BIM技術(shù)在園林工程中的運(yùn)用
——以上海迪士尼1.5期為例

董則奉

BIM(Building Information Modeling)是“建筑信息建?！钡暮喎Q。BIM既是模型結(jié)果，也是建模過程，其服務(wù)于建設(shè)項(xiàng)目從設(shè)計、施工、運(yùn)營維護(hù)到改建的整個生命周期。更重要的是，BIM是一種革命性的全新工作模式，它改變的不僅僅是技術(shù)層面，更是工程人員的思維方式和工作方式[1]。就目前來說，BIM技術(shù)在國內(nèi)建筑工程中的運(yùn)用越來越普遍，而在園林工程中的運(yùn)用非常罕見。目前的相關(guān)研究主要包括3類：1)對BIM技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)用的現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，孫鵬等研究了大量國內(nèi)外實(shí)際案例，在借鑒建筑行業(yè)對BIM引進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，認(rèn)為在風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計中，BIM同樣可以起到舉足輕重的作用[2]；2)對BIM技術(shù)在園林前期規(guī)劃中的實(shí)際運(yùn)用進(jìn)行探索，劉雯等將BIM應(yīng)用于長江三峽風(fēng)景名勝區(qū)規(guī)劃中，從科學(xué)技術(shù)角度支撐風(fēng)景名勝區(qū)規(guī)劃，提高了風(fēng)景名勝區(qū)規(guī)劃編制與規(guī)劃管理的科學(xué)水平[3]；3)對BIM技術(shù)在園林后期施工過程中的實(shí)際運(yùn)用進(jìn)行研究，劉東云等以奧體文化商務(wù)園中心綠地為例，驗(yàn)證了BIM作為景觀整體建構(gòu)和高精度控制的現(xiàn)實(shí)意義[4]。這些研究往往集中于BIM技術(shù)在園林工程某一階段的運(yùn)用，并未體現(xiàn)BIM技術(shù)在園林工程全生命周期中的完整運(yùn)用流程及優(yōu)勢。

自2016年10月起，上海迪士尼啟動了1.5期即玩具總動員主題景區(qū)的建設(shè)。除去后勤服務(wù)區(qū)，本期園林工程的建設(shè)區(qū)域面積約為1.3萬m2。通過對所有園林工程建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行建模，將詳細(xì)的數(shù)據(jù)信息深入園林工程的整個設(shè)計、施工及維護(hù)階段，形成了BIM技術(shù)全生命周期的運(yùn)用，對于園林工程來說是一次有益的嘗試。

1 BIM運(yùn)用流程

在BIM應(yīng)用過程中往往缺少協(xié)同設(shè)計，尤其在國內(nèi)項(xiàng)目運(yùn)作中，項(xiàng)目不同階段、不同專業(yè)及參與方信息缺少統(tǒng)籌管理[5]，而上海迪士尼1.5期作為1期結(jié)束后的“園中園”工程，不但有大量新建項(xiàng)目，還需要與樂園1期現(xiàn)有的管線、景觀進(jìn)行無縫銜接，這就需要園林單位與建筑、機(jī)電等其他專業(yè)分包緊密合作。為了解決BIM軟件的并行兼容和多專業(yè)信息協(xié)調(diào)與整合問題，在總包的統(tǒng)一協(xié)調(diào)運(yùn)作下，上海迪士尼1.5期園林工程的整個BIM技術(shù)運(yùn)用流程大致分為以下5個步驟。

1.1 模型建立

設(shè)計院根據(jù)施工圖紙以Revit2014為核心軟件(復(fù)雜曲面由Rhino建模)建立第一版BIM模型。模型是BIM技術(shù)的核心，項(xiàng)目最終的完成度取決于模型的細(xì)致程度(Level of Details或Level of Development，簡稱LOD)[6]。LOD可分為L100(概念化深度)、L200(近似構(gòu)件深度)、L300(精確構(gòu)件深度)、L400(加工深度)和L500(竣工深度)5個等級，設(shè)計院提供給迪士尼業(yè)主的第一版模型精度基本可以達(dá)到等級L350(精確構(gòu)件深度與加工深度之間)(圖1)。

圖1 BIM模型精度示意

圖2 BIM技術(shù)運(yùn)用流程

1.2 圖紙模型一致性檢查

簽訂合同時，迪士尼業(yè)主會將第一版BIM模型提供給總包單位。從總包獲取模型后，各分包會將模型進(jìn)行拆分，進(jìn)行各自專業(yè)圖紙與模型之間的一致性檢查，發(fā)現(xiàn)疑問的地方會統(tǒng)一向業(yè)主提出模型澄清申請(類似技術(shù)交底過程)，設(shè)計院會對模型進(jìn)行修訂形成更準(zhǔn)確的、可用于施工的第二版BIM模型。

