和信息反馈的工作流。围绕同一个LIM模型进行正向设计，能够完成不同专业和不同阶段的信息成果，当这些信息集中在一个LIM模型中，可以实时反馈各专业、各阶段中存在的协同问题，以此进行及时调整，避免相互之间的冲突，形成完整、精确的信息化项目模型，从而更好地对接施工建造平台和信息化管理平台(图2)。

实现LIM工作流，需要一套完善的建模技术和信息应用路径。本文以北京市通州区云景公园为例，从建模技术和信息应用2个方面对LIM技术在实践项目中的应用进行探索。

2 LIM技术建模实践——云景公园项目

应用Autodesk Civil 3D、Autodesk Revit等软件，参考《公园设计规范》(GB 51192—2016)的章节划分[6]，将云景公园按地形、道路与铺装场地、建构筑物、给排水工程，以及植物景观5个部分进行建模和论述，同时分析LIM技术与传统设计手段的差异。

2.1 地形建模

云景公园场地东侧存在较多方形鱼塘，方案利用这些鱼塘改造为景观湖区，一方面实现控规对水体面积的要求，另一方面通过挖湖堆山构建公园山水格局和空间基底。竖向设计是风景园林设计的核心，利用LIM技术进行地形建模，通过输入测绘数据、设计等高线等各类地形特征要素，得到精确的不规则三角网曲面(TIN Surface)地形，包括现状地形和设计地形。

2.1.1 现状地形

云景公园现状地形基础数据包括测绘高程点、鱼塘边界线和红线范围等。将基础数据导入Autodesk Civil 3D以生成初步的基础地形，但这一基础地形尚不能完全精确反映现状，需要使用高程赋值后的鱼塘边界线刻画场地，加入红线边界以限定场地范围，即可还原出相对精确的现状地形(图3)。现状地形作为基准曲面，也可用于高程的相关分析，为后续土方工程计算提供依据。

图1 传统线性工作流

2.1.2 设计地形

云景公园的山水格局在方案构思阶段定形定量，通过二维等高线或三维数字模型表达出空间关系和高程点等信息，再利用LIM技术进一步精确化设计。以设计等高线的方式导入Civil 3D，建立初步的设计地形曲面，利用设计道路及场地边缘作为特征要素线，并结合土方量、坡度等关联数据，对设计地形进行反复调整，以形成较为准确的设计地形曲面。最后通过水位线作为等高线和边界来获取不同标高的水面，将水面单独叠加到设计曲面上，得到最终的精准化设计地形(图4)。

利用LIM技术做竖向设计相比于传统的设计方法，其优点在于参数化和精准化。在云景公园的设计过程中，由于土方供给条件的变化，围绕挖填方量对竖向设计进行了多次调整，而Civil 3D的参数化功能可以实现模型与信息的同步更新，可快速复核土方量，为竖向设计提供极大便利。同时，LIM技术在地形建模的过程中，充分融合工程建造思维，精准控制排水方向、坡度和相关的地形衔接关系，可得到更为精确合理的地形方案。

图2 LIM正向设计工作流

2.2 道路与铺装场地建模

云景公园设计了多个出入口广场、滨水广场和林间场地，并以3个级别的园路进行串联。LIM在构建道路和场地模型的同时，综合考虑其与周边竖向地形、给排水、电力管线和绿化种植等的衔接，使场地和道路设计更具可实施性。

2.2.1 道路及交叉口建模

Civil 3D可以通过道路“中轴线、纵断面、横断面”三要素生成参数化的道路模型(图5)。中轴线反映道路的位置和走向，纵断面反映了道路和地形的关系及道路纵坡，横断面反映了道路的宽度、横坡和断面构造做法。云景公园的道路分为3个级别，在设计好线路和纵坡之后，只用3组横断面装配即可完成建模(图6)。在Civil 3D中，当转弯半径竖向设计不符合要求时，交叉口建模往往会失败。这一节点的反复修改也是对设计的实时校核。

图3 云景公园现状地形建模

图4 云景公园设计地形建模

相比于传统的道路建模，LIM的道路建模则包含了道路精准且完整的构造及数据信息，提高了设计和施工的精准性。项目的精准化建造也是风景园林行业信息化的助推剂。

2.2.2 场地建模

以云景公园北入口广场为例，LIM模型需要完成入口广场与园路、周边地形、管线和植物的衔接，场地本身的竖向坡度、铺装的构造做法，以及景墙栏杆的细部构造等内容，达到可施工精度。在Civil 3D中，通过调整场地边缘特征线控制点的高程，实现场地与道路和地形的衔接。在场地内部通过控制高点及变坡线，得到排水方向和坡度的反馈，做出及时调整，从而得到较为精确的TIN曲面。场地最低处设雨水井和排水管线，管线设置避开挡墙基础和周边植物的点位，以防发生碰撞。通过使用的装配和材质可生成详细的构造做法信息。节点内的景墙和栏杆等内容则在Revit中进一步细化(图7)。

