基于虛擬建造技術(shù)在景觀工程中的應(yīng)用研究

鄧力銘 羅利 張敬一 蘭浩

隨著社會發(fā)展，人們對城市公園功能多元化的需求逐漸增多。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)賦予城市公園中的景觀工程具備“自然、經(jīng)濟(jì)、藝術(shù)、和諧”等特性，為確保多重特性的景觀工程能與城市公園使用需求緊密結(jié)合，特對虛擬建造技術(shù)在景觀工程中的應(yīng)用深入研究，旨在解決傳統(tǒng)的深化設(shè)計(jì)方式、施工交底方式不能有效地突顯設(shè)計(jì)意圖，設(shè)計(jì)效果難鎖定、建造實(shí)施易返工的問題;使景觀效果一次成型，完美展現(xiàn)設(shè)計(jì)效果，減少施工樣本區(qū)的修建，控制施工成本，提升工程質(zhì)量，縮短施工周期。

虛擬建造; 可視化模擬; 景觀工程; Lumion軟件

TP391.99 A

［定稿日期］2022-05-19

［作者簡介］鄧力銘（1996—），男，本科，工程師，從事市政、公路項(xiàng)目信息化建設(shè)研究工作。

國務(wù)院印發(fā)《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》細(xì)化部署了“碳達(dá)峰十大行動(dòng)”，其中城鄉(xiāng)建設(shè)碳達(dá)峰行動(dòng)中明確提出加強(qiáng)生態(tài)廊道建設(shè)，增強(qiáng)城鄉(xiāng)氣候韌性的要求，同時(shí)結(jié)合宜人宜居的城市規(guī)劃理念，表明近期城市生態(tài)公園建設(shè)將急劇增加。城市生態(tài)公園也是城市公園的重要組成部分，在改善自然生態(tài)環(huán)境、創(chuàng)造良好的人居環(huán)境、滿足市民游覽觀光、休閑運(yùn)動(dòng)需求、提升市民幸福指數(shù)等方面發(fā)揮著重要作用。如何在城市生態(tài)公園建造過程中，改善自然生態(tài)環(huán)境，滿足當(dāng)?shù)厝巳菏褂眯枨螅瑢?shí)現(xiàn)人與自然和諧共處是景觀工程中需要解決的難題?，F(xiàn)針對此問題，采用虛擬還原技術(shù)在景觀工程中深入應(yīng)用研究。

1 景觀工程現(xiàn)狀分析

景觀工程是城市公園項(xiàng)目建設(shè)中，實(shí)施范圍最廣的部分，同時(shí)也是施工過程中變動(dòng)最大的部分。因?yàn)榫坝^工程在設(shè)計(jì)中，需在滿足公園使用功能的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)?shù)厝宋奶厣?，賦予地方文化色彩，使其具備“自然、和諧”的特性。另外“經(jīng)濟(jì)、藝術(shù)”特性主要體現(xiàn)依據(jù)項(xiàng)目原始地形與當(dāng)?shù)卦参?，進(jìn)行地形、植被、景觀小品設(shè)計(jì)。多層次的設(shè)計(jì)、多元化的使用功能，增大了景觀工程設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。傳統(tǒng)的景觀設(shè)計(jì)，主要采用項(xiàng)目效果圖+施工平面圖的方式。因傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式表達(dá)不夠清晰，需要景觀工程師具備較強(qiáng)地空間重現(xiàn)能力，才能在施工現(xiàn)場大致還原設(shè)計(jì)意圖與效果。

針對這些問題，傳統(tǒng)的解決方式在施工之前針對分部工程打造樣本區(qū)域，向設(shè)計(jì)、監(jiān)理、業(yè)主等確認(rèn)效果之后，才正式實(shí)施。但在施工過程中，因景觀工程受關(guān)注度高，參與各方對于設(shè)計(jì)意圖的理解不同，導(dǎo)致項(xiàng)目景觀設(shè)計(jì)方案確定時(shí)間長、實(shí)施過程中變化大，造成人力、物力的浪費(fèi)以及工期的延遲，且最終成形效果難以控制。

