全文刊登于《中国园林》2020-09期P29-35

    本文引用格式：(德)安得烈亚斯·卢卡，郭湧，撰文.高昂，张璐，译.智慧BIM乔木模型：从设计图纸到施工现场[J].中国园林，2020，36(9)：29-35.

    摘要：现有的BIM应用软件提供的乔木模型多为RPC或高精度3D模型等3DCAD类型。这些模型着重于表达美感或进行展示，无法反映根系情况。虽然可能包含一定附加属性，但表达乔木生长和空间需求的功能有限。因而，冲突检查、工序调度等BIM的优势功能无从应用。风景园林实践领域已就此问题开始构建自己的模型库，但能够准确反映现状树木真实尺寸体量，以及现状树木和规划树木未来空间需求的模型仍未广泛出现。提出一种基于树冠、树干和根系构型与生长功能的实体/网面封装建模方法构建BIM乔木模型。模型形态通过一组参数调整，并根据树龄和反映环境限制因子的值来反映其变化。所包含的数据和参数数量随后期设计阶段所需的LoD(详细层级)及专业实践的具体要求而增加。该模型可以与提供本地区内外苗木商品信息的植物数据库连接使用。

    关键词：风景园林；BIM；参数化乔木模型；LoD

    1、研究背景

    目前的BIM技术体系中缺少以树木为对象的BIM乔木模型。本团队开发了一种BIM乔木模型，具有如下特点：1)对BIM标准进行补充完善，实现BIM功能(具有可用于冲突检查的树冠和根系实体/网面，用于性能分析的参数、LoD及分类);2)具有用于实现施工进度自动安排等功能的一致性分类和参数集;3)按树龄动态生长(该模型基于参数和异速生长方程描述现状树、新植树和特定树种乔木的形态和生长过程);4)反映具体树种形状和大小的参数;5)不依赖软件(数据交换在参数层级而非几何体层级实现)。

    这种数据驱动的乔木对象若成功应用将有助于形成以构件为导向的模型构建技术路线，以及针对数据的模型构建。

    2、BIM乔木模型构建的方法

    本文提出一种参数化方法，c该方法可通过清晰的主干、树冠的封装和根系系统表达BIM模型中乔木最为关键的空间要求。

    1)选择一种可以描述现有乔木非对称形态的封装形式，也可以使用便于理解的参数和通用的生长函数，为不同品种的规划乔木提供封装形式(图1)，并应用便于理解的参数(图2)和通用的异速生长函数来构建模型(图3)。

    △图1根据Cescatti形态制作的非对称壳状模型

    △图2用来定义单体乔木树形特征的变量

    △图3基于最大深度参数、树冠半径与根系半径之比及1个独立形式参数生成的典型根系形态

    2)选择和定义若干生长公式以计算随树龄变化而变化的树木形态和体积，反映特定乔木树种的基本形态特点。(图4-7)

    △图4Chapman-Richards生长函数

    △图5用AutoCAD绘制的小叶椴树形控制线

    △图6小叶椴树生长(高度)曲线与巴伐利亚州数据对比

    △图7小叶椴树的相对生长曲线

    3)定义每个设计阶段所需的信息，即LoD。这部分内容基于本文提出的模型构建方法和尚在酝酿的风景园林BIM元素标准而制定。(图8)

    △图8BIM模型元素要求与BIM乔木模型LoD对照

    4)在Dynamo的可视化编程环境中测试所提出的建模方法，并导出Revit族，在风景园林工程BIM应用工作营中试用。(图9-12)

    △图9Dynamo图像中的树高、分枝范围和根系

    △图10Revit中不同年龄参数下的树种类型乔木

    △图11Revit中的族和Enscape中经过渲染的关联资源

    △图12用乔木Revit族实现的乔木根系和管道的冲突检查

    3、结论和展望

    本文所报告的BIM乔木模型研发，目前完成了主干清晰的单体乔木的参数集，在此基础上未来可进一步开发多主干丛生状的乔木，并用类似参数开发灌木的单体模型，从而逐步丰富BIM植物模型的数据资源。本文所完成的BIM乔木模型与现成的植物数据库及其选择工具相关联，与可视化渲染资源相连接，就可以将参数化乔木模型集成到风景园林师的设计工作流。设计师应用该模型时只需根据乔木的类型和形态、树种、规格等设计要求在软件界面进行选择，而无需对复杂的参数和控制因子进行操作。该BIM乔木模型与高精度卫星定位系统和自动控制机械相关联，便可集成到风景园林工程建造工作流，实现苗木储运、假植、转运的精细化管理和免放线种植施工。将该模型的参数集通过二维码和手持终端连接，便可集成到养护管理工作流，通过物联网控制乔木与灌溉、施肥、病虫害检测等内容的关系，实现信息化植物养护管理。

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