三维协同技术在建筑模型创建中的应用研究

张慧洁 吴 钢

（上海勘测设计研究院，上海 200434）

20世纪90年代初，中国的主流设计领域几乎都使用二维软件固化设计思想。随着中国与国际设计交流更加频繁，设计产品中所包含的信息点也更加多元化。设计图纸需要体现建筑的结构面貌，还需要对建筑内的设备进行全生命周期信息的记录、管理，并能在虚拟的三维空间中辨识建筑空间及部件。

三维协同技术在应用中主要通过两个软件平台实现。首先在ProjectWise交互平台上创建各专业目录，便于在设计工作开展中实时更新参照和协同三维模型，然后使用microStation完成初期建模和模型碰撞试验。三维协同的产品生命期信息的记录功能可以为每个设备记录产品的各项参数和指标，可为建筑全信息的生命周期管理。

1 三维协同技术的主要特点

结合使用经验，将三维协同与二维软件进行横向比较，以此来说明两类软件的运用特点。

从创建空间来看，二维软件是创建平面化图纸，三维协同软件则是创建三维的空间；从创建精度上比较，两个软件皆为精密作图，没有明显差别；从图纸的可视度方面比较，二维图纸需要通过至少两面视图的识读来确认建筑的空间造型和位置，三维模型则可以非常直观地看清建筑全貌，以及空间中的相互关联，对读图者的专业知识基础要求相对较低，便于设计者与业主的沟通。

从专业配合角度比较，用二维软件创建的各专业图纸需要通过全面识读和消化才能确保尽量少的管线碰撞，用三维协同创建的建筑空间，其他专业的管线图可以相互参考和嵌套，实时更新。

从剖面图绘制方法上进行比较，二维软件中的剖面图需要通过设计师绘制完成，如果是对异形空间进行剖面图绘制，往往绘制难度较大，绘制时间也较长。三维软件中的剖面图可以通过设置剖切的位置和方向，以及限定剖切后的可视距离达到自动生成任意位置的剖切抽图。

从竣工图的涉及范围进行比较，二维竣工图中只对建筑的竣工面貌做记录，而在三维协同软件的模型中除了对建筑及相关设备的竣工现状做三维记录外，还可以对设备的名称、型号以及使用年限等做详细的记录和修改，便于建筑在使用过程中，管理者对设备进行系统维护。

从呈现效果方面进行比较，二维软件图纸一般为单色表达，如果需要二维彩图呈现，则需要在其他平面软件中制作，如需三维效果图，必须运用其他三维软件创建模型和后期制作。而三维协同本身为三维创建，同时具备三维渲染功能。无论是对建筑的材质设置，还是对天气变化的模拟等都可以进行相对完整的设置和应用，可以实现静帧效果图生成、视频片段和实时漫游的创建。

2 三维协同技术在连云港国际客运站项目设计中的应用

江苏连云港国际客运站项目是一个空间异形的建筑项目，站房建筑面积 17181m2，分三层，其中一层高6.6m，二层高6.0m。三层高差变化较大，从5.73m到16.57m，由六个顶部曲面、高低不一、角度各异的单体组合而成（见图1）。由于建筑外观不规则，屋顶高差变化较大，此项目运用二维软件绘制立面图和剖面图的工作量较大。因此尝试采用三维协同技术创建与二维软件设计并行的应用模式，发挥各自优势，在相互参照和补充的过程中完成施工图设计工作。

（1）ProjectWise Explorer创建各专业交互平台。首先在ProjectWise创建专为该项目设置的文件夹，并为各专业创建子文件夹，便于相互参照。虽然只是文件夹的创建，但目录树是协同功能所必须的平台，是模型文件创建的首要准备工作（见图2）。

图1 客运站效果图

图2 基于轴网的模型搭建

（2）Building Designer Tasks搭建规整空间。MicroStation包含的Building Designer Task目录内提供了较为全面的构建库，构建库的集成化和数字模块使得搭建标准构建和设置构建材质参数等工作简化了很多，高效率的创建方法和智能化的衔接自动识别，窗洞和门洞的自动识别和创建便捷程度优于传统的二维图纸创建流程。因此，可以运用此模块进行创建标准化建筑模型和非标准化的建筑粗轮廓，是搭建模型的第一步（见图3）。

图3 基于轴网的模型搭建

图4 异型空间模型创建

（3）MicroStation Tasks搭建异形空间。软件构建库的集成化和数字模块不能满足建模要求，创建过程基本需要分两个阶段完成。第一阶段是异形空间的模型创建阶段，通过灵活运用MicroStation Tasks中的 Solidsmodeling、Surfacemodeling等完成 “白模”造型；第二阶段是材质设置阶段。（见图4）

（4）运用 ProjectWise Explorer程序在MicroStation中实现各专业信息实时交互。通过从ProjectWise获取已创建的项目组中勘测、建筑、结构、暖通、给排水等三维图纸，轻松参考多份三维图纸的功能（见图5）。

图5 各专业模型参考

图6 各专业碰撞实验一

（5）运用 ProjectWise Navigator进行碰撞检测设备、管线及建筑墙体开洞修改。三维协同可以通过创建一个空文件，使用参考方式将建筑、设备、管线全部参考到一个文件里，运用 ProjectWise Navigator选择任意两个或多个专业的参考文件进行碰撞试验，软件将自动在三维模型中标示出交叉、冲突和穿墙的部位，并自动生成列表，用于逐个查询和修改（见图6）。

（6）Triforma三维抽图。传统的二维图纸在现场施工使用时的便携、节点图纸的重点突出在目前的现场施工中还是最常使用的，三维模型在施工过程中还是需要以二维图纸的方式呈现。三维协同软件中的MicroStation程序具备三维模型的抽图功能，可以基于创建好的建筑模型生成平面和立面图纸，并在任何位置快速地剖切和抽图，大大提高了剖面图和节点图的绘制时间，提高出图效率（见图7）。

图7 三维快速抽图

3 结 语

以连云港国际客运站项目为例，探讨了MicroStation在建筑三维模型搭建中的应用，对建筑模型的创建流程、三维抽图的应用方法、协作平台的运用以及碰撞试验的工程实践等方面进行了一些积极尝试。尤其是对异形空间轴网和模型创建的思路和方法做了一些有益探索，为今后的建筑模型创建提供了技术储备。

总结应用MicroStation和ProjectWise软件进行建筑设计操作的流程，强调在整个三维协同配合过程中预先梳理专业流程、按照流程推进进度的重要性。在应用过程中，我们也发现了一些难以避免的设计流程问题。理想化的流程是在ProjectWise中预先创建专业目录树后，首先确定结构模型，然后再开展建筑模型和其他设备专业模型创建，但现实设计工作中往往首先确定建筑的方案模型用于交流和深化，方案确定后再进行结构计算和建模，虽然模型变化细微，但建筑模型只能全部重新创建。因此，在设计时间需要预留足够的建模时间，以保证后续各专业模型的准确性和时效性。现在我们对三维协同软件的运用尚处于起步阶段，但随着设计国际化的发展，将BIM技术运用于产品设计、维护、使用全过程，真正全方位的提高产品设计及产品管理的深度将是我们在未来设计中的新目标。

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