2 虛擬建造的實(shí)施目的

虛擬建造技術(shù)是以優(yōu)化設(shè)計(jì)、服務(wù)施工、實(shí)現(xiàn)智慧建造為目的。運(yùn)用三維軟件模擬景觀工程施工全過程，從而發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中不合理的問題，提前化解問題，深化設(shè)計(jì)圖紙，鎖定成型效果，減少景觀樣本間的打造，節(jié)約成本，縮短工期。采用可視化模擬交底，正確無誤地傳遞設(shè)計(jì)意圖，提升施工質(zhì)量，減少返工。

3 虛擬建造實(shí)施流程

虛擬建造技術(shù)主要是使用三維建模軟件、場景構(gòu)建軟件對設(shè)計(jì)場景進(jìn)行虛構(gòu)還原。實(shí)施主要流程分為設(shè)計(jì)文件梳理與處理、創(chuàng)建三維模型、場景模擬還原、場景優(yōu)化及成果輸出等9個(gè)階段（圖1）。實(shí)現(xiàn)以地形營造、1∶1植被還原設(shè)計(jì)意圖，并依據(jù)設(shè)計(jì)、監(jiān)理、業(yè)主等各方意見進(jìn)行調(diào)整，輸出深化施工圖、效果圖等。

3.1 設(shè)計(jì)場景虛擬還原

3.1.1 設(shè)計(jì)文件梳理與處理

將設(shè)計(jì)院提供的圖紙進(jìn)行梳理，按建筑物、構(gòu)筑物、景觀苗木、園區(qū)道路、景觀小品等進(jìn)行分類處理，劃分成只保留該類圖層的CAD圖紙，便于后期不同模型整合時(shí)，能夠明確區(qū)分平面位置。并需單獨(dú)獲取植被定位坐標(biāo)，便于場景還原中植被的種植。主要利用Auto CAD軟件數(shù)據(jù)提取功能，選擇需要提取的對象（樹木圖形塊），篩選空間數(shù)據(jù)信息，將植被坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)輸出至外部文件為.xls格式。

3.1.2 植被參數(shù)化建模

依據(jù)設(shè)計(jì)院提供的景觀施工圖，梳理施工所需的植被種類、規(guī)格及所需數(shù)量等。針對項(xiàng)目所需的植被要求，在當(dāng)?shù)孛缙詢?nèi)篩選復(fù)核要求的植被，但大型喬木在不同的生長環(huán)境下造成的樹形均有少許不同。在選取的苗木之后，統(tǒng)計(jì)分析當(dāng)?shù)卦擃惷缒镜纳L狀態(tài)以及常見樹形。景觀虛擬建造技術(shù)主要的難點(diǎn)是如何精準(zhǔn)且快速的創(chuàng)建植被模型，場景還原是否能夠展現(xiàn)一年四季的景觀效果；常見植被模型創(chuàng)建采用3DS MAX軟件，但公園內(nèi)植被種類數(shù)量較多，若采用3DS MAX軟件建模工作量巨大，而且不能展示四季變化的景觀效果，將嚴(yán)重制約景觀場景還原的呈現(xiàn)效果及時(shí)間。為了解決這一難題，采用Speed tree專用的植被建模軟件，實(shí)現(xiàn)了植被種類、胸徑、高度、冠幅等參數(shù)化建模（圖2）。首先選取植被模板，創(chuàng)建樹干根據(jù)要求控制樹高、胸徑等參數(shù)，通過添加樹枝數(shù)量與造型，控制樹木的冠幅、樹形等；還可通過添加重力、風(fēng)力因素模擬樹木生成環(huán)境，可以得到不同生長狀態(tài)、季節(jié)的植被模型，實(shí)現(xiàn)一次建模多次使用。