1.3 模型維護(hù)和修訂

在實(shí)際運(yùn)用過程中，等級L350精度的BIM模型仍然無法滿足施工要求。所以各分包會根據(jù)設(shè)計變更、現(xiàn)場技術(shù)核定變更及實(shí)際加工產(chǎn)品的精確尺寸對各自專業(yè)的BIM模型進(jìn)行修訂。為了避免出現(xiàn)BIM軟件不兼容的問題，所有分包均采用了Revit2014進(jìn)行模型修訂，一次修訂時間會控制在7～14個工作日。修訂完成后，各分包會將模型統(tǒng)一提交至總包的公共服務(wù)器中。

1.4 模型拆分和整合

總包每周一會在公共服務(wù)器中將各分包提交的模型整合為一個總體模型，并對總體模型進(jìn)行審核。周二組織會議對暴露出的問題進(jìn)行研究，并要求各分包盡快對模型再次進(jìn)行修訂。每周五，總包會將修訂后的模型再次整合并提交給業(yè)主，同時，各分包隨時可以從服務(wù)器中下載總體模型，以此對施工班組進(jìn)行技術(shù)交底。

1.5 模型移交

按上述規(guī)律每周對模型進(jìn)行修訂(圖2)，當(dāng)整個項(xiàng)目竣工時會產(chǎn)生一個等級達(dá)到L500竣工深度的BIM竣工模型?？偘鼤⒖⒐つＰ鸵平唤o迪士尼業(yè)主的運(yùn)營維護(hù)團(tuán)隊(duì)。

2 BIM建模策略

BIM技術(shù)是利用多種軟件實(shí)現(xiàn)的，每一種軟件還有不同的版本。上海迪士尼1.5期的園林景觀非常復(fù)雜，涵蓋了山石地形、鋪裝道路、亭臺樓閣、雕塑景墻等多種園林要素(圖3)。所以如何選擇建模軟件、采取何種建模策略讓設(shè)計更加接近施工的實(shí)際需要是一項(xiàng)非常重要的工作。針對不同園林要素和建模軟件的特點(diǎn)，上海迪士尼1.5期采用了以Revit2014為建模核心，同時靈活運(yùn)用RhinoR5、3Dmax和Tekla加以輔助的建模策略。Revit主要用于建立近似標(biāo)準(zhǔn)體塊的園林要素以及作為所有模型的系統(tǒng)平臺；Rhino用于復(fù)雜曲線和曲面模型的建立。值得注意的是，由Rhino、3Dmax等軟件建立的復(fù)雜曲面模型導(dǎo)入Revit后，均會成為無法修訂的僵死“表皮”，其起伏形態(tài)是無法在Revit中進(jìn)行調(diào)整的。

2.1 山石地形

上海迪士尼1.5期的假山石是由鋼筋網(wǎng)片和雕刻水泥砌筑成的近似空心球體。迪士尼業(yè)主的創(chuàng)意團(tuán)體先按照1:20的比例手工雕刻微縮模型，然后利用3D掃描設(shè)備將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字模型后直接導(dǎo)入Rhino中進(jìn)行調(diào)整并提交給設(shè)計院。種植區(qū)域的地形則是在Rhino中根據(jù)等高線圖紙直接建立的，山石地形的Rhino模型都只是沒有厚度的復(fù)雜曲面“表皮”。

2.2 鋪裝道路

上海迪士尼1.5期的彩色混凝土鋪裝分為2種，一種是隨地形上下起伏的室外鋪裝，一種是建筑底板上平整的室內(nèi)鋪裝。室外鋪裝的模型是先在Rhino中根據(jù)等高線建立一個平緩起伏的曲面模型，再將該曲面模型導(dǎo)入Revit總體模型，向下擠壓出厚度；室內(nèi)的鋪裝高差較小，可以視作一個標(biāo)準(zhǔn)的體塊，直接采用Revit進(jìn)行建模。2種鋪裝的樣式和色彩等信息都在Revit中附著。

2.3 水體景觀

上海迪士尼1.5期并沒有真實(shí)的景觀水體，所以也未進(jìn)行景觀水體的建模，但是可以根據(jù)景區(qū)的旱溪模型進(jìn)行推測。景觀水體主要分為自然水景和硬質(zhì)水景。自然水景主要有溪流、湖泊、跌水等類型，這些水景模型和山石非常類似，可以在Rhino軟件中根據(jù)下陷的等高線建立。而硬質(zhì)水景主要由池底和池壁構(gòu)成，這些標(biāo)準(zhǔn)體塊可運(yùn)用Revit進(jìn)行建模。

