李立功，牛麗娟，張學鋼，朱仁義

（1.陜西鐵路工程職業(yè)技術學院，陜西 渭南 714099；2.自然資源部第一地理信息制圖院，陜西 西安 710054）

2016-09-19，國家住建部發(fā)布了《2016-2020 年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》（建質(zhì)函[2016]183 號），對“十三五”期間，建筑業(yè)信息化進程做出了全盤規(guī)劃。旨在增強發(fā)展能力、優(yōu)化發(fā)展環(huán)境、加快信息技術與行業(yè)深度融合、塑造新業(yè)態(tài)為導向，構建建筑業(yè)信息化的發(fā)展格局。自此，我國建筑業(yè)掀起了以數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化為突破口，數(shù)據(jù)資源利用水平和信息服務能力提升為基本特征，突出BIM、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、智能化技術等在建筑行業(yè)的應用為重點的熱潮。

各建筑企業(yè)及單位都在特色項目及重點項目上進行了BIM 技術應用的嘗試和運用，為BIM 技術后期的大面積推廣應用奠定了基礎。BIM 技術是“十三五”建筑業(yè)信息技術發(fā)展的重要內(nèi)容，從理念的提出、實踐發(fā)展，一直到目前步入全過程應用，其技術優(yōu)勢已經(jīng)成為建筑業(yè)的亮點，BIM 技術未來的發(fā)展方向是實現(xiàn)建筑全生命周期的信息共享[1-2]。

BIM 技術在建筑行業(yè)領域的應用可概括為3 個方面：BIM 模型的創(chuàng)建、BIM 模型的應用及BIM 技術的推廣，這3 個方面貫穿于建筑建設的全生命周期，模型創(chuàng)建方面主要使用的是歐特克公司的revit 建模軟件。目前通過大量項目的實踐應用，我國的BIM 技術也已較為成熟，產(chǎn)生了像魯班、廣聯(lián)達等較強的BIM 系統(tǒng)，提供全面解決建筑行業(yè)問題的BIM 技術系統(tǒng)軟件，而魯班BIM 系統(tǒng)平臺更是在迪士尼、上海中心、蘇州中心、樂清灣大橋等700 多個大型房建與基建項目進行了深入的應用，成效顯著。在建筑行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程中，必須不斷加強加快建設“BIM+大數(shù)據(jù)+人工智能”的企業(yè)數(shù)字大腦，構建數(shù)字神經(jīng)，不斷夯實小前端、大后臺的運營能力，從而實現(xiàn)提質(zhì)增效的目標[3]。

盡管BIM 技術在建筑行業(yè)的應用廣泛，工程級BIM 應用基礎已打牢，集團級BIM 應用發(fā)展時機已成熟，但是BIM 技術在這些領域的應用，大都關注在經(jīng)濟效益、三維展示、工程及材料量的獲取及結構物間的碰撞檢查等方面，對于BIM 技術在其他方面的應用鮮有探索和研究，如何發(fā)揮BIM 模型直觀形象的特點，拓展BIM 技術在專業(yè)教學中的應用，將BIM 模型的應用推廣到專業(yè)教學領域，是需要思考的問題[4]。

本文以工程中常用的revit 建模軟件為基礎，結合高職工程測量技術專業(yè)的教學需求，依托2 個具體模型的創(chuàng)建過程，對BIM 模型在專業(yè)教學的應用進行對比分析，從數(shù)據(jù)獲取方式、模型創(chuàng)建的方法及模型的具體應用進行了分析和探討，考慮到模型應該具有一定的普通性，故選取了一個不規(guī)則的雕塑作為一個案例來進行研究；又考慮到建模軟件模型創(chuàng)建的方法不同，選取了水準儀為另一個案例來進行對比研究，研究思路如圖1 所示。

圖1 文章研究思路圖

1 雕塑模型的創(chuàng)建

本文選擇研究的第一個對象如圖2 所示，整個雕塑為古代四足鼎的造型，全鼎所用材料為某鐵路工務段的廢舊路料，為一尊雕塑。

研究對象一的結構可以從上到下分為：鼎、四足、基座3 個部分，所以在建模時考慮從這3 個方面來對研究對象進行描述，鼎的頂面由鋼軌軌頭構成，中間由各時期廢舊鋼軌與軌枕的聯(lián)接件構成，鼎身四周道釘連接輸嵌枕木板，四足是由鋼軌軌底焊接形成的一個方形底座。鼎的上下頂面均為長方形，但尺寸不同，上頂面寬，下頂面窄。鼎的四足為正六邊形的柱狀體，上下頂面的形狀相同，但尺寸不同，具體見表1。

