BIM模型在专业教学中的应用研究

李立功，牛丽娟，张学钢，朱仁义

（1.陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714099；2.自然资源部第一地理信息制图院，陕西 西安 710054）

2016-09-19，国家住建部发布了《2016-2020 年建筑业信息化发展纲要》（建质函[2016]183 号），对“十三五”期间，建筑业信息化进程做出了全盘规划。旨在增强发展能力、优化发展环境、加快信息技术与行业深度融合、塑造新业态为导向，构建建筑业信息化的发展格局。自此，我国建筑业掀起了以数字化、网络化、智能化为突破口，数据资源利用水平和信息服务能力提升为基本特征，突出BIM、大数据、云计算、物联网、智能化技术等在建筑行业的应用为重点的热潮。

各建筑企业及单位都在特色项目及重点项目上进行了BIM 技术应用的尝试和运用，为BIM 技术后期的大面积推广应用奠定了基础。BIM 技术是“十三五”建筑业信息技术发展的重要内容，从理念的提出、实践发展，一直到目前步入全过程应用，其技术优势已经成为建筑业的亮点，BIM 技术未来的发展方向是实现建筑全生命周期的信息共享[1-2]。

BIM 技术在建筑行业领域的应用可概括为3 个方面：BIM 模型的创建、BIM 模型的应用及BIM 技术的推广，这3 个方面贯穿于建筑建设的全生命周期，模型创建方面主要使用的是欧特克公司的revit 建模软件。目前通过大量项目的实践应用，我国的BIM 技术也已较为成熟，产生了像鲁班、广联达等较强的BIM 系统，提供全面解决建筑行业问题的BIM 技术系统软件，而鲁班BIM 系统平台更是在迪士尼、上海中心、苏州中心、乐清湾大桥等700 多个大型房建与基建项目进行了深入的应用，成效显著。在建筑行业数字化转型的过程中，必须不断加强加快建设“BIM+大数据+人工智能”的企业数字大脑，构建数字神经，不断夯实小前端、大后台的运营能力，从而实现提质增效的目标[3]。

尽管BIM 技术在建筑行业的应用广泛，工程级BIM 应用基础已打牢，集团级BIM 应用发展时机已成熟，但是BIM 技术在这些领域的应用，大都关注在经济效益、三维展示、工程及材料量的获取及结构物间的碰撞检查等方面，对于BIM 技术在其他方面的应用鲜有探索和研究，如何发挥BIM 模型直观形象的特点，拓展BIM 技术在专业教学中的应用，将BIM 模型的应用推广到专业教学领域，是需要思考的问题[4]。

本文以工程中常用的revit 建模软件为基础，结合高职工程测量技术专业的教学需求，依托2 个具体模型的创建过程，对BIM 模型在专业教学的应用进行对比分析，从数据获取方式、模型创建的方法及模型的具体应用进行了分析和探讨，考虑到模型应该具有一定的普通性，故选取了一个不规则的雕塑作为一个案例来进行研究；又考虑到建模软件模型创建的方法不同，选取了水准仪为另一个案例来进行对比研究，研究思路如图1 所示。

图1 文章研究思路图

1 雕塑模型的创建

本文选择研究的第一个对象如图2 所示，整个雕塑为古代四足鼎的造型，全鼎所用材料为某铁路工务段的废旧路料，为一尊雕塑。

研究对象一的结构可以从上到下分为：鼎、四足、基座3 个部分，所以在建模时考虑从这3 个方面来对研究对象进行描述，鼎的顶面由钢轨轨头构成，中间由各时期废旧钢轨与轨枕的联接件构成，鼎身四周道钉连接输嵌枕木板，四足是由钢轨轨底焊接形成的一个方形底座。鼎的上下顶面均为长方形，但尺寸不同，上顶面宽，下顶面窄。鼎的四足为正六边形的柱状体，上下顶面的形状相同，但尺寸不同，具体见表1。

表1 研究对象一的尺寸

使用Revit 软件进行异型结构建模的方法一般为选择使用族或者体量来进行创建，两者创建的方法不同，建模的思路也不相同。本文建模所使用的方法为使用族来进行创建模型的方法。根据表1 的尺寸采用revit中的族命令进行创建，首先选择公制常规模型进行创建，使用实体创建中的拉伸命令完成研究对象一的底部结构基座的创建，在创建完成基座的基础上，再进行鼎四足的模型创建。

在进行鼎四足模型创建时，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进行创建，创建模型时还要注意模型之间的位置关系，因为使用revit进行模型创建的核心思想就是“使用零散的积木拼接成稳固的目标形状”，所以不同位置之间的位置关系必须要准确，鼎的四足创建完成后就是鼎的模型创建，这里需要采用先创建实体模型，在创建空心模型，最后两者进行裁剪、求差，得到最终模型（未渲染）。如图3所示。

图3 研究对象一的模型

2 仪器模型的创建

为与研究对象一有较明显的对比性，同时又保证研究对象具有一定的普遍性，同时考虑工程测量技术专业教学需求，需具有一定的特殊性，本文的第二个研究对象选取了工程中最常见的测量仪器-DS3 水准仪，它与研究对象一的对比性是指它的尺寸相对于研究对象一来说，非常小，是研究对象一的百分之一，它的普遍性是指在工程建设领域它是最基础的一项仪器配备；其特殊性是指它的形状使用语言也比较难描述，无法用常见的形状对其进行介绍，仅使用图片展示，缺乏形象直观的认知印象。如图4所示。

