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摘要：利用CAD软件对建筑物BIM模型进行快速创建，从CAD图纸入手，采用半自动或全自动建筑物部件识别技术完成建筑物三维模型构建，这也是当前建筑设计最优的解决方案。本文所研究对象为五层建筑平面设计大楼，利用CAD软件数据化简相关建筑部件图形，与建筑部件组方式相结合完成最终三维模拟构建，此基础上进一步拓补室内空间建筑与建筑模型信息之间的关系，将BIM模型三维图导入Unity3D场景，利用CAD软件光照渲染技术结合构建模型，最终呈现工业园区整体场景。
关键词：BIM模型；CAD软件；快速创建方法；图形成型
Research on Rapid Building BIM Model Creation Method in CAD Environment
MA Huifang
(Computer Science Deparment,Kaifeng Vocational College of Culture and Arts,Kaifeng Henan 475000)
【Abstract】：Using CAD software to quickly create building BIM model,starting with CAD drawings,using semi-automatic or full-automatic building component recognition technology to complete the construction of building three-dimensional model,which is also the best solution for current architectural design.The research object of this paper is thefive storey building graphic design building.The CAD software data is used to simplify the relevant building component graphics,which is combined with the building component group method to complete thefinal three-dimensional simulation construction.On this basis,the relationship between the indoor space building and the building model information is further expanded,the three-dimensional drawing of the BIM model is imported into the Unity3D scene,and the CAD software lighting rendering technology is used to construct the model,so as tofinally present the overall scene of the industrial park.
【Key words】：BIM model;CAD software;quick creation method;pattern forming
引言
大数据、物联网、虚拟仿真、云存储这些信息技术的快速发展成就了智慧城市的不断进步。建筑是城市核心的组织单元，对建筑物进行传统二维平面一体化分析，已经不能满足当前建筑设计要求，有很多专家学者利用CAD、BIM领域研究建筑物三维模型立体成像，三维建筑物空间成像模型具有一定复杂性，在不同方向进行应用时，对三维格式要求较高，产生的三维数据与数据融合亟待解决，以传统CAD软件数据构建三维模型，利用激光扫描方式进行建筑物三维模拟构件，不管在建模成本，建模效率，应用效果方面均不能呈现理想图像要求，特别是对建筑物内部结构的拓扑关系表达及室内一体化表达中需要有很多的问题去逐项克服，换而言之，城市室内建模所使用的三维图像方式无法发挥CAD二维数据的全部职能功效，因此本文在CAD软件基础上深入研究BIM模型快速创建方法，以弥补在图像呈现效果方面的不足[1]。
1建筑空间信息模型构建
