基于BIM技术的数字景观信息模型构建研究

江 霞

（福州工商学院，福建 福州 350715）

0 引言

随着计算机技术、GIS技术、遥感技术、影像处理技术的发展，三维景观建模技术也逐步兴起。风景园林信息模型（Landscape Informatica Modelling，LIM）作为一个全生命周期、多方参与的设计平台，为符合风景园林行业特色与需求，运用数字化的技术，形成完整的数据库，解决园林工程生命周期各阶段存在的问题，LIM会在BIM技术的基础上，拓展BIM的应用对象，更加突出风景园林专业特色，可以为园林景观规划提供支持。本文仅就基于BIM技术的数字景观信息模型构建进行研究。

1 BIM技术在景观领域的运用现状

相较于欧美等国家，我国BIM（Building Informatica Modeling）技术起步较晚，主要用于建筑业，BIM技术现阶段在景观工程建造管理、风景园林规划设计方面应用较少。它的发展为风景园林信息模型（Landscape Informatica Modelling，LIM）的发展提供了基础。LIM 能够扩展研究各种多尺度的场地景观设计。

以BIM技术为指导思想，增加风景园林的信息内涵，将风景园林的场地特征，包括建筑、植物、水体，以多元化的图形呈现，突出设计整体的协同性。结合场地内的模型信息，将参数输入与输出模型构建平台，集成在核心数据库中，从而使设计师可以更加直观和全面地了解场地现状和周边环境，及时作出调整。LIM技术的功能未来还将向多专业、多维度延伸，实现全生命周期的管理和协调设计。

由于景观设计需要各方的协调，各方没有一套完整规范和标准，协同效率低，在BIM的协调平台上，景观设计师可以根据平台提供的反馈信息进行方案的报错和修正，未来将帮助景观项目的管理走向更精细化和信息化。在传统的景观设计中，由于其视觉层次的交互性较差，无法进行内部细节的设计，而施工图多以二维形态出现，多以CAD二维图纸绘制-三维模型制作-效果图制作为主，较少提供三维的立体动画。LIM技术可以全面分析土壤、水体、光照等各类信息，同时对这些海量信息进行有效地整合，确保方案的优化与完善。现阶段，BIM技术运用在工程行业，处于精细化发展中，其在景观设计领域越来越受到重视。

1.1 信息整合，为景观工程的协调提供数据支撑

在施工过程中不同施工队的进度和数据有着或多或少的差距，这样的差距会对施工的速度产生影响，数据的差异也会产生一些不可预计的问题。而BIM技术可以在前期模拟计算出这些数据信息，协调各方施工队，做到一处修改处处联动的修改，从而解决上述的信息孤岛问题。在数字化时代下，BIM技术可以将原来的二维图形转变为三维模型，不需要在图纸上面反复修改，整个过程呈三维动态，完美解决了各专业之间的交流问题。

BIM技术可以对施工场地的日照、光影、太阳辐射、声音影响、廊架、台阶、花圃、道路等进行细致全面的模拟，以模拟出的数据成果作为参考，施工过程也将更加省时省力，追求多方协调设计与识图审图，实时把控工程的进度、投资预算，可以为景观领域的不断完善带来增值效益。

1.2 场地分析，促进场域施工优化

BIM技术可以对景观所在地的环境和地形进行细致地模拟和分析。运用LIM技术可以准确地反映出风景园林各构筑物之间的体量关系，包括建筑、园林小品、日照、水源情况、植物配置，为规划、设计、施工、运维各阶段提供完整可靠真实的影像和数据。例如在景观工程造价计算中，乔灌花木和地被植物工程量，可以定义为块，并分门别类进行统计；在园林工程项目初步设计阶段，借助BIM技术，计算出挖填土量以及出土方量等；各项目场地信息通过获取、存储、交流、反馈转变为数字信息储存在信息库中。

1.3 策划论证，实现多方案对比

BIM技术提供了现实的基本信息，在策划阶段帮助各方协调统一数据信息，并通过模拟分析论证各方理论猜想。通过构建各种信息和属性，模拟建筑物紧急逃生并生成多种方案，计算出各方案所需成本，对模型所携带的信息进行选择，以便确定出最佳方案。特别是在运维环节，可以通过录入植物特性，方便日后管理人员的养护，进一步延长了园林植物的生命周期。此类数据能够为有关园林施工建造单位提供借鉴。

