大学景观工程地形BIM建模的实践

摘要：为了找到景观工程的更优的操作样板，以西湖大学景观项目为例，开创性地采用Rhion和Revit2种软件共同建立景观地形模型。与传统的地形建模方式相比，该方法建立的地形模型兼具连续平滑和体积精确两大特点。新的景观地形建模方式能够对土方造型的施工和土方量的核算起到显著的指导作用。

关键词：BIM技术；西湖大学；景观地形

1项目背景

作为我国第一所由社会力量举办、国家重点支持的非营利性研究型大学，西湖大学成立之初就被寄予厚望，即具有示范性、典型性、特殊性的后发民办高校，也是新型高水平民办大学的典型代表[1]。西湖大学校园位于杭州市西湖区双桥单元，东至云大路、南至墩余路、西至良祥路、北至下确桥港。校园总体规划总建筑面积69.5万m2，地上建筑面积52.25万m2。校园一次性规划、分二期实施。整体用地面积919800m2，首期总用地面积422449m2（含启动区约5300m2）。西湖大学景观工程的体量过大，为了方便建模管理，整个校园以市政道路为边界被划分为10个区域。这10个区域的景观工程内容涵盖了地形、植物、道路（市政车行道除外）、铺装、路缘石、台阶、树池、凉亭、旗杆、球场、廊架、风雨廊、坐凳、围墙、围网、栏杆、车棚、灯具、电气及给排水管线等。西湖大学景观工程和国内常见景观工程类似，复杂程度并不高。景观铺装以花岗岩透水砖为主，没有异形切割的情况。虽然项目中并无异形曲面的构筑物，所有的景观平台和小品基本都是以方正的体块构成，但是绿地中的景观地形高低起伏、自然水景蜿蜒曲折，呈连续变化的曲面。在整个西湖大学景观工程的实施过程中，采用了BIM模型技术为工程全生命周期进行技术服务。

2传统景观地形BIM建模方式

根据总包要求，西湖大学的BIM整合平台采用Revit2016软件。所以景观工程的模型也全部采用Revit2016进行建模。在Revit2016中，常规的景观构筑物、铺装和小品的模型都由标准体块组成，建模比较容易。而起伏变化的景观地形和自然水景属于连续平滑的曲面，Revit遇到这种复杂造型时，处理起来较为困难[2]。自然水景的做法类似于景观地形中的洼地山谷，后文中均以景观地形的建模方法来进行说明。在以往项目中，景观地形的模型直接通过在Revit软件中导入地形的等高线CAD文件完成。利用等高线建立的数字地面模型的曲面精度非常低，在高程不符合等高线垂直等距的区域尤为显著[3]。采用这种方法建立的地形模型中，等高线和等高线之间的表面是由网格平面拼接而成的（见图1）。整个模型呈现为一种存在大量折线、棱角的多边形体块，和真实的饱满平滑的景观地形存在较大误差。如果想在Revit软件中让这种地形模型变得更饱满、平滑就只有一种方法：在2层等高线之间手动增加更多的高程点。增加的高程点越多，软件自动生成的网格平面就越多、越密，整个模型就越光、平滑。但是这种方法只能将多边形体块无限逼滑状态而无法真正将其转换为连续平滑的曲面，在体积上和真实的景观地形仍存在一定的误差。而且，面对西湖大学约46万m2的占地面积，通过手动加点来调整地形模型的平滑程度显然是一件无法完成的任务。

3新型景观地形BIM建模方式

为了解决Revit软件自身功能不足的问题，结合Rhino6、Revit20162种软件共同进行景观地形的建模，具体的建模流程分以下几个步骤：

3.1等高线处理

景观地形的施工图纸一般由等高线和相应的高程数值2部分组成。为了方便建模，需要在三维建模前对这2个部分进行梳理、调整。首先，确定等高线的定位基准点，以便在后期地形造型模型中能够快速、准确地导入整体模型，与其他模型精准衔接。一般来说可以将整个项目的范围红线或者主体建筑的轴网设定为等高线的定位基准点依据。其次，将所有等高线和定位基准点从总体平面图中提取出来。如果发现等高线未能闭合，需要将断碎的等高线进行连接、闭合成完整的同一平面的线圈。最后，选择每一段等高线线圈，在特性栏中将该线圈的Z轴坐标数值调整为施工图中相应的高程数值。所有等高线梳理调整完成之后将CAD文件另存为较低版本，方便下一阶段导入Rhion软件进行建模。此外，由于西湖大学景观工程不包含市政车行道路，所有景观地形被市政车行道路分割成一个个独立的区块，车行道的内边缘就是不同区块的边界。因此在建立景观地形的模型时还需要将车行道的内边缘线条从平面总图中提取出来一同存入调整后的等高线CAD文件中。

