基于簡單測繪數據的建筑物BIM建模

周波陽 黃曉民,2 鄭育文

（1 廣州航海學院土木與工程管理學院；2 深圳市寶鷹建設集團股份有限公司）

隨著計算機的普及和互聯網的高速發(fā)展，信息技術對于每個傳統(tǒng)行業(yè)的高效管理和高效作業(yè)也起到非常重要的促進作用。建筑業(yè)作為我國支柱產業(yè)之一，信息化的趨勢也是必然的。2016 年，住建部發(fā)布了《2016-2020 年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，標志著我國建筑信息化時代的來臨[1]。建筑信息模型（Building Informa‐tion Model，BIM）技術作為建筑信息化的重要工具，必然會成為建筑信息化的一個主要推手。

隨著城鎮(zhèn)化和農村勞動力外出務工潮的發(fā)展，傳統(tǒng)村落衰敗的情況越來越多，許多村落古建筑如傳統(tǒng)民居、祠堂等由于沒有得到有效的保護而遭到遺棄，這無疑是中華文化的巨大損失[2]。2018 年9 月中共中央、國務院印發(fā)《鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃（2018-2022 年）》，明確將歷史文化名村、傳統(tǒng)村落列為構建鄉(xiāng)村振興新格局的特色保護類村莊，并將“吸引社會力量，實施‘拯救老屋’行動，探索古村落古民居利用新途徑，促進古村落的保護和振興”作為鄉(xiāng)村文化繁榮興盛重大工程的重要內容[3]。這些傳統(tǒng)民居大多竣工時間比較久遠，本身沒有竣工圖紙或竣工圖紙丟失，通過測繪手段獲取這些建筑的建筑信息是對其進行保護和修復的關鍵。建筑信息的獲取方法可通過傳統(tǒng)人工測繪結合CAD 來實現，用線條在圖紙上來繪制表達結構物的信息[4,5]，但二維圖紙極大可能會存在一些錯漏碰缺；更先進的方法是采用三維激光掃描儀進行測繪并進行BIM 3D 數字化建模[6,7]，這種方法的優(yōu)點是效率高，且能增加模型的可視度，減少從2D 轉換到3D 的想象，并能真實地反應建筑的三維信息和紋理信息，但三維激光掃描儀較為昂貴，價格普遍在二十萬元以上，采購這種高端測繪儀器對普通人來說也是一種沉重的負擔。對于一些形狀較為規(guī)整的建筑，利用簡單工具采集測繪數據，再采用BIM 3D 建模，是一種獲取建筑信息的經濟有效的方法。

本文以廣州航海學院航務樓為例，利用手持激光測距儀和鋼卷尺對航務樓的梁、板、柱、墻體、樓梯和門窗等進行測繪，并基于這些數據進行BIM建模，再以BIM模型為依據，得到較為完善的竣工圖。相關的測量流程和建模過程對鄉(xiāng)村建筑的運營、維護和管理能提供一定的參考和借鑒意義。

1 測繪數據采集

在外業(yè)測量前還需要做好如下準備工作：①通過每一層的消防疏散圖了解整一棟航務樓的大致空間劃分；②繪制出每層樓的草稿。

本次測繪工作用到的設備主要有紅外激光測距儀Leica DISTO A3、量程為5m 的普通鋼卷尺。紅外測距儀的主要優(yōu)點是速度快，精度高，攜帶方便，操作簡單，但紅外測距儀的缺點也很明顯，在測量時我們必須要保持好光束與墻體垂直才能測量準確，測量時環(huán)境亮度太高會大大降低測量精度，如烈日下在室外進行測量時效果就很不理想。卷尺是本次測量的輔助工具，卷尺測量的主要優(yōu)點為方便攜帶和不受環(huán)境亮度影響，主要缺點是測量效率低下。具體的測繪流程如下：整體計劃是從首層往屋面層進行測量，每一層測量順序為先墻體，再柱體，再梁板，最后再到門窗和樓梯。由于測繪過程存在偏差，為保證精度，作業(yè)過程中對同一個目標測量3次并取平均值作為最后的結果。