2.4 林木花草

園林中的林木花草主要分為喬木、灌木、地被和攀緣植物等幾大類型，但上海迪士尼1.5期僅僅通過“十字樹”法對高大的喬木和竹類進(jìn)行了建模。“十字樹”法是一種介于二維圖像和三維模型之間的表現(xiàn)方式[7]。首先在Revit中建立植物的立面輪廓，然后將該立面進(jìn)行復(fù)制并圍繞中心點(diǎn)位旋轉(zhuǎn)90°，這樣就得到十字形植物模型，在模型的根部根據(jù)土球大小建立圓柱體，最后在總體模型中附著植物的品種信息。

2.5 亭臺樓閣

上海迪士尼1.5期的歡迎亭和游客排隊(duì)長廊主要由鋼結(jié)構(gòu)和CACM外殼(A級玻璃纖維增強(qiáng)混凝土)構(gòu)成。在初始模型中鋼結(jié)構(gòu)是由Revit進(jìn)行建模的。在對這些鋼結(jié)構(gòu)的剛接、鏈接方式進(jìn)行深化設(shè)計時，采用Tekla進(jìn)行重新建模。深化設(shè)計完成后會將Tekla模型轉(zhuǎn)化為ifc格式導(dǎo)入Revit總體模型中，并賦予這些鋼構(gòu)件相應(yīng)的產(chǎn)品材料信息。亭臺樓閣的外觀主題效果都是由CACM外殼來承擔(dān)的，運(yùn)用Revit對CACM外殼進(jìn)行建模時還附著了一系列的主題與色彩信息。

2.6 雕塑景墻

上海迪士尼1.5期包含了大量主題突出的雕塑和景墻。主題雕塑地面以上是玻璃鋼主體，地面以下是鋼筋混凝土基礎(chǔ)。雕塑主體是由迪士尼業(yè)主創(chuàng)意團(tuán)隊(duì)運(yùn)用3DMax進(jìn)行建模的。雕塑基礎(chǔ)及其下方的墊層均是由Revit進(jìn)行建模，模型中包含了準(zhǔn)確的配筋、材料信息。景墻內(nèi)部為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，表面由木紋主題抹灰進(jìn)行裝飾。墻體結(jié)構(gòu)及墊層均由Revit建立，但是曲折的仿木紋主題抹灰僅為示意，并未按照真實(shí)的木紋理進(jìn)行建模。

2.7 設(shè)施小品

上海迪士尼1.5期的設(shè)施小品包含室內(nèi)外的扶手、柵欄、燈具和風(fēng)扇。這些設(shè)施小品的造型各異，但都是由標(biāo)準(zhǔn)體塊組合而成，均由Revit進(jìn)行建模。由于這些設(shè)施小品無法在國內(nèi)找到現(xiàn)成產(chǎn)品，均需開模加工，所以對模型的精度提出了非常高的要求。扶手和柵欄的鉸鏈、燈具和風(fēng)扇的地腳螺栓、檢查手孔等細(xì)節(jié)均按照實(shí)際的產(chǎn)品尺寸進(jìn)行建模，并在模型中賦予了詳細(xì)信息。

3 BIM建模精度需求

在項(xiàng)目的實(shí)際實(shí)施過程中，發(fā)現(xiàn)不同園林要素的模型精度是可以根據(jù)實(shí)際的施工需求進(jìn)行區(qū)別調(diào)控的(表1)。

山石地形、室外鋪裝道路、自然水體、林木花草和雕塑這幾種園林要素的模型都是由復(fù)雜曲面構(gòu)成的。除雕塑以外，這些園林要素均會根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行一定程度的調(diào)整和變更，所以其BIM模型對于實(shí)際施工的指導(dǎo)意義并不大。在建模時應(yīng)選擇效率優(yōu)先的策略，采用建模效率更高的Sketchup軟件來進(jìn)行復(fù)雜曲面的建模，使模型最終精度保持在L100概念深度和L200近似構(gòu)建深度之間即可。

室內(nèi)鋪裝、硬質(zhì)水體、亭臺樓閣、景觀墻體和設(shè)施小品這幾種園林要素的模型都是由標(biāo)準(zhǔn)體塊組合構(gòu)成的。在實(shí)際施工過程中，除非出現(xiàn)設(shè)計變更和現(xiàn)場技術(shù)核定變更，否則這些園林要素不會進(jìn)行調(diào)整，所以其BIM模型可對實(shí)際施工起到準(zhǔn)確有效的指導(dǎo)作用。在建模時應(yīng)采用精度優(yōu)先的策略，選擇更加精細(xì)的軟件來進(jìn)行更專業(yè)化的模型修訂工作，比如運(yùn)用Tekla軟件對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行深化建模，使模型精度達(dá)到等級L400加工深度。

