BIM专业模型轻量化处理方法研究

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　　[摘 要]随着BIM技术在国家乃至全球范围内的推广使用，BIM专业模型在建筑行业甚至各行业的专业模型范围内应用越来越广泛，而BIM专业模型轻量化是BIM专业模型应用开发的重要环节。文章简要介绍BIM专业模型的处理标准、处理精度等基本概念，并在此基础上详细描述了BIM专业模型轻量化的过程和方法，旨在为相关研究提供参考。
　　[关键词]BIM;专业模型;轻量化;处理方法
　　doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2020.14.055
　　[中图分类号]TP391.72 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2020）14-0-02
　　0     引 言
　　BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型），一直致力于在AEC（建筑、工程、施工）行业收集、交换、使用数据方面进行效率革新。一方面，BIM的目标是在建筑的整个生命周期中，在恰当的时间为每个成员提供他们所需的信息——支持他们有效设计、创作和使用。为了让BIM项目中的每个参与者只得到他们需要的信息，该项目必须了解每个时刻BIM信息的使用者。另一方面，建筑物专业模型通常体量较大，包括建筑物内景、外景、建筑本体、周边建筑、智能化机电设备（如摄像头、空调、消防设施等）、绿化和管网等大量的BIM专业模型，且专业模型的互用率较低。基于建筑物BIM专业模型开发的软件通常利用专业模型进行三维可视化展现，展现内容包括建筑物专业模型自身及各类智能化机电设备的运行指标数据和告警数据。为了达到较好的视觉效果，建筑行业通常对建筑物专业模型的大小做一定的限制，否则体量太大的专业模型会导致软件运行效果欠佳，甚至出现卡顿等情况。因此，研究人员需要对建筑物专业模型进行轻量化处理，使专业模型达到应用要求。本文从分析建筑专业模型轻量化要求入手，提出对各专业模型进行轻量化的思路，为今后的专业模型轻量化处理提供经验。
　　1     定义专业模型的处理标准
　　为了促进BIM专业模型的跨专业及跨生命周期阶段的沟通与协同作业，给BIM参与者定义他们需要多少信息细节（LOD）时，最有价值的是建筑组件在数字3D图形表示中的详细几何级别。美国综合营造公会（Association of General Contractors，AGC）的BIM Forum工作小组与美国建筑师协会（AIA）合作发展LOD规范（LOD Specification），明确地对BIM专业模型的内容与细节进行定义，该规范以AIA E202—2008中定义的LOD为基础，逐步将各个建筑系统的LOD更详细地定义出来。
　　LOD被定义为5个等级，从概念设计到竣工设计，已经足以定义整个专业模型过程。但是，为了给未来可能会插入等级预留空间，定义LOD为100到500，具体的等级如下。①LOD 100–Conceptual：概念化。等同于概念设计，此阶段的专业模型通常是表现建筑整体类型分析的建筑体量，分析包括体积、建筑朝向、每平方米造价等。②LOD 200–Approximate geometry近似构件（方案及扩初设计）。等同于方案设计或扩初设计，此阶段专业模型的普遍性系统包括大致的数量、大小、形状、位置以及方向。LOD 200专业模型通常用于系统分析。③LOD 300–Precise geometry：精确构件（施工图及深化施工图）。专业模型单元等同传统施工图和深化施工图层次。此专业模型已经能很好地用于成本估算以及施工协调，包括碰撞检查、施工进度计划可视化。LOD 300专业模型应包括业主在BIM提交标准里规定的构件属性和参数等信息。④LOD 400–Fabrication：加工。此阶段的专业模型被认为可以用于专业模型单元的加工和安装。此专业模型更多地被专门的承包商和制造商用于加工和制造项目的构件，包括水电暖系统。⑤LOD 500：最终阶段的专业模型表现的项目竣工的情形。专业模型作为中心数据库，需要整合到建筑运营和维护系统中。LOD 500专业模型包含业主BIM提交说明中制定的完整构件参数和属性。
　　2     定义专业模型的处理精度