⑴墻體的測量。先統(tǒng)計出航務樓首層的所有墻體厚度，通過卷尺進行測量，發(fā)現航務樓的墻體主要厚度有240mm和120mm，然后在繪制好的草稿圖對不同厚度的墻體做好標記區(qū)分，以便后續(xù)建模工作開展。做完草稿和標記后就使用紅外測距儀對每一面墻的距離進行測量并記錄在草稿圖里。

⑵柱的測量。首先統(tǒng)計出柱的尺寸類型，經過卷尺測量，航務樓的柱體尺寸主要有450×650mm和550×850mm，然后在草稿圖中畫出柱的大致位置和相交的墻并做好柱類型的標記，最后使用測距儀以鄰近的墻體作為參照物測量柱與墻體之間的距離，并做好記錄填寫在草稿圖中，為后續(xù)的建模做好數據依據。

⑶梁的測量。由于框架梁是以柱作為承重，非框架梁以框架梁作為承重，所以只需要知道柱的間距即可得到框架梁的間距。由于測量工具的缺乏，梁的尺寸不在本次研究的范圍內，所以并沒有對每個梁進行尺寸測量，只獲取了梁的長度數據。

⑷測量樓板。主要是對樓板的厚度高度進行測量，筆者采用紅外測距儀測量樓層間的高度和樓層的凈高再相減即可得出樓板的厚度數據。

⑸門窗的測量。首先需要統(tǒng)計好每一層樓的門窗所有類型和尺寸，通過紅外測距儀測量數據，可得航務樓 窗 的 類 型 有C0920、C1120、C1620、C1920、C4420、C5120、C5720 和C5920，門 的 主 要 類 型 有FHM1120、FM1120、M0821、M0920、M1021、M1026、M1521、M1524、M2229 和MD0721。窗的具體位置通過使用卷尺測量窗框與墻體之間的距離來確定出具體位置并記錄標記在草稿圖中。門的具體位置和類型先在草稿中大致繪制出來，繪制完畢之后通過紅外測距儀多次測量確定出與墻體的距離，并記錄在草稿圖中。

⑹樓梯的測量。樓梯測繪主要是測量樓梯休息平臺的尺寸、梯段尺寸和梯井寬度。測量過程依然采用附近墻體作為參照體測量出與墻體的距離來確定樓梯各個構件的幾何位置，對樓梯的踏板進行數數記錄并繪制相應的草圖在草稿圖。

在外業(yè)測量過程中需要注意以下事項：①消防疏散圖只具有一定的參考性，消防疏散圖并沒有按照實際空間布局和比例去繪制，具體需要先了解清楚整個布局再去繪制記錄草稿圖，避免出現重大錯誤。②現場做好數據草稿時，應當晚回去整理好草稿，對于遺漏數據、模糊的數據和自相矛盾的數據進行記錄再到現場再次確認。③完成外業(yè)后，先在Revit 嘗試第一建模，方便明確自己忽略測量的數據點進行補測。④拍攝多張航務樓各個立面的照片，以便后期建模整理草稿時更加形象的了解清楚整個航務樓的構造細節(jié)。

2 BIM建模

在建模前，需要整理并繪制好測量數據草圖，避免在建模時數據輸入錯誤影響建模進程，并通過草圖及拍攝的相關立面圖熟悉整個航務樓的空間布局。建模軟件為Revit，因為它與其他軟件的交互性較好且有大量的國內族資源庫，可以減少很多重復性的工作。同時，還需要選擇好合適的樣板文件，找到相應的門窗族、柱族和常用的常規(guī)模型族載入到樣板文件中。

整體的建模過程為首先確定好標高接著繪制墻體、柱、梁、板、門窗、樓梯、臺階、雨棚和其他構件。

2.1 標高繪制

由于標高能決定控制墻體和其他構件的Z 軸幾何位置，所以是繪制的第一步。繪制標高首先要切換到立面圖，在建筑選項欄里點擊標高命令繪制或者直接復制現有的標高[8]。需要注意的是復制出來的標高是不會自動生成平面視圖的，所以要點擊視圖按鈕選擇平面視圖來創(chuàng)建出相對應的平面視圖。有測繪數據可得室外地 坪 標 高-0.45m，1F 為±0.00m，2F 為3.60m，3F 為7.20m，4F 為10.80m，5F 為14.40m，屋 面 層 的 高 度 為18.00m，然后根據測繪數據依次繪制好標高如圖1。