LIM的场地建模是全方位、全要素的，包括地上和地下两部分，地上部分涉及场地的高程竖向、构造做法等；地下部分展现场地与植物、基础和各类管线的关系，不再局限于传统表面形象的展示(图8)。

2.3 建构筑物建模

在云景公园建模过程中，出于模型管理的需求，重要节点和建构筑物需要单独细化。Autodesk Revit拥有对带有各类建造信息的构件进行组织的能力，不同于建筑BIM中的“建筑为主体、族为零件”的逻辑，LIM需要转变思维，将场地景观视为主体，景观中的建构筑物视为“零件”。

族是Revit管理模型的基本概念。将项目中的亭、桥等建构筑物进行单独建模(图9)，单次使用的构件可使用内建族建模，需要重复利用的构件如云景亭中的柱、梁等则可使用系统族进行建模。另外，大部分园林小品、山石等可作为可载入族进行建模。园林项目中的预设系统族包括一些标准工程做法的构件，如护栏、驳岸和挡土墙等。

不同于传统建构筑物建模的逻辑，Revit的建模过程可以对应实时反馈的施工图纸，建构筑物构造做法对应预设的信息明细表，省去了从概念模型到施工图纸绘制的时间，同时也能利用详细的物料统计信息来控制工程成本。

图5 道路建模三要素

图6 道路建模

图7 云景公园场地建模

图8 云景公园道路场地与地下管线

2.4 给排水工程建模

给排水工程作为风景园林项目的重要一环，却很难在设计构思阶段得到完善的统筹考虑，而LIM的正向设计在项目之初就会考虑给排水工程的建模，地下管线工程的精确建模不仅能得到更完整的信息库，也能为项目整体提供更完善可靠的基础工程，同时还能为碰撞检测提供依据。给水管道的布局与道路场地、植物和建构筑物息息相关，LIM通过三维图示来检测地下管线与地上各要素之间的设计是否合理。

Civil 3D中有多种预设的管线装配形式，包括管道直径、长度和材质等，建模的逻辑与道路建模相似，也是通过“中轴线、纵断面、横断面”来生成管廊。

2.5 植物景观建模

在LIM模型中，植物是景观的一群“零件”，由于数量庞大，树种库缺失，植物板块目前还未找到有效的信息化建模方法。在此提供2种植物信息化建模方法以供探讨和参考。

1)参数化植物设计。根据种植设计常用的布置手法，利用参数化逻辑定义孤植、列植、片植3种种植方式。以“点”代表的孤植、以“曲线”和“间距”代表的列植，以及以闭合曲线“范围”和“数量”(单位面积)代表的片植3种方式的综合使用可形成最终的种植空间点位。将种植点位赋予树种、规格、价格和生态习性等苗木信息后便能生成完整的参数化和信息化种植设计方案[6]。以此为基础生成苗木信息表，并进行下一步苗木采购、放线和栽植等工作(图10)。

图9 云景亭模型与结构类别明细

图10 植物景观建模思路

图11 云景亭表现图

图12 云景公园竖向分析图

图13 云景公园土方施工图

2)借助平台，将整个种植设计模块单独解决。如光辉城市MARS，其拥有不断完善的树种资源库，除了具备传统的渲染功能之外，还可以通过从树种库中选取植物在三维场景直接放置的方式进行种植设计，并实现片植、列植，以及不同树种搭配下的批量放置。每个植物模型都关联有相应的苗木信息，在完成建模后即可得到相应的苗木统计信息。未来还将实现不同苗龄、不同季节的植物模型可视化表达(图10)和模型反向输出二维图纸等。

图14 云景公园施工图

2.6 模型协同组织

风景园林作为一个多专业交融的学科行业，在信息化的道路上需要建立一套统一的标准体系。LIM技术的应用可为各专业板块提供一个共同的模型搭建平台，采用统一的标准进行多专业协同与协作。由景观方案团队负责Civil 3D地形、道路和场地建模；建筑设计团队负责Revit的建构筑物、景观桥梁建模；植物团队负责种植设计工作；水电团队负责LIM管廊建模，各团队各司其职，精准对接，最终纳入Revit进行整合，形成相对完整的LIM模型。完整LIM建模工作的拆分整合，是多专业协同的基本模式[7]，各专业内容也能在统一的模型空间中实现精准落位。云景公园LIM模型的建构不仅是一种技术的探索，更是对于新的工作组织方式的探索。