　　在明确专业模型处理标准的基础上，可以对专业模型的处理精度进行定义，定义专业模型处理精度是为了描述BIM专业模型应包含的内容及专业模型的详细程度，能够使用共同的语言和相同的等级划分规范，同时为专业模型轻量化处理提供依据，有助于各专业模型处理团队有效配合。每个专业部分都需要确认专业模型处理精度，除了建筑主体外观外，还包括设备、管网、资产设备及周边环境等，各部分在明确具体精细程度情况下进行专业模型处理，避免后期专业模型处理过程中的更多调整带来整体项目进度的影响，通常情况下，设备专业模型精度应达到LOD 500，建筑专业模型精度达到LOD 200。在实际的项目建设过程中，需要准确区分专业模型各部分的处理精度，以表格形式将处理的精度要求按照“逼真”“大致”“示意”3种形式标注，分别对应LOD 500、LOD 300、LOD 200专业模型精度，达到以建筑物运维管理为目的的专业模型处理精度要求。
　　3     专业模型轻量化处理方式
　　3.1   专业模型整编
　　專业模型整编的步骤如下。①对专业模型进行校验，对专业模型的完整性、一致性、是否存在碰撞等问题进行检查。专业模型的一致性校验根据施工图及施工变更记录，结合现场勘查，核对专业模型与施工现场的一致性，重点校核在BIM专业模型应用中重点关注的建筑空间结构、机电设备数量、机电设备点位等信息。如果现场设备具有电子标签或二维码，可考虑开发专门的工具通过扫码方式辅助定位并与专业模型校核。专业模型的碰撞问题通过Revit工具的“协作-碰撞检查”功能进行碰撞检测，根据冲突报告进行打断、移动等操作;通过Navisworks进行碰撞检测，根据检测结果提示的图片、项目ID及坐标等提示，回到Revit工具中修改专业模型;用Fuzor或橄榄山等第三方插件进行碰撞检测。②按照楼层和专业系统将专业模型拆分成不同的专业模型文件，比如，可以按照暖通、建筑、幕墙、精装修、电器、消防、给排水、屋面、钢结构等专业对专业模型进行拆分。③补充智能化设备BIM专业模型。针对专业模型应用中比较关注的设备和缺少的设备进行补充和完善。④补充建筑专业模型中的房间专业模型。⑤建立建筑外边面专业模型。⑥对设备专业模型及空间进行BIM编码，并将BIM专业模型中的设备编码与采集系统中的设备编码进行匹配，通过编码匹配保证在专业模型应用中能够准确展示设备的运行指标数据和告警信息。 　　3.2   专业模型轻量化
　　基于IFC（Industry Foundation Classes，国际上广泛公认和应用的建筑工程数据交换标准）对BIM专业模型进行轻量化处理、空间分析及二次开发，生成FBX专业模型文件及属性数据。在此基础上，再通过优化三角面片数与顶点数、遮挡优化、不可见优化、透明度控制、抗锯齿控制和曲线段控制等技术手段实现BIM专业模型轻量化和优化，专业模型轻量化压缩比例约为30%，可流畅支持加载千万级别面片场景专业模型。根据实际项目经验，在BIM专业模型中，并非每个参数都对运维管理有价值，如墙体的力学参数对运维影响非常小。因此，在专业模型轻量化处理过程中，需要重点关注建筑专业模型中的主要智能化机电设备、管网信息，剔除建筑结构等非变动性参数信息，按照系统需要的参数进行导入，使专业模型能够减小到计算机可以自由调用的程度。
　　轻量化处理的大致操作步骤如下：①在Revit建模工具中安装插件，通过Revit API解析获取BIM专业模型的基本几何数据及属性数据;②对专业模型进行数模分离处理，将几何数据与属性数据分开存储，通过ID关联;③解析及轻量化过程中自动生成建筑运维所需的BIM编码;④针对门窗及机电设备，采用实例化技术，相同的几何数据只保存一份，降低几何数的存储空间;⑤针对墙体及管路采用参数化技术，减少存储空间。
　　3.3   专业模型转换与编辑
　　在U3D中添加各种3D特效，与建筑外表面FBX专业模型打包成资源文件;将单楼层FBX文件导入3D Max中进行贴图等处理，编辑设备点位，导出每个楼层资源文件。
　　3.4   场景交互及功能开发
　　基于轻量化的建筑物专业模型进行软件开发，与设备数据采集系统对接，配置3D特效，开发各种业务功能。
　　4     结 语
　　BIM技术的应用越来越广泛，几乎涵盖了建筑设计、施工、运维的全过程，BIM专业模型的轻量化处理是BIM专业模型应用开发的重要环节，直接决定了BIM专业模型的展现效果，然而由于BIM专业模型的轻量化处理方法面向不同的应用场景有所不同（比如，针对大屏应用场景，往往采用基于Unity3D或UE4等三维引擎进行开发;针对Web端应用场景，往往采用基于Web GL技术进行开发），且更多地需要人工处理，在BIM专业模型开发处理过程中占据了大量的开发时间，项目建设周期往往比较长，对专业模型轻量化提出了新的要求。如果能够研发出更加快速的专业模型轻量化方法或者自动化的专业模型轻量化工具，就能够在满足每个参与者实际需要的基础模型上，及时且适量地创建和传递BIM数据，大大缩短BIM项目的建设周期，进一步推动建筑行业发展。
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