4 BIM運(yùn)用優(yōu)勢

按照美國國家建造信息模型標(biāo)準(zhǔn)(NBIMS)項(xiàng)目委員會的定義，BIM是設(shè)施物理和功能特性的數(shù)字表達(dá)[8]。在園林工程的實(shí)施過程中，BIM這種數(shù)字表達(dá)的直觀化特性和數(shù)據(jù)化特性給工程實(shí)施帶來了諸多優(yōu)勢，能夠最大限度地讓施工單位按照設(shè)計的實(shí)際意圖進(jìn)行施工。直觀化特性主要體現(xiàn)于BIM在技術(shù)層面上的優(yōu)勢，而數(shù)據(jù)化特性則主要體現(xiàn)于BIM在管理層面上的優(yōu)勢。

4.1 直觀化特性帶來的優(yōu)勢

BIM模型真正做到了“所見即所需”的直觀顯示，設(shè)計需要的效果能夠在模型中直接體現(xiàn)?！爸庇^性”意味著只要有BIM，利用計算機(jī)即可將其直觀地顯示出來，不需要再經(jīng)過人工處理[9]。BIM的直觀化特性將傳統(tǒng)二維圖紙表達(dá)模糊或相互沖突的問題全部暴露出來，在施工過程中帶來了構(gòu)造性優(yōu)勢、綜合性優(yōu)勢和避讓性優(yōu)勢。

4.1.1 構(gòu)造性優(yōu)勢

在BIM模型的任意一個位置均可放置剖切面，相當(dāng)于多了無數(shù)張二維節(jié)點(diǎn)的放大剖面圖。這種構(gòu)造性優(yōu)勢能夠直接有效地對異形加工件的生產(chǎn)制作進(jìn)行指導(dǎo)。迪士尼1.5期以玩具總動員為主題，大量庭院燈模擬了雪花片拼接玩具。以該庭院燈為例：燈柱是由燈桿、懸臂、吊臂等10余種零部件拼接而成的，為了在燈柱上安裝GFRP雪花片裝飾罩，燈柱還被設(shè)計成粗細(xì)不同的3段。這樣一來，零件的焊接方式、電纜的走線孔及安裝手孔就變得非常復(fù)雜。通過BIM模型，加工廠家可以單獨(dú)對某一種零件進(jìn)行觀察測量，非常有利于產(chǎn)品的生產(chǎn)加工和裝配。

4.1.2 綜合性優(yōu)勢

對于園林工程的內(nèi)部體系來說，BIM模型能夠?qū)@林工程所有的施工內(nèi)容都在一個模型中表達(dá)出來，相當(dāng)于同時表現(xiàn)了二維圖紙中的節(jié)點(diǎn)詳圖和平面位置圖。這種綜合性優(yōu)勢可以對施工安裝進(jìn)行有效的指導(dǎo)。以迪士尼1.5期灌溉系統(tǒng)為例：通過BIM模型，不僅能查看灌溉主管在何位置、以何種方式穿越道路，同時還能直接獲取主管過路保護(hù)結(jié)構(gòu)的尺寸；不僅能直接查詢灌溉支管所有電磁閥門和噴頭的安裝位置，還能立刻查詢到這些五金件的型號。

4.1.3 避讓性優(yōu)勢

對于園林工程的外部環(huán)境來說，BIM模型能把建筑、安裝等各個分包的施工內(nèi)容都體現(xiàn)在一個模型中，相當(dāng)于將不同專業(yè)的圖紙進(jìn)行了疊加，完全消滅了不同專業(yè)的“信息孤島”。不僅可以對某個施工對象的固定位置進(jìn)行避讓檢測，也可以對施工界面進(jìn)行避讓檢測，可以非常有效地減少返工。以迪士尼1.5期雕塑下方的獨(dú)立鋼筋混凝土基礎(chǔ)為例：在基礎(chǔ)基坑開挖前，通過BIM模型可以知道這些基礎(chǔ)的基坑區(qū)域是否靠近建筑的地下室、下方是否有市政管線穿過，從而進(jìn)行固定位置的避讓檢測。由于迪士尼1.5期建設(shè)布局緊湊，多株香樟都需要通過吊車進(jìn)行吊裝種植，因此以喬木的種植為例：將BIM模型與現(xiàn)場施工進(jìn)度相結(jié)合，可根據(jù)實(shí)際需要選擇吊車的吊臂長度、進(jìn)出路線及施工順序，從而進(jìn)行施工界面的提前檢測。

