BIM技術(shù)在雄安新區(qū)金湖公園項目的應(yīng)用

劉潤之 劉明英 王建偉 侯 笑 馬 甜 石 祥

(1.北京城建集團有限責任公司，北京 100088； 2.北京工業(yè)大學 城市建設(shè)學部，北京 100124； 3.北京交通大學 經(jīng)濟管理學院，北京 100044)

引言

金湖公園是容東片區(qū)內(nèi)所有集中綠色開放空間的統(tǒng)稱，是“千年大計”雄安新區(qū)建設(shè)的一部分。它整合了生態(tài)、游憩、文化、科普、景觀、應(yīng)急避難等綜合功能，是集生態(tài)、復(fù)合、多元化于一體的公共活動空間系統(tǒng)。然而，其園林工程的特殊性以及超常規(guī)高標準的建設(shè)需求，給金湖公園的工程建設(shè)帶來了諸多挑戰(zhàn)。

1 BIM在園林工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀

一直以來，專家學者以及業(yè)主、設(shè)計單位、施工單位等工程實踐者不斷探索園林工程的信息化之路。2012年，蔡凌豪論述了園林景觀工程的數(shù)字化道路，并且指出BIM應(yīng)用技術(shù)是數(shù)字化的重要組成步驟[1]。孫鵬、李雄也認為BIM技術(shù)在園林景觀工程中的應(yīng)用是不可或缺的[2]。同時，國外的一些國家也致力于BIM技術(shù)在園林工程的應(yīng)用。2016年，英國景觀學會(Landscape Institute，LI)出版《BIM for Landscape》一書，首次詳細介紹了在BIM二級標準下，園林BIM應(yīng)用工作流程、信息管理及技術(shù)運用等方面的內(nèi)容，為園林從業(yè)人員了解并運用BIM協(xié)同工作提供了大量參考。2016年11月，挪威發(fā)布的《挪威景觀地理空間對象標準》，要求所有BIM園林項目使用IFC格式交付，并通過系統(tǒng)評估其項目實施階段，以及各階段相關(guān)BIM模型的交付質(zhì)量[3]。

此外，近年來，BIM技術(shù)在園林工程項目中已得到廣泛應(yīng)用。例如，廣州白云機場噪音治理項目安置區(qū)工程項目將BIM技術(shù)應(yīng)用于風景園林部分的工程設(shè)計與施工中，將設(shè)計方案進行了最終的優(yōu)化，減少了各專業(yè)施工圖紙的出錯幾率，達到了控制成本的目的，實現(xiàn)了項目全周期的全新管理模式[4]。在蘇州國方園區(qū)項目中，以Revit軟件為核心的BIM技術(shù)在園林工程規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)施工和后期運營維護的各個階段均有應(yīng)用，其中項目工作人員搭建了協(xié)同平臺以協(xié)調(diào)各專業(yè)的設(shè)計，提高了出圖效率，并使模型、圖紙、屬性數(shù)據(jù)三者之間能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)聯(lián)性修改[5]。BIM技術(shù)在園林工程的應(yīng)用對于推動風景園林工程數(shù)字化建設(shè)具有一定的理論價值與現(xiàn)實意義。

2 項目概況

2.1 總體概況

金湖公園是雄安新區(qū)目前在建體量最大的民生工程，總占地面積約248公頃(不含市政道路面積)，東西長約3.2km，南北長約2.9km，公園綠地寬約100-500m不等。其中仿古建筑35處，橋梁9座，水系面積243 054m2，喬木約2.3萬株，灌木約4.6萬株。