圖1 標高繪制

2.2 墻體繪制

因為大量的數據是以墻體作為參照面在測距的，所以只有先繪制好墻體才能進行下一步工作。由測繪的數據可知，墻體的厚度只有240mm和120mm，所以需要先創(chuàng)建好墻體的類型一個為240mm另一個為120mm。繪制的順序為先繪制外圍，再繪制內部。繪制的方法就是切換到平面視圖，然后點擊建筑選項卡里的墻體命令選擇建筑墻類型為240mm/120mm進行繪制，接著選擇好墻體的繪制底標高和頂標高，之后就可以選擇以直線繪制、圓弧繪制、圓形繪制、拾取線繪制等8 種繪制方式，在此筆者就不做一一贅述。由于航務樓布局比較四方所以直接采用直線繪制即可，在繪制過程中根據測繪數據輸入每一面墻的長度數值單位為毫米，繪制結果如圖2。

圖2 墻體繪制圖

2.3 柱的繪制

柱之所以放到墻之后和梁之前繪制，是因為柱的繪制是定位點，是以墻為參照點，記錄的測繪數據或者柱的位置在兩面墻的交點處，且梁是根據柱來定位[9]。繪制柱需要先選擇到建筑選項卡里找到柱命令，柱分為建筑柱和結構柱，兩者的區(qū)別主要在于算量、荷載驗算、是否繪制鋼筋和裝飾上的區(qū)別。由于筆者本次繪制的航務樓模型完工之后需要導出工程量清單，所以本次柱的繪制采用結構柱進行繪制。后面用建筑柱作為裝飾層進行繪制。點擊繪制結構柱選項卡之后會出現多種繪制柱的方式主要有根據軸網繪制和點繪制，由于沒有圖紙所以沒有軸網，本次柱的繪制就使用點布置來繪制柱，點布置柱之前需要先選擇柱的類型和選擇柱的頂標高和底標高再進行放置。柱建模結果如圖3所示。

圖3 柱繪制圖

2.4 梁的繪制

梁主要是根據柱的位置來定位的，所以繪制的順序應該放在柱之后。本次航務樓所有梁尺寸全部設為350×650mm。繪制梁需要點擊結構選項卡找到梁選擇350×650mm的矩形梁進行繪制。繪制的方法有直線繪制、起點-終點-半徑弧形繪制、拾取線繪制和樣條曲線繪制等8 種繪制方式。由于航務整形都是方方正正的所以只需要采用直線進行繪制。選取兩根柱子的中心點來繪制一條矩形梁。繪制的過程中會看不見繪制好的梁，所以需要先確定好梁放置的標高是否正確且視圖范圍是否包括梁里面。繪制結果如圖4所示。

圖4 梁繪制圖

2.5 樓板繪制

樓板的繪制是基于墻的邊線作為參照點的，所以樓板的繪制也應該放在墻的后面繪制。繪制樓板要到平面視圖中，選擇建筑選項卡中的樓板命令繪制120mm厚度的樓板，標高選擇相應的樓層進行繪制，繪制的形式有直線繪制、矩形繪制、圓形繪制、圓弧繪制、和拾取線繪制等8 種方式。結果用繪制的任意形式形成一個封閉的幾何圖形即可生成樓板，由于本次是基于墻來確定樓板的邊界的，所以采用拾取線繪制樓板即可。如果遇到樓梯洞口需要繪制出洞口時可以在封閉圖形內繼續(xù)繪制一個封閉圖形，內圍的圖形就會變成一個洞口。繪制結果如圖5所示。

圖5 樓板繪制

2.6 門窗繪制

門和窗的繪制都是一樣的方法，之所以放在墻之后繪制，是因為它是基于墻體來確定的，且在Revit 中門和窗是依賴于墻體才能存在的。繪制的方法就是將預先做好的門窗族載入到項目中，點擊門窗命令然后選擇相對應的門窗族然后選著相對應的門窗類型尺寸，接著調整好門窗放置的底高度進行放置門窗，門窗放置在墻上之后在通過點擊門窗來調整門窗與墻體的位置。繪制完成結果如圖6所示。