3 LIM模型信息获取

数据信息是LIM技术的核心价值。LIM信息的获取可分为“从模型导出信息”和“将模型作为信息”2种情形。前者包括图纸类信息和数据类信息等，后者指对LIM模型文件的格式进行转换，以模型作为信息成果交付到具体的应用平台，由平台进行信息二次导出应用。

图15 LIM全生命周期流程

3.1 图纸类信息

图纸类信息导出是LIM技术应用于实践项目所要实现的首要功能。LIM导出的图纸可实现与模型的可视化联动，提高出图效率和准确性，包括效果图、分析图和施工图等[8]。

LIM模型可以结合渲染软件导出效果图。视频渲染和VR演示则是更高级的效果展示，其本质都是对模型图形及材质信息的可视化。云景公园项目过程中，利用Enscape与Revit的结合，得到了云景亭的实时渲染效果(图11)。

基于模型的几何属性和模拟的环境空间信息，可以对场地坡度、坡向、汇水和光照等要素进行分析与可视化表达。提取模型属性字段中的有效信息，通过可自定义的符号系统，生成针对不同问题的数据分析图。如云景公园的高程、坡向和汇水分析图(图12)，对方案推敲起到了良好的指导作用[9]。

LIM软件具有丰富的标注功能，可以根据模型生成施工图，如Civil 3D可以生成土方施工图(图13)，并利用AutoCAD的布局进行图纸排版。Revit可以围绕同一模型，在不同视角和样式下生成可联动的多张施工图(图14)。但目前还缺少符合国内相关规范的出图样式标准。

3.2 数据类信息

除了几何属性之外，LIM模型还包含许多数据信息，这些数据以一定的规则储存在模型中，软件可以将这些数据组织成为可读取的信息，以参数化表格的形式实现项目信息的量化、反馈与修改。如Civil 3D可以生成道路土方报表；Revit可以提取族属性，导出统计表(图9)；基于带有苗木信息的树种模型库建立的模型，可以生成苗木表。

3.3 信息模型交付

通过与其他软件或信息化平台相对接，按照不同需求对信息进行提取与组织，是LIM模型信息的另一种应用方式。如Autodesk Navisworks可以基于信息模型进行多专业成果协同、三维漫游、碰撞检测，以及四维(时间)五维(成本)管理等工作。LIM模型还可以交付于政府审查、业主管理和施工运维等领域的信息平台，作为推动行业信息化的核心技术[10]。

4 全生命周期的LIM技术

LIM技术的应用路径能够完美地对应项目的全生命周期(图15)。立项审查阶段，审批部门的审查平台能从设计方提供的LIM模型中提取审查信息，按照预设指标项对项目进行审查。勘察设计阶段，LIM模型的建构可以辅助设计分析与方案构成。施工阶段随着信息化的发展逐步实现信息化建造，开发智慧施工平台，提取LIM模型中的信息，对施工场地布置、材料采购、质量监督和工期管理等各个方面实现全面把控。运维管理阶段可利用LIM模型进行安全检测、养护管理等工作，还可以将LIM对接政府信息化管理平台，实现城市管理和公众参与评价等功能。

从项目运作的角度来看，LIM的应用覆盖了从立项到交付的全流程；从技术的内在角度来讲，以LIM模型为媒介，让信息通过这一媒介传递到各方参与者，参与者通过对这一信息媒介的共建共营，以LIM为平台服务项目的各个环节，实现工具、信息和角色等要素在项目全生命周期中的闭环。

5 总结与展望

以云景公园LIM模型的建构初步探索LIM技术的实践应用，希望通过LIM建模技术构建一个完整的信息化模型，从模型中获取信息数据，进而形成从模型出发的信息传递路径，通向多样化的信息技术应用领域。

随着信息化的发展，LIM技术应用必将推动行业的变革。住房和城乡建设部关于城乡建设领域新技术的相关政策明确了政务管理平台的信息化趋势。政府将统一格式的项目成果模型纳入数据库，进行项目审查、决策和可视化表达等工作。LIM模型以更精简、更合理的数据对规划设计成果进行交付，以满足政务管理平台的各项需求。施工建设领域，除了参考LIM技术去解决部分建造问题之外，以信息模型为核心的施工建设信息平台也在迅速发展。EPC项目总承包机制的推广，让LIM技术的受益频次更加集中，更好地鼓励承包单位在项目中运用LIM技术。LIM与EPC项目总承包机制相辅相成，前者提供技术支持，后者为新技术提供鼓励机制，给LIM的发展提供了更加广阔的空间与更为良好的竞争环境。不同的应用领域也会为LIM的信息应用层次提供更明确的指导，让模型应用方式逐渐范式化、标准化。

注：文中图片均由作者绘制。

致谢：感谢中国城市规划设计研究院风景园林与景观研究分院园林工程设计所马浩然所长对本文的指导，感谢云景公园项目组成员在项目中的付出，以及对项目成果的分享。