金湖公園(中央湖區(qū))項目主要分為三個區(qū)，由西向東分別為澄碧安和區(qū)、金湖映暉區(qū)、長河圖畫區(qū)，如圖1所示。澄碧安和區(qū)是為金湖公園周邊居住人群提供日常休閑活動的場所。金湖映暉區(qū)設(shè)計內(nèi)容有濱水走廊、親水花臺、古樹憶夢等，是金湖公園的景觀核心，較為集中的水域空間集運動健身、森林休閑、劇場展演、登高觀景等多種功能于一體，是濱湖活力空間的聚集地。長河圖畫區(qū)北鄰創(chuàng)意孵化中心，南部面水，形成較為獨立的園中園片區(qū)。南北向市政道路將三個區(qū)分隔，形成園中園內(nèi)多個不同主題但相互關(guān)聯(lián)的整體。

圖1 金湖公園(中央湖區(qū))整體布局圖

2.2 工程重難點

金湖公園是雄安新區(qū)最大的人工湖公園，土方挖填量大，挖方110萬m3，填方90萬m3，并且填方后地形的恢復(fù)也具有一定的困難。在建設(shè)過程中，景觀橋和主干道的市政橋同時建設(shè)，頻繁的交叉施工加大了項目協(xié)調(diào)的難度，對項目進度安排提出了更高的要求。仿古建筑種類多樣，建筑工藝要求高，并且要與自然景觀有效結(jié)合，對整體性要求高，因而增加了施工的難度。

3 BIM應(yīng)用策劃

3.1 BIM應(yīng)用重難點

(1)園林BIM模型創(chuàng)建難

金湖公園項目構(gòu)筑物及建筑物種類多、風格多、數(shù)量多，主要包括仿古建筑、觀光橋梁、設(shè)施小品和植被綠化等。項目工作人員對現(xiàn)代建筑的BIM應(yīng)用已有一定經(jīng)驗，但需要與本項目大量園林要素的BIM模型創(chuàng)建以及BIM應(yīng)用進行一定的融合。由于園林施工需要，本項目對模型的細節(jié)要求很高，所以在本項目的實施過程，探索應(yīng)用符合本項目園林景觀需求的BIM技術(shù)是一大難點。

此外，植被綠化建模應(yīng)用部分也具有很大的難度，本項目的植物種類繁多、數(shù)量巨大，含喬木約2.3萬株，灌木約4.6萬株，且要種植在面積廣闊的金湖公園的各個區(qū)域內(nèi)，這給項目BIM工作人員帶來了一定的挑戰(zhàn)。

(2)碰撞檢查注意事項多

園林景觀項目的碰撞檢查與其它建設(shè)項目具有一定的區(qū)別，需要注意的事項相對更多。在金湖公園項目的建設(shè)過程中，不僅要考慮建筑物專業(yè)內(nèi)及不同專業(yè)的碰撞，更要重點做好各景觀與管線、建筑物等的碰撞檢查，尤其是植被的根部與鋪設(shè)管道的碰撞檢查。金湖公園體量大，植被眾多，對地下的管道鋪設(shè)具有嚴重影響，因此碰撞檢查復(fù)雜并且工作量巨大。基于BIM技術(shù)進行碰撞檢查，可以極大提升碰撞檢查效率，提前發(fā)現(xiàn)問題，很大程度上減少施工圖中的錯誤，極大減少已建工程出現(xiàn)返工的情況，節(jié)約施工成本。

(3)可視化要求高

金湖公園項目作為園林類項目，對建成后的園林整體展現(xiàn)效果具有較高的要求，項目建成后展示元素包括植被景觀、園林夜景、燈光效果、噴泉等。

植被作為本項目的重要組成部分，也是園林展示效果的核心元素之一，需要著重進行布置?；贐IM實現(xiàn)植被的虛擬種植、實現(xiàn)植被的四季變化可視化、未來成長可視化，晝夜可視化，對園林的植被設(shè)計、整體效果展示有重要意義。植物景觀三維可視化的首要條件是進行數(shù)字信息模擬，本項目植物形態(tài)及種類樣式繁雜，植被布置數(shù)量眾多，這給金湖公園景觀的高要求可視化帶來一定的難度。