1.4 可视化设计，实现二维到三维的空间转变

可视化设计是推动景观信息模型建构的关键技术之一[1]。可视化指BIM的作品呈现三维立体、环境渲染、动画漫游、VR等效果。景观的可视化过程即是将模型库中的数据以三维虚拟形式表达过程。在模型设计阶段运用BIM可视化3D模型，模型导入Lumion，通过软件渲染制作出三维动画，可以更好更直观地让设计师和其他参与者观察到景观的实际情况，通过分析景观周边的视角、障碍物等判断主体建筑物是否存在被遮挡的现象。

例如，在软件操作过程中，首先在顶视图上运用矩形和直线工具绘制道路，在结构平面和竖向高度上协调办公，使“管线”达到零触碰，并通过材质赋予、场景渲染、模拟动画及虚拟漫游对景观要素进行数字化表达，即以漫游、动画的形式代替原有的二维技术，优化空间布局。同时，将BIM技术借助VR技术实现可视化交互，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟世界中，创建了多维化的信息空间，使生产工作能够顺利开展。

1.5 数字化设计，为智能化发展奠定基础

通过建立系统数据库，构建数字化的风景园林景观模型，即根据景观空间地理信息，运用图形信息，存储风景园林数据，生成数字化风景园林定量数据算法，输出风景园林景观模型[2]。在规划设计阶段，利用计算机对雨洪、水系、风向、植被、土方等生态要素方面进行计算机仿真模拟，从而为苗木运输和智慧物流提供数据支撑。

2 景观信息模型构建（LIM）策略研究

2.1 景观信息模型构建（LIM）的内涵及意义

景观信息模型（Landscape Information Modeling,LIM）与BIM在概念和内涵上相似，而LIM是实践技术和工具，是实现地理模型设计的方法之一。LIM技术最早于2009年哈佛大学ERVIN教授首次提出，这标志着数字景观技术由GIS、Sketchup、3D MAX等转变为数字景观技术综合研究，它将全生命周期信息输入、提取、存储于一个由景观信息建造的管理信息平台,为行业实践的各个环节和所有参与者提供信息输入、存储、操作、输出的平台，从而达到最高效率目标。该平台以可视化、参数化手段呈现场景内的模型信息，在风景园林的规划、设计、建造、运维等周期得出逻辑清晰的景观设计流程。LIM可以运用在项目管理、场地研究、规划设计、深化设计、工程管理、运维管理等[3]。模型构建不断拓展新的形态与传统三维模型的建构问题，例如园林植物模型的研究。

景观信息模型主要包含以下功能：（1）对地形、地被、植物、水系、建筑等要素数字化表达；（2）设计成果的展现，包括实体模型的建造、效果图的渲染、三维动画漫游等；（3）对环境过程的监测，例如对土壤、水文、植被的定量模拟过程分析。LIM的上述功能可在现有软件工具的基础上进行拓展，进一步整合评估体系，从而研发出更具有针对性、可持续性的应用平台。在数字化时代背景下，景观信息模型的构建也需多种软件平台（ArcCIS、Rhinoceros等），实现平台、信息、资源共享，最终转变为无纸化的信息管理模式。此类平台以GIS 作为指导平台，搭载CAD、BIM等核心景观平台，后期用Lumion、V-ray进行渲染，从传统的直观模型转变为利用参数化从数据管理角度协助设计的方法。例如，在风景区的规划设计用GIS录入各项数据，得出场地内高程、水系、道路、人口等的适宜性评价；再进一步引入生态环境分析，根据热、风、水及光照条件，进行可持续发展设计，营造适宜的景观环境。最后借助模型构建三维规划布局，利用已经获得的地形、坡度等条件，进行参数化设计。