3.1.3 地形營造

通常設(shè)計(jì)院提供的是景觀完成平面圖，在地形營造之前采用Civil 3D 軟件進(jìn)行地形平面圖處理，依據(jù)設(shè)計(jì)提供的高程數(shù)據(jù)點(diǎn)，配合平面圖上的等高線，生成地形等高線，由等高線生成曲面，并將建筑物、園區(qū)道路的位置進(jìn)行二次處理，得到準(zhǔn)確的布置位置。將曲面導(dǎo)入Revit軟件中，選取地形中最低點(diǎn)為高程起始點(diǎn)，將地形高程位置進(jìn)行調(diào)整。獲得真實(shí)體驗(yàn)感的地形模型。

3.1.4 場景還原

場景中的建筑物、構(gòu)筑物等根據(jù)不同的使用需求，建立不同細(xì)度的模型。如建筑物需要用于指導(dǎo)現(xiàn)場施工實(shí)施，建模精度應(yīng)不低于LOD400，如只需確認(rèn)設(shè)計(jì)效果，建立精度不低于LOD300建筑模型即可。在場景還原的過程中首先載入各分類的CAD平面布置圖，確定模型在地形中的位置。載入模型，劃分地形區(qū)域完成之后，通過Dynamo插件導(dǎo)入植被坐標(biāo)信息，批量放置定位標(biāo)志旗，顯示植被設(shè)計(jì)位置，采用Revit+Lumion實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)呈現(xiàn)技術(shù)，將所有模型在Lumion軟件中實(shí)時(shí)同步。通過Lumion軟件中放置水面功能，模擬公園內(nèi)的水域面積，然后載入Speed Tree軟件創(chuàng)建植被模型，依據(jù)標(biāo)志旗放置樹木進(jìn)行場景還原，檢查布置是否協(xié)調(diào)、合理，優(yōu)化景觀布置導(dǎo)出優(yōu)化圖紙，指導(dǎo)現(xiàn)場施工，避免現(xiàn)場返工。至此將傳統(tǒng)的二維圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^的三維模型，能夠直觀展示整個(gè)項(xiàng)目的景觀設(shè)計(jì)效果，還可以通過設(shè)置不同的日照條件、風(fēng)量、載入不同時(shí)期的植被模型，模擬不同時(shí)期、不同環(huán)境下的景觀。呈現(xiàn)不同天氣、光照、四季變化的場景，提前感受完工效果，起到保證景觀效果，控制工程投資的作用。

3.2 虛擬場景設(shè)計(jì)優(yōu)化

景觀工程設(shè)計(jì)意圖的傳統(tǒng)表達(dá)方式，主要從平面圖進(jìn)行表達(dá)，對于多層次的地形營造與景觀搭配展示能力較弱。比如在堆坡上的樹高、樹冠大小對造景的影響；大場景如何搭配樹高才能使林跡線與遠(yuǎn)景結(jié)合；小場景植被如何搭配才能體現(xiàn)觀感的層次性，避免游客一覽無遺，增加觀賞效果的神秘感、層次感。虛擬場景還原之后，通過設(shè)置不同的瀏覽高度、瀏覽路徑以及瀏覽模式，模擬不同的視線觀賞角度，展現(xiàn)設(shè)計(jì)效果，支撐設(shè)計(jì)優(yōu)化。

3.2.1 湖區(qū)優(yōu)化

通過Lumion軟件水面添加功能，可以在不同區(qū)域、設(shè)置不同高程的水體，通過給景觀湖區(qū)內(nèi)設(shè)置不同高度的水面，獲取不同蓄水量之下形成的駁岸線性，在滿足區(qū)域生態(tài)要求之下，選取最優(yōu)駁岸線型，打造親水平臺，使設(shè)計(jì)更加自然。

3.2.2 地形優(yōu)化

采用Revit軟件地形模塊，地形表面添加點(diǎn)的功能，通過添加不同的高程點(diǎn)，來局部調(diào)整地形模型，并且同步進(jìn)入Lumion軟件實(shí)時(shí)渲染。模擬不同地形格局，對公園整體的影響。