3.2 BIM實施標準

BIM標準是在建筑行業(yè)實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成利用和互操作的重要工具，BIM標準的核心目標是使信息自由有效地在項目全生命周期不同階段和不同參與者之間傳遞使用，BIM標準的制定和合理有效應(yīng)用能夠不斷提升行業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量，為建筑產(chǎn)業(yè)帶來巨大變革。金湖公園項目BIM應(yīng)用整體按照《雄安新區(qū)市政工程BIM模型成果技術(shù)導(dǎo)則》《雄安新區(qū)市政工程數(shù)據(jù)對象編碼技術(shù)導(dǎo)則》《中國雄安集團BIM標準體系園林分冊》(四分冊)實施。

其中，《雄安新區(qū)市政工程BIM模型成果技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定了雄安新區(qū)市政工程BIM模型建設(shè)的技術(shù)要求，包括模型的分類原則、模型特征信息和編碼、設(shè)計信息模型建模范圍和深度等級要求、設(shè)計信息模型圖元屬性定義、設(shè)計信息模型工程屬性定義、施工信息模型創(chuàng)建、施工信息模型共享等方面的內(nèi)容。本導(dǎo)則主要應(yīng)用于金湖公園項目中的BIM 模型建設(shè)，包括地面道路、橋梁工程，及市政暖通、給排水、強弱電等工程。

《雄安新區(qū)市政工程數(shù)據(jù)對象編碼技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定了雄安新區(qū)市政工程BIM數(shù)據(jù)對象編碼的技術(shù)要求，包括市政工程項目勘測、土建設(shè)備等BIM對象的編碼和為BIM建設(shè)管理系統(tǒng)及后續(xù)運維管理所需的WBS對象、電子文件夾、文檔、組織機構(gòu)、人員等對象的編碼規(guī)則和實施程序。本導(dǎo)則主要應(yīng)用于金湖公園項目BIM相關(guān)的管理數(shù)據(jù)對象。

《中國雄安集團BIM標準體系園林分冊》(四分冊)以數(shù)字雄安建設(shè)和集團管理需求為導(dǎo)向，以雄安集團建設(shè)管理工作為范圍，規(guī)范和引導(dǎo)設(shè)計、施工、運維全過程建筑信息模型應(yīng)用，提升工程項目信息化水平，提高信息應(yīng)用效率和效益。本標準主要應(yīng)用于金湖公園項目的園林工程，包括綠化工程、園路與廣場鋪裝工程、園林建筑、構(gòu)筑物工程、給排水工程、電氣工程等工程專業(yè)。

4 BIM模型創(chuàng)建及應(yīng)用方法

金湖公園需要建模的要素非常復(fù)雜，涵蓋了地形地貌、公園水系、亭臺樓閣、設(shè)施小品、花草樹木等多種園林要素，以及支撐和連接園林的市政管線、道路橋梁等。

4.1 BIM建模

(1)地形地貌

金湖公園是全人工開挖的人造公園，總占地面積大，約248公頃，地形地貌復(fù)雜，含人工湖、假山和各式各樣標高不一的仿古建筑及橋梁，其人工整理的地形土方工程量難以根據(jù)圖紙計算得出，故應(yīng)用BIM技術(shù)，根據(jù)等高線圖紙在Revit中直接建立有厚度等屬性的地形BIM模型(如圖2)。依據(jù)模型原地形標高和設(shè)計地形標高兩者間的差額，即可得到土方量的情況，便于后期土方挖填等。

圖2 金湖公園地形Revit模型

(2)仿古建筑

金湖公園擬建仿古建筑眾多，包含閣樓、水榭、廊架、景觀橋等。本項目應(yīng)用Revit軟件對各仿古建筑進行了細致建模，并將其與周邊場地環(huán)境放在一起進行景觀效果查看，以保證與自然環(huán)境色調(diào)的有機協(xié)調(diào)。