表1 研究對象一的尺寸

使用Revit 軟件進行異型結構建模的方法一般為選擇使用族或者體量來進行創(chuàng)建，兩者創(chuàng)建的方法不同，建模的思路也不相同。本文建模所使用的方法為使用族來進行創(chuàng)建模型的方法。根據(jù)表1 的尺寸采用revit中的族命令進行創(chuàng)建，首先選擇公制常規(guī)模型進行創(chuàng)建，使用實體創(chuàng)建中的拉伸命令完成研究對象一的底部結構基座的創(chuàng)建，在創(chuàng)建完成基座的基礎上，再進行鼎四足的模型創(chuàng)建。

在進行鼎四足模型創(chuàng)建時，需要注意的是鼎足的上下界面不相同，需要采用融合的命令進行創(chuàng)建，創(chuàng)建模型時還要注意模型之間的位置關系，因為使用revit進行模型創(chuàng)建的核心思想就是“使用零散的積木拼接成穩(wěn)固的目標形狀”，所以不同位置之間的位置關系必須要準確，鼎的四足創(chuàng)建完成后就是鼎的模型創(chuàng)建，這里需要采用先創(chuàng)建實體模型，在創(chuàng)建空心模型，最后兩者進行裁剪、求差，得到最終模型（未渲染）。如圖3所示。

圖3 研究對象一的模型

2 儀器模型的創(chuàng)建

為與研究對象一有較明顯的對比性，同時又保證研究對象具有一定的普遍性，同時考慮工程測量技術專業(yè)教學需求，需具有一定的特殊性，本文的第二個研究對象選取了工程中最常見的測量儀器-DS3 水準儀，它與研究對象一的對比性是指它的尺寸相對于研究對象一來說，非常小，是研究對象一的百分之一，它的普遍性是指在工程建設領域它是最基礎的一項儀器配備；其特殊性是指它的形狀使用語言也比較難描述，無法用常見的形狀對其進行介紹，僅使用圖片展示，缺乏形象直觀的認知印象。如圖4所示。

圖4 研究對象二

研究對象二的結構可以劃分成上下結構：即上面是望遠鏡，下面是基座，但是形狀不一，語言上很難描述。為此，對研究對象二的4 個主要部件進行了5 次量測得到其主要尺寸表，具體見表2。

表2 研究對象二尺寸表

為了研究方便，水準儀模型在創(chuàng)建時，仍然采用基于公制常規(guī)模型的創(chuàng)建辦法，按照“搭積木”的思維方式，從下到上創(chuàng)建模型，根據(jù)表2 限定的尺寸要求，進行模型創(chuàng)建，如圖5所示。

圖5 研究對象二下部結構模型的創(chuàng)建

創(chuàng)建完下部結構，開始進行上部結構的創(chuàng)建。在進行上部結構模型創(chuàng)建時，既要考慮上下結構之間的位置關系，又要考慮到研究對象二本身的特點，研究對象二有一條豎軸穿過其中心，所以在進行上部模型創(chuàng)建時應先找到研究對象二的中軸線，然后再以中軸線開展模型的制作和拼接。

最后，經(jīng)過拼接、處理、裁切，就可以得到研究對象二的模型（未渲染），如圖6 所示。

圖6 研究對象二的模型

3 對比分析

文中的研究對象選取的都是較常見但是結構均有些特殊的物體，這是因為現(xiàn)實世界中需要創(chuàng)建模型的原型往往是不規(guī)則的，具有特殊的形狀結構。此外，本文中建模主要采用的是revit 中族創(chuàng)建的方式，將模型分為多個單獨的個體進行繪制。這樣繪制的優(yōu)勢在于：能將模型的細節(jié)進行精確繪制，準確反映需要創(chuàng)建模型的特點和特征等要素，難點是對于模型的理解和模型個體的組成部分之間的互相定位[1-2]。