圖6 門窗繪制圖

2.7 樓梯的繪制

樓梯的的繪制同樣是基于墻體的位置來測繪得出的，所以也是放在墻體后面繪制。繪制的方法就是點擊建筑選項卡里的樓梯命令，然后選擇按構件繪制或草圖繪制，由于航務樓的樓梯比較規(guī)整，筆者就采用構件繪制樓梯，繪制時首先選擇樓的類型為現澆樓梯類型，踏板深度、踏板高度、梯段等根據測繪數據來輸入到樓梯類型中，采用畫直線的方試完成樓梯的繪制。需要注意的是樓梯上方的樓板應該保持開洞的狀態(tài)才符合實際情況[10]。最終繪制結果如圖7所示。

圖7 樓梯繪制圖

2.8 室外臺階、雨棚和文字等其他構件的繪制

由于Revit 中沒有專門的命令來繪制這些構件所以筆者通過繪制內建族模型的方式完成，點擊建筑選項卡然后選擇內建構件，選擇公制常規(guī)模型進行構件建模，進入到建模頁面首先設置好工作平面以周圍的構件平面作為工作平面，然后通過拉伸、旋轉、放樣、融合和放樣融合等命令工具進行繪制，由于雨棚和臺階都是方方正正的，這些采用拉伸命令進行創(chuàng)建出來即可。文字模型有專門的命令進行三維文字的繪制，首先點擊建筑選項卡中的文字模型之后設置好文字的工作平面進行放置，然后輸入想要的文字如“航務樓”這樣文字就附著在相對應的工作平面上了，附著完成之后通過鼠標拖拽文字到合適的位置，進入編輯類型按鈕命令調成文字大小和字體。文字的顏色需要通過材質來控制。最終Revit繪制模型結果如圖8所示。

3 基于BIM模型繪制竣工圖

在繪制竣工圖前，需要做好以下準備工作：①設置好標注的字體類型、文字大??；②載入相關的標注族；③建立和載入相應的圖框；④創(chuàng)建出圖平面圖視圖。

出圖繪制主要工作有繪制軸網、添加門窗標注、添加房間標注、進行三段尺寸標注、創(chuàng)建剖面圖，創(chuàng)建詳圖和創(chuàng)建門窗明細表。

完成所有標注后，仔細檢查圖紙的比例是否合適，并調整好各個圖紙所需的圖框并命名對應的圖紙名稱和編號。導出圖紙時，可以設置導出后的CAD 線寬和圖層顏色，為了方便其他觀者觀看圖紙，本次導出采用王君峰老師的導出設置txt 文件，導出成天正繪圖默認圖層一樣的CAD圖紙。最后導出的圖紙有14張，分別為圖首層平面圖、2F 平面圖、3F 平面圖、4F 平面圖，5F 平面圖、東立面圖、北立面圖、南立面圖、北立面圖、樓梯詳圖、1-1 剖面圖、2-2 剖面圖和門窗明細表。因篇幅有限，本文只給出了具有代表性的首層平面圖和北立面圖，如圖9、圖10所示。

圖9 首層平面圖

圖10 北立面圖

4 結語

本文以手持激光測距儀和鋼卷尺為測量工具采集了廣州航海學院航務樓的建筑信息數據，并利用這些數據和Revit 軟件進行了BIM 建模，最后以此模型為基礎導出了14 張竣工圖。在作業(yè)過程中，得到了一些有效的建議：

⑴建BIM 模型時，最好是以從墻體為基準開展，原因是一般建筑外圍一般是墻體，柱體一般在墻體的交界處或墻體中，門窗一般安裝在墻體中；

⑵在BIM 模型應用，需要先確保測繪的數據正確且不再需要修改，避免模型的修改導致應用成果沒有參考價值；

⑶在建模前，要盡可能提高族的使用率，把不需要用到的族刪從BIM模型中刪除，以防工作電腦帶不動。

⑷將本文的方法應用到老舊建筑物中，將對老舊建筑物的運營、拆除和改造提供極大助力。