其中定安閣為清代仿古建筑，為保留其古樸韻味且與周邊景觀協(xié)調(diào)，模型顏色采用了仿古褐色，且這些色彩信息均附著在Revit模型中(圖3為定安閣Revit模型)。同時，應(yīng)用BIM技術(shù)還能為各景觀橋與周邊場地進行標高銜接提供很好的操作環(huán)境，為橋臺兩邊景觀錐坡的銜接，道路縱坡的銜接等提供技術(shù)支持[7]。不僅如此，公園中迎曦橋的建設(shè)還利用BIM技術(shù)對高程、坐標等重要參數(shù)進行了定位的核對，并通過參數(shù)化設(shè)置準確地表達了拱軸線與九孔設(shè)計，迎曦橋Revit模型如圖4所示。

圖3 定安閣Revit模型

圖4 迎曦橋Revit模型

(3)設(shè)施小品

金湖公園的設(shè)施小品包含室內(nèi)外的欄桿扶手、燈具、指示牌和垃圾桶等。這些設(shè)施小品的造型各異，但都是由標準體塊組合而成，均由Revit進行建模[8]，運用其參數(shù)化引擎控制空間幾何參數(shù)與類型參數(shù)。完成各類設(shè)施小品族模型的創(chuàng)建后，通過Dynamo插件實現(xiàn)批量放置。首先，在CAD中完成定位坐標數(shù)據(jù)的提取，然后進行數(shù)據(jù)處理，完成此類準備工作后，通過Dynamo插件讀取處理后的數(shù)據(jù)文件以及項目基點，然后進行相應(yīng)的坐標運算，最后點擊運行，實現(xiàn)設(shè)施小品族的批量放置。圖5為Dynamo插件實現(xiàn)垃圾桶族批量放置的方法。金湖公園的設(shè)施小品均按照實際的產(chǎn)品尺寸進行建模，并在模型中賦予了詳細屬性信息，便于后期生產(chǎn)加工。圖6為部分設(shè)施小品Revit模型。

圖5 垃圾桶族批量放置方法

圖6 設(shè)施小品Revit模型

(4)花草樹木

金湖公園花草樹木眾多，植物族的創(chuàng)建與編碼的賦予是本項目的重點與難點。

植物族模型包含的幾何信息有高度、蓬徑、胸徑、分支點、土球大小等，非幾何信息含植物拉丁名、代碼、植物類別、成本、地域、施工種植要求、應(yīng)用區(qū)域、設(shè)計建議、版本等[9]。在進行植物族模型創(chuàng)建時，首先，BIM項目團隊通過CAD內(nèi)置的“提取數(shù)據(jù)”功能，對140種樹木類型分別提取絕對坐標值，并依次對其進行數(shù)據(jù)處理，如圖7所示。然后調(diào)取了公司內(nèi)部植物族庫，與本次項目樹木類型進行比對，將缺少的植物族重新制作，根據(jù)本項目所需的樹木類型整理完備。最后，結(jié)合Dynamo Palyer運行程序腳本對各植物進行了批量生成，用戶界面窗口如圖8所示，其中讀取表格路徑、工作簿名稱、選用植物族類型名稱為輸入?yún)?shù)項。此程序腳本直接調(diào)用提取表格數(shù)據(jù)，調(diào)用對應(yīng)植物族放置到正確坐標。本次項目植物種類眾多，需要多次執(zhí)行程序，并生成多個項目文件。

圖7 數(shù)據(jù)提取及數(shù)據(jù)處理圖

圖8 程序腳本批量生成界面

編碼賦予可以使植物分類清晰，功能應(yīng)用明確，有助于植物模型在施工中的功能識別與使用[9]。本項目編碼的賦予主要分為編碼數(shù)據(jù)整理以及可視化編程一鍵生成編碼兩個階段。

首先項目BIM團隊根據(jù)《中國雄安集團BIM標準體系園林分冊(第四分冊)》整理了編碼數(shù)據(jù)，總結(jié)歸納出符合雄安編碼邏輯的數(shù)據(jù)源，如圖9所示，一級為項目碼、二級為植物科屬碼、三級為對象碼，分列于Excel表格不同工作簿。