表1 上海迪士尼1.5期園林BIM模型建模精度需求

4.2 數(shù)據(jù)化特性帶來的優(yōu)勢

通過BIM模型可以迅速得出所有建設(shè)對象的數(shù)據(jù)信息，這是BIM模型和二維圖紙差異最大的部分，也是BIM模型超越二維圖紙的優(yōu)勢所在。隨著模型的不斷深化，越來越多的數(shù)據(jù)信息被賦予到模型中，除了常規(guī)的模型尺寸等信息，還能包含混凝土結(jié)構(gòu)的配筋信息、加工件的材料信息甚至是工程中的技術(shù)核定單信息，數(shù)據(jù)化特性在實(shí)際的工程實(shí)施中帶來了快速查詢優(yōu)勢和工程量統(tǒng)計優(yōu)勢。

4.2.1 快速查詢優(yōu)勢

BIM模型中每一個施工對象都包含了名稱信息。通過這些信息可以快速、全面地查找到任意一種施工對象，相當(dāng)于BIM模型將二維圖紙中的索引圖進(jìn)行了整合。這種快速查詢優(yōu)勢可以有效避免對施工對象的遺漏。在迪士尼1.5期很小的場地中，出現(xiàn)了30余種扶手和柵欄樣式，以這些扶手為例：第一種查詢方式是已知某一種扶手在模型中的位置，在模型中選中后，在性質(zhì)特性欄就能顯示其名稱和材質(zhì)信息，通過相同對象進(jìn)行篩選；第二種是不知道扶手在模型中的位置，直接在性質(zhì)特性欄中根據(jù)扶手的特性名稱將所需的扶手全部選中。

4.2.2 工程量核算優(yōu)勢

模型內(nèi)的每個構(gòu)件，皆可含有“構(gòu)件類型及規(guī)格、材料價格”等諸多信息[10]。施工商務(wù)部門可以通過這些數(shù)量信息更加準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計。除了綠化種植苗木圖紙，傳統(tǒng)的二維圖紙中大多不能體現(xiàn)施工對象的數(shù)量信息，對于一些異形物體更是無能為力。BIM模型的工程量核算優(yōu)勢可以使施工報價及備料工作更加精準(zhǔn)。以迪士尼1.5期的假山石為例：傳統(tǒng)的假山石二維圖紙只能表達(dá)假山石底部的周長和投影面積，卻不能表現(xiàn)假山石的實(shí)際表面積，但是通過BIM模型可以對假山石的表面積進(jìn)行測算，得到施工材料的實(shí)際用量。

5 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，現(xiàn)已涌現(xiàn)出大量新興的數(shù)據(jù)化技術(shù)，BIM技術(shù)就是諸多數(shù)據(jù)化技術(shù)中的佼佼者。運(yùn)用該技術(shù)能夠以模型為載體，將詳細(xì)精確的數(shù)據(jù)信息深入到園林工程的設(shè)計階段和施工階段，既能讓設(shè)計更加接近施工的實(shí)際需要，又能讓施工更加接近設(shè)計的實(shí)際意圖，這將改變以往很多園林工程中設(shè)計階段只重視創(chuàng)意表現(xiàn)、施工階段只滿足大致效果的不良現(xiàn)狀，這也正是BIM技術(shù)能為園林工程帶來的積極意義。

目前，能熟練運(yùn)用BIM的技術(shù)人員主要集中在建筑行業(yè)，人員的稀缺導(dǎo)致BIM技術(shù)在園林工程中的推廣比較緩慢，再加上BIM技術(shù)暫時未能對園林植物進(jìn)行合理有效建模，導(dǎo)致BIM技術(shù)對植物種植的施工指導(dǎo)意義比較薄弱，所以現(xiàn)階段只有在類似上海迪士尼1.5期這樣以硬質(zhì)景觀為主、裝飾造型繁多、加工件構(gòu)造精細(xì)、施工環(huán)境復(fù)雜的園林工程中，才能真正體現(xiàn)出BIM技術(shù)的重要性。但是，隨著BIM技術(shù)的不斷普及，越來越多的BIM技術(shù)人員將會進(jìn)入園林行業(yè)，越來越多的BIM技術(shù)將會針對園林工程進(jìn)行開發(fā)迭代，園林工程也必將隨著數(shù)據(jù)化技術(shù)的發(fā)展浪潮共同進(jìn)入一個新的時代!

注：文中圖片均由作者拍攝或繪制。