LIM技术可实现数据获取、数据处理、模型建立、数据集成到模型应用的综合性技术[4]。其主要特征为参数化、数字化、模拟性。通过协同设计、模型渲染、三维碰撞检查、虚拟仿真模拟，进而高度集成园林建筑模型及相关运营管理信息，解决不同专业之间的协调问题，提高项目建设的质量和数字化水平。LIM技术系统规划数字化风景园林景观流程，保证了信息交换的准确度，打破交互性较弱、可视化程度不高的问题，需要风景园林行业与软件行业共同携手进步，提高风景园林设计的整体水平，推动风景园林行业快速发展。

2.2 BIM+技术

目前，5G、人工智能、物联网等信息技术在风景园林实践中还是很匮乏。只有少量园林建筑、地形应用研究外，暂时没有形成真正体系。BIM+技术是指在传统BIM技术的基础上，将GIS技术、倾斜摄影技术、物联网、大数据等应用于风景园林模型构建数字化综合技术当中，拓展三维模型构建的信息存储能力和形态变化能力，为GIS、Revit提供基本的实体模型,共同从计算机技术平台角度促进风景园林专业与相关领域的融合和发展。笔者提出在风景园林全生命周期应用BIM+的技术策略：即以BIM软件为基础，配合GIS技术、倾斜摄影技术、物联网、大数据等技术，实现各种软件对园林工程、风景园林设计规划的多维、协调、高效、精细化管理（见表1）。在后期管理阶段，对风景园林项目的组织、流程、成果质量进行动态的管理。

表1 风景园林数字化技术（从设计阶段-施工-管理阶段）

2.3 基于BIM技术的风景园林设计研究

2.3.1 前期分析阶段

在项目开始前，需要对信息进行采集，对项目的资料和信息进行全面的分析。图形采集主要是甲方提供的场地基础资料（CAD图、遥感影像、场地现状照片等）。通过倾斜摄影进行现场场地自动建模。针对各专业的要求，有效协调园林土建、结构、管线、绿化等专业间的矛盾，确保设计的构件能够满足施工的需要。

2.3.2 规划设计阶段

在规划设计过程中，首先运用GIS技术对场地的空间特征、历史文化内涵、动态发展过程和关键控制条件等进行分析，获取各项地理数据，包括项目内容、交通数据、绿化数据、自然环境。通过BIM技术，明确规划的重点，分析竖向地形坡度和朝向、高程、坡度、流域、园林景观、道路和建筑等，全面预见管线的交汇问题，合理安排工期和工序，避免施工组织的冲突。利用SU做深化处理，添加地形、植物、水体、建筑物、小品等景观要素，促进城市景观设计更加直观。

在植物配置环节，借助BIM 软件模拟天气，分析日照、雨水、风向的变化情况，合理配置植被的类型和分布，为后续植物的种植、更换提供帮助。最后，Lumion技术添加环境天空效果、气候，对预期的景观浏览路线进行3D环游效果演示。对于主要建筑物的视域遮挡情况进行分析，控制成本。

2.3.3 设计成果表达阶段

这一阶段主要利用AutoCAD、Photoshop进行方案平面图的绘制,利用ArcGIS进行设计成果的专项分析。对施工图进行细部推敲，进行构建、树木、管线碰撞检查。提供建立三维模型，借助计算机虚拟现实、可视化、数字化手段实时观看三维表现效果。

3 结束语

基于BIM+的软件和技术，构建的风景园林信息模型具有综合多源数据、多专业协同、知识共享和全生命周期管理的功能，为行业管理者和设计者提供更多决策依据。总之，景观信息模型的构建对于园林景观工程项目以及园林设计水平的提升，指导景观工程施工与管理实现社会效益、经济效益、环境效益的有机结合，同时对相关建筑行业有一定的促进作用。

目前风景园林BIM（或LIM）的国际基础研究和应用仍处于相对空白阶段，但是在风景园林实践环节运用BIM技术在逐渐扩大。今后的园林景观行业信息模型以多元化、多角度分析问题为主，可在一定程度上使方案更加科学、准确、高效。将多种信息搭建在同一工作平台上面进行信息的交换和管理，能够有效实现跨越式地发展，BIM的信息实时反馈的优势更加凸显，它的普及为我国园林工程建设提供有力的支撑。数字景观技术利用数字化技术，为风景园林设计师提供更直观、理性的场景分析工具，是一套科学合理的以BIM为基础的信息模型。