圖9 編碼數(shù)據(jù)源

然后在制作的程序輸入端中，選擇需要賦編碼的模型，讀取上述表格數(shù)據(jù)路徑，并將讀取到的數(shù)據(jù)進行一一篩選，輸入編碼對應(yīng)的各項數(shù)字值。其中，對于多個同類型植物，根據(jù)模型所在坐標值，進行編號序列碼的順次排序，本項目采用自北向南、自西向東的方式依次編號。程序輸入端界面如圖10所示。

圖10 程序輸入端

最后，進行編碼整合并賦予模型，如圖11所示。

4.2 BIM應(yīng)用

(1)碰撞檢查

園林參數(shù)化模型完成合模后利用Revit軟件進行了碰撞檢查，本項目主要檢查各分部模型之間是否存在沖突碰撞，大致從園區(qū)景觀構(gòu)筑物基礎(chǔ)與場地預(yù)設(shè)管線、園區(qū)內(nèi)綠植土球與場地預(yù)設(shè)管線(如圖12所示)兩類進行檢查。應(yīng)用BIM技術(shù)進行碰撞檢查，可以有效降低因沖突問題造成的返工問題，間接降低了工程成本。

(2)園路鋪裝統(tǒng)計

金湖公園道路曲折，鋪磚種類多數(shù)量大、花紋及造型復(fù)雜且需要和地形相貼合，統(tǒng)計難度大。本項目應(yīng)用Revit明細表進行了園路鋪裝的統(tǒng)計，有效提高了鋪磚統(tǒng)計的精度及效率，圖13為整理得到的部分園路鋪裝統(tǒng)計表，可以清晰地看出公園用磚種類多的程度。

圖11 編碼整合

圖12 園區(qū)綠植土球與管線碰撞示意

圖13 園路鋪裝統(tǒng)計表

(3)可視化

本項目應(yīng)用BIM可視化軟件對園林各景觀的風貌進行了生動形象的展現(xiàn)，包括不同角度、不同季節(jié)的古建、綠化、噴泉和景觀橋等，呈現(xiàn)程度和可觀賞性高，有利于施工前對園林景觀整體性的把控與調(diào)整。基于此，業(yè)主方可以清晰直觀地了解金湖公園的預(yù)建風貌； 設(shè)計方在設(shè)計時可以實時查看設(shè)計效果，并根據(jù)要求進行實時調(diào)整，既可以節(jié)省時間，又可以避免人力的浪費[10]。圖14為園林部分景色春景和冬景的可視化圖。

圖14 春景冬景可視化圖

此外，利用BIM模型三維可視化的特性，直觀地向現(xiàn)場工人進行技術(shù)交底。本項目植物繁多，BIM技術(shù)人員通過精確數(shù)據(jù)的模型建設(shè)和完整的施工動畫模擬，虛擬了各植物的種植過程，確保了向施工人員傳達施工工藝的準確性與及時性，塔吊吊裝綠植的模擬如圖15所示。此外，項目還進行了園路鋪裝、混凝土澆筑、園路鋪裝細節(jié)做法等模擬，以實現(xiàn)三維可視化交底，保證實際施工與設(shè)計的一致性。

圖15 塔吊吊裝綠植模擬

5 結(jié)語

金湖公園項目作為多元化的公共活動空間類項目，工程體量大，涉及的建設(shè)工程種類眾多。結(jié)合項目特點，BIM技術(shù)的應(yīng)用在項目建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。主要應(yīng)用包括：通過BIM工具進行古建筑、小品、橋梁等的建模，從而提升設(shè)計效率，保證施工質(zhì)量； 基于BIM的碰撞檢查，有效的解決了植被布置與地下管道的碰撞問題； 基于BIM的可視化模擬，積極調(diào)整植被景觀、園林夜景、燈光的布置，提升項目的整體展示效果。作為當下為數(shù)不多的BIM技術(shù)在園林類項目的應(yīng)用工程，本項目在建設(shè)過程中充分發(fā)揮了BIM工具的積極作用，對其它在建園林類項目具有較強的借鑒意義。