传统CAD技术中，若完成建筑三维模型构件需要手动建模，最终只能得到相关几何信息，伴随新技术的不断发展，采用激光三维扫描倾斜影像，可以自动快速构建大规模城区三维模型图像，但对于建筑物室内场景仍无法利用软件呈现出来。在CAD软件环境下使用BIM模型技术，能够将建筑物室内模型中良好的适应性、高效性呈现给施工人员[2]。除此之外原有的二维图像形式已经不能将建筑物各类信息更为直观表达，当前三维模型日渐受到关注，近年来针对现代建筑物的三维模型已经从高效简单的二维CAD图像演变成三维图像，虽然传统的人工建模方式能够取得良好的后期效果，但效率极低，因此从CAD图纸出发采用半自动或自动技术对建筑物进行识别，可以快速完成建筑物三维模型构建，为三维图像发展寻求到一条最佳解决方案。
1.1总体流程
建筑设计施工主要依据建筑物平面CAD图纸进行，CAD软件图形中给出了建筑物的尺寸、材质以及各部件精确位置。设计人员在充分考虑业主的需求基础上，结合设计规范，通过二维CAD图片呈现出立体建筑，施工人员可以在图纸的基础上解析三维建筑，所以三维建筑模型应与CAD软件图形相互匹配。如图1所示。
大型建筑物CAD软件，空间信息建模时，均会保存设计要求，施工CAD数据，且能够直接应用在施工过程中。如果没有CAD文件，应将CAD图纸保留下来，并进行扫描提取相关矢量信息。在对CAD图纸进行简化处理过程中，CAD图形复杂性较高，不同的符号类别代表不同的含义，造成自动识别难度增加，因此需简化CAD图形，同时分层进行相关符号识别。CAD图形简化后，可以捕捉到建筑物中的墙、门、窗等信息内容，这些图像信息涵盖了尺寸信息和位置信息，建筑部件组建模方便后期模型组合使用，同时构建模型空间连通、连接等拓扑关系。
1.2建筑平面CAD图化简
在建筑中，最常用图形之一是建筑平面CAD图。施工基准为建筑平面CAD图，建筑材质信息、部件信息、位置相互关联等均属于参照数据。
建筑物平面设计图纸如图2所示，其中构建了建筑物内部详细信息，包括各类部件尺寸、材质以及家具、装饰物、填充物等。在整个建模过程中，这些信息都是基础数据，平面CAD图像还包含大量的其他建筑信息内容，在识别过程中会增加计算机难度，所以对整个建筑CAD平面图纸需简化处理，并根据分层要求绘制不同类别建筑物。
1.3建筑部件识别
化简后的建筑物平面图，包括了建筑物当中的墙体、门窗以及各部分语义部件信息，由于CAD软件绘制有一定不规范性，所以在部分图层划分上会出现不明确现象，造成层级建模与直接适配性不强等问题[3]。CAD软件图的墙体表现为细长矩形，包含四个顶点，拐角处的T形、L形、X形等比较复杂，L形有顶点8个，T形有顶点8个，X形有顶点10个。复杂墙体在最简单墙体基础上进行T形、L形、X形墙体的增加[4]。其中每进行一个L形墙角的增加，会增加整体点数2个；每增加一个T形墙角，点数将增加4；每增加一个X形墙角，顶点将增加8，如图3所示为墙体识别流程。
1.4建筑部件族构建
对于模型的构建传统三维软件，仍以平面设置为基础，对二维图形进行简单模型绘制，通过拉伸形成三维模型，并在此基础上增加纹理贴图建模，人员水平的高低直接决定最终所呈现的建模效果。传统软件是基于足部件而完成建模信息的，所以建筑物常用部件图源应提前定制，在整个建模过程中，只需定制各类材质、位置、尺寸等信息，就可快速完成三维模型构建。
1.5建筑三维模型生成
在使用了主流BIM构建软件Revit构建三维模型后，与建模需求相匹配，在对建筑样式进行设计时，需要构建建筑部件族文件，同时结合CAD图定制族部件和化简与识别技术，对Revit建模过程进行简化，有效提出建模效率，构建三维模型，如图4所示为建模流程。
基于Revit，从二维平面CAD数据到构建三维模型时，首先要确定限制条件，链接各层建筑部件CAD图层，将部件参数与材质添加，构成三维模型，如图5所示为建筑模型展示。
2建筑空间信息模型拓扑构建
建筑物空间信息模型拓扑关系能够对不同类型的模型进行区分处理，并且能够进行GIS空间查询和分析等相关工作内容。
2.1建筑部件统一编码体系
软件编码是有效的信息识别手段，对于场景较大且存在复杂度较高的建筑物模型时，应具备强大的定位分析及查询功能，此时编码的重要性及意义就越发凸显。GIS是由地理编码体系构成，可对感兴趣的地点进行快速定位查询，同时BIM中也存在匹配的编码体系。
如图6所示为统一编码，定义统一编码规则，地理位置由前四位存储，在建模过程中根据编码规则对建筑物进行编码，实现各楼层，区域及种类的划分统计，便于后期各类查询功能实现，通过统一编码方式对新建筑物空间信息进行整体规划，按照地区方式展示建筑物各类信息内容。
2.2室内地图及拓扑
在建筑室内，房间