图4 研究对象二

研究对象二的结构可以划分成上下结构：即上面是望远镜，下面是基座，但是形状不一，语言上很难描述。为此，对研究对象二的4 个主要部件进行了5 次量测得到其主要尺寸表，具体见表2。

表2 研究对象二尺寸表

为了研究方便，水准仪模型在创建时，仍然采用基于公制常规模型的创建办法，按照“搭积木”的思维方式，从下到上创建模型，根据表2 限定的尺寸要求，进行模型创建，如图5所示。

图5 研究对象二下部结构模型的创建

创建完下部结构，开始进行上部结构的创建。在进行上部结构模型创建时，既要考虑上下结构之间的位置关系，又要考虑到研究对象二本身的特点，研究对象二有一条竖轴穿过其中心，所以在进行上部模型创建时应先找到研究对象二的中轴线，然后再以中轴线开展模型的制作和拼接。

最后，经过拼接、处理、裁切，就可以得到研究对象二的模型（未渲染），如图6 所示。

图6 研究对象二的模型

3 对比分析

文中的研究对象选取的都是较常见但是结构均有些特殊的物体，这是因为现实世界中需要创建模型的原型往往是不规则的，具有特殊的形状结构。此外，本文中建模主要采用的是revit 中族创建的方式，将模型分为多个单独的个体进行绘制。这样绘制的优势在于：能将模型的细节进行精确绘制，准确反映需要创建模型的特点和特征等要素，难点是对于模型的理解和模型个体的组成部分之间的互相定位[1-2]。

对于研究对象一而言，因其尺寸较大，且相对于研究对象二而言，其组成部分比较简单，易于理解模型及其组成部分之间的关系，采用族拉伸、融合、空心融合等功能就可以进行绘制，即可生成相关模型。在后期制作渲染的过程中，可根据需要进行纹理、材质及贴图等处理，使得模型能够反映真实物体的更多属性信息，进行研究应用。

对于研究对象二这类比较小的仪器模型创建，需要特别注意细节，研究对象二属于精密仪器，体积不大，但构造精细，就更加需要关注其各个零部件的形状、关键参数及其相对空间位置关系，而且由于研究对象二的体积与尺寸相对于研究对象一要小很多，因此对于尺寸的获取要求要更加精确。其绘制多采用拉伸、放样、融合等方式，在绘制完成后要根据实物零部件的空间位置关系，来决定模型的连接方法。模型创建完成后，可根据需要进行材质，色彩的渲染，以便与实物更加吻合。

通过两个模型创建过程的对比分析，可以发现在现实世界中的异型结构物体，也可以使用revit 软件来进行模型的创建，前提是对所要创建模型的物体充分了解，掌握物体的结构样式及组成部分之间的位置关系等。由此，可以将BIM 技术的模型创建应用领域进行推广：①对于工作、学习和生活中存在的那些特别常用，需要掌握其结构，同时又难以用语言进行描述的物体，可以用三维模型的方式进行介绍和学习，形象直观而且不宜出错。②在各大企业都将BIM 技术视为员工必备技能，各大院校都将BIM 技术列为学生必修课程的时代背景下，要求员工或者学生根据图纸创建模型以掌握仪器、设备等构造和原理等知识，也是可以实现的，在掌握了仪器及设备的构造和原理的同时，又强化了BIM 建模技术的应用。

4 结 语

21 世纪是一个信息技术迅速发展的时代，特别是近几年随着信息技术的快速发展，三维建模无论是从速度，精准度还是物体的还原度上都要远远优于传统的二维方式。BIM 技术不只是用于三维建模，而是从项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对，为设计团队以及包括建筑、运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用[5-6]。

本文以工程中常用的revit 建模软件为基础，依托两个具体模型的创建过程，对BIM 技术模型的创建及应用进行对比分析，从数据获取方式、模型创建的方法及模型的具体应用进行了分析和探讨，考虑到模型应该具有一定的普遍性和适用性，故选取了一个不规则的雕塑作为一个案例来进行研究；又考虑到建模软件模型创建的方法不同，选取了水准仪为另一个案例来进行对比研究。通过两个研究对象的对比分析可知：对于日常生活、工作和学习中的难以用语言或者使用常规手段难以进行描述的物体，可以使用BIM 技术创建三维模型，进行直观展示。BIM 技术的应用还可以拓展到高校的教育教学活动以及企业员工的培训学习活动中，通过对所选物体的三维模型创建，可以实现既掌握物体结构及原理特点，又强化BIM 建模技术的能力的效果。

BIM 技术建模的软件有很多，每款软件都有自己的特点和适用行业，本文仅以revit 软件来进行研究是基于revit 是工程建设领域常用的建模软件，在BIM 技术应用探索方面还应从以下几个方面进行深入：①BIM 技术的理念是高效、快捷、人性化，基于此应探索对于异形结构或非常规模型，有无更高效的建模方法；②针对BIM 技术侧重于建筑 物或物体内部属性的特点，应考虑与GIS、RS 等结合，丰富模型内外部的信息，以拓展其应用的探索；③实际应用中，为发挥更大的效应，还应进行BIM 系统与其他民生系统（如电力、交通等）的数据及其他信息进行共享及联合应用的探索。