對于研究對象一而言，因其尺寸較大，且相對于研究對象二而言，其組成部分比較簡單，易于理解模型及其組成部分之間的關系，采用族拉伸、融合、空心融合等功能就可以進行繪制，即可生成相關模型。在后期制作渲染的過程中，可根據(jù)需要進行紋理、材質(zhì)及貼圖等處理，使得模型能夠反映真實物體的更多屬性信息，進行研究應用。

對于研究對象二這類比較小的儀器模型創(chuàng)建，需要特別注意細節(jié)，研究對象二屬于精密儀器，體積不大，但構造精細，就更加需要關注其各個零部件的形狀、關鍵參數(shù)及其相對空間位置關系，而且由于研究對象二的體積與尺寸相對于研究對象一要小很多，因此對于尺寸的獲取要求要更加精確。其繪制多采用拉伸、放樣、融合等方式，在繪制完成后要根據(jù)實物零部件的空間位置關系，來決定模型的連接方法。模型創(chuàng)建完成后，可根據(jù)需要進行材質(zhì)，色彩的渲染，以便與實物更加吻合。

通過兩個模型創(chuàng)建過程的對比分析，可以發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)實世界中的異型結構物體，也可以使用revit 軟件來進行模型的創(chuàng)建，前提是對所要創(chuàng)建模型的物體充分了解，掌握物體的結構樣式及組成部分之間的位置關系等。由此，可以將BIM 技術的模型創(chuàng)建應用領域進行推廣：①對于工作、學習和生活中存在的那些特別常用，需要掌握其結構，同時又難以用語言進行描述的物體，可以用三維模型的方式進行介紹和學習，形象直觀而且不宜出錯。②在各大企業(yè)都將BIM 技術視為員工必備技能，各大院校都將BIM 技術列為學生必修課程的時代背景下，要求員工或者學生根據(jù)圖紙創(chuàng)建模型以掌握儀器、設備等構造和原理等知識，也是可以實現(xiàn)的，在掌握了儀器及設備的構造和原理的同時，又強化了BIM 建模技術的應用。

4 結 語

21 世紀是一個信息技術迅速發(fā)展的時代，特別是近幾年隨著信息技術的快速發(fā)展，三維建模無論是從速度，精準度還是物體的還原度上都要遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)的二維方式。BIM 技術不只是用于三維建模，而是從項目策劃、運行和維護的全生命周期過程中進行共享和傳遞，使工程技術人員對各種建筑信息作出正確理解和高效應對，為設計團隊以及包括建筑、運營單位在內(nèi)的各方建設主體提供協(xié)同工作的基礎，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用[5-6]。

本文以工程中常用的revit 建模軟件為基礎，依托兩個具體模型的創(chuàng)建過程，對BIM 技術模型的創(chuàng)建及應用進行對比分析，從數(shù)據(jù)獲取方式、模型創(chuàng)建的方法及模型的具體應用進行了分析和探討，考慮到模型應該具有一定的普遍性和適用性，故選取了一個不規(guī)則的雕塑作為一個案例來進行研究；又考慮到建模軟件模型創(chuàng)建的方法不同，選取了水準儀為另一個案例來進行對比研究。通過兩個研究對象的對比分析可知：對于日常生活、工作和學習中的難以用語言或者使用常規(guī)手段難以進行描述的物體，可以使用BIM 技術創(chuàng)建三維模型，進行直觀展示。BIM 技術的應用還可以拓展到高校的教育教學活動以及企業(yè)員工的培訓學習活動中，通過對所選物體的三維模型創(chuàng)建，可以實現(xiàn)既掌握物體結構及原理特點，又強化BIM 建模技術的能力的效果。

BIM 技術建模的軟件有很多，每款軟件都有自己的特點和適用行業(yè)，本文僅以revit 軟件來進行研究是基于revit 是工程建設領域常用的建模軟件，在BIM 技術應用探索方面還應從以下幾個方面進行深入：①BIM 技術的理念是高效、快捷、人性化，基于此應探索對于異形結構或非常規(guī)模型，有無更高效的建模方法；②針對BIM 技術側重于建筑 物或物體內(nèi)部屬性的特點，應考慮與GIS、RS 等結合，豐富模型內(nèi)外部的信息，以拓展其應用的探索；③實際應用中，為發(fā)揮更大的效應，還應進行BIM 系統(tǒng)與其他民生系統(tǒng)（如電力、交通等）的數(shù)據(jù)及其他信息進行共享及聯(lián)合應用的探索。