3.2生成曲面

将处理好的景观地形等高线CAD文件导入Rhion6中，注意导入时将单位统一设置为毫米。使用嵌面（patch）命令选中等高线生成连续平滑的曲面模型（见图2）。在嵌面命令的参数对话框中可以维持默认数值不做改变，但一定要保证调整切线（adjusttangency）选项被勾选上，这是在嵌面命令中唯一能够控制连续性的地方，它可以使生成的曲面保持G1连续。曲面连续性的概念是针对拼接曲面提出。一般情况下，曲面的几何连续性可大致分为5个程度，分别为G0、G1、G2、G3及G4。G1表示曲线或者曲面上点点连续，并且所有相连接的曲线或者面片之间都是相切的[4]，通过这种方式建立的景观地形模型能形成连续平滑的状态。然后在Rhino中将生成的景观地形模型、市政车行道内边缘线和定位基准点共同导出为Dwg格式的三维文件。

3.3转换成地形模型

在Revit2016中导入Rhino6生成的景观地形模型，单位同样设置为毫米。核对定位基准点，将景观地形的模型放置到项目的实际位置。选择Re-vit2016的体量和场地栏下的地形表面命令，将导入的Rhino模型转换为Revit中的地形模型。由于在Revit2016中重新生成的地形模型，转换后整个地形模型不仅能继承了Rhino模型的G1连续性，还出现了众多可以直接在Revit2016中进行编辑调整的高程点（见图3）。不仅如此，还能直接获取转换后地形模型的高程、体积等数据信息，这将为景观地形的实际施工提供有效的帮助。地形模型转换完成后，再选中相应的市政车行道内边缘线，对每1块地形模型进行拆分，形成一块块独立的地形模型。

3.4土方造型协调

景观地形模型和景观工程的其他模型紧密相关，为了和其他模型完美衔接、不出现空洞或者空鼓需要对地形模型进行微调（见图4）。对外，市政车行道的内边缘线就是景观地形的外边界，从平面上看景观地形模型和市政车行道模型完全吻合。但是车行道有明确的设计坡度，景观地形在边缘线上的坡度不会和车行道坡度完全一致。这就导致景观地形的模型在与车行道模型衔接的位置会出现细微的高程差距。在这种情况下只能优先建立车行道模型，将车行道模型和地形模型整合后调整地形模型的高程点，从而将二者无缝衔接；对内，景观工程的广场铺装、景观园路是直接在地形上进行施工，虽然二者有高程变化，但极少有项目会做成完全贴合地形起伏的平滑曲面，大部分情况下都由少数高程点来确定起伏的整板。广场铺装和景观园路的模型时常会出现“飞”出地形模型的情况，因此需要先将铺装园路模型放置于地形模型上，将低于铺装园路的地形进行调高。

4结语

景观工程中众多景观要素和景观地形密切相关：市政车行道环绕着景观地形周围，广场铺装、景观园路铺设在景观地形上方，乔木土球、市政管网深埋在景观地形下方。地形是重要的园林要素,数字地形是计算机辅助设计十分重要的工具。在计算机里建立、表达和应用三维数字地形模型是园林数字技术中的重要工作[5]。所以，在景观工程中引入BIM技术时，建立连续平滑、体积精准且方便编辑的地形模型非常重要。和直接采用Revit软件进行建模方式相比，新型景观地形BIM建模方式需要额外增加2个步骤：运用整理好的景观地形的CAD等高线文件在Rhi-no软件生成的连续平滑的地形模型，再在Revit软件中对Rhino地形模型进行转换。虽然增加了建模步骤，但是这种建模方式建立的景观地形BIM模型具有G1连续性，整体模型连续平滑。这一特点有两方面的优势：一方面，连续平滑的景观地形模型在外观上更加接近真实的景观地形，饱满光滑、没有折线和棱角。整个景观地形模型的视觉效果得到了极大的提升；另一方面，连续平滑的景观地形模型在体积上更加接近实际的土方量。将新建的地形模型的创建阶段设置为现有，通过平整区域命令可以获得景观地形所需的准确挖方量和填方量，这对景观地形的土方测算和实际施工起到显著的指导意义。

参考文献：

[1]阙明坤，陈春梅，王华.我国建设新型高水平民办大学的背景、挑战与策略———以西湖大学为例[J].高校教育管理，2020，42（4）：32-41.

[2]陈蕾.Revit复杂造型优化处理初探[J].武汉大学学报（工学版），2017，61（增刊1）：61-64.

[3]何塞·米格尔·拉米拉斯，保罗·法里尼亚·马克斯,原茵，等.数字地面模型新进展：TIN2.0、3D表面塑型线和自由形态建模工具[J].中国园林，2020，36（9）：36-41.

[4]王仲宇.基于数字化技术的景观复杂曲面的生成与建造研究[D].北京：北京林业大学，2019.

[5]卢圣.园林数字地形建模及应用[J].中国园林，2006，22（2）：62-65.

作者：颜海鹏 单位：上海园林（集团）有限公司第一分公司