3.2.3 景觀優(yōu)化

對重點(diǎn)部位施工進(jìn)行模擬分析，比如植被之間的種植間距、灌木、花鏡的搭配，還可以重點(diǎn)復(fù)核軟景和硬景的搭配、順接問題，在模擬的過程中對細(xì)部做法圖紙進(jìn)行二次深化。

3.2.4 成果輸出

Revit軟件輸出施工所需CAD圖紙，使用Lumion軟件配合出具效果圖以及模擬視頻。較傳統(tǒng)交底方式相比，便于管理人員對作業(yè)人員更好進(jìn)行交底，施工人員能更好理解設(shè)計(jì)意圖，避免因施工誤差造成的經(jīng)濟(jì)和工期損失，起到保證景觀效果一次成形和指導(dǎo)施工的目的。

4 結(jié)束語

采用虛擬建造技術(shù)解決了景觀工程設(shè)計(jì)效果呈現(xiàn)難、施工過程中變化大的問題。比如在成都熊貓基地改擴(kuò)建項(xiàng)目中，使用虛擬建造技術(shù)，從熊貓的生活習(xí)性、游客的觀賞視線對熊貓獸舍熊貓生活環(huán)境進(jìn)行模擬優(yōu)化。提前發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)中植被間距較為稀疏，樹種、樹高較為單一，未還原熊貓野外密林生長的特性，游覽觀賞沒有層次感，整個(gè)生活環(huán)境一覽無遺。而且游客觀賞區(qū)熊貓游玩設(shè)施偏少，不能保證游客能夠有效地觀賞熊貓。以虛擬場景為底板，多次調(diào)整樹間距、豐富種植種類，降低獸設(shè)熊貓居住側(cè)的樹木高度，以此模仿熊貓從居住地穿越密林到達(dá)休息玩耍區(qū)域，最大限度地保證熊貓的生活習(xí)性以及觀賞效果。

通過虛擬建造技術(shù)，對未來場景進(jìn)行數(shù)字化、虛擬化建造，在沉浸式體驗(yàn)中，提前感受景觀完工效果，鎖定設(shè)計(jì)成果、加快設(shè)計(jì)方案敲定；并且具備優(yōu)化設(shè)計(jì)和服務(wù)施工的作用，確保所見即所得，使景觀效果一次成型，完美展現(xiàn)設(shè)計(jì)效果，減少施工樣本區(qū)的修建，控制施工成本，縮短施工周期。

在成果輸出方面，遇見了相關(guān)難題，例如在Lumion軟件中對修改植被怎樣同步至Revit中方便后期出具平面布置圖，便于指導(dǎo)現(xiàn)場施工。目前解決方式是，現(xiàn)初步確定調(diào)整方案，在Revit中設(shè)置相關(guān)的標(biāo)志旗，在Lumion軟件對景觀進(jìn)行修改，完成實(shí)時(shí)渲染工作。這樣造成方案調(diào)整中重復(fù)的工作量極大，不能較為便利的開展虛擬建造，在下一步將針對Lumion軟件逆向輸出成果進(jìn)行進(jìn)一步的研究，為智慧建造進(jìn)程添磚加瓦。

參考文獻(xiàn)

［1］ 鄧力銘，羅利，羅建勛，等.基于“BIM+GIS”技術(shù)在城市公園項(xiàng)目智慧建造應(yīng)用研究［J］.四川建筑，2021，41（S1）：82-84.

［2］ 劉禹伯，左宏輝，丁榜舉，等.基于三維虛擬技術(shù)的園林景觀施工質(zhì)量控制［J］.現(xiàn)代園藝，2022，45（1）：192-194.

［3］ 黃秋燕，楊建欣.對城市公園綠地微地形景觀營造的思考［J］.農(nóng)業(yè)科技與信息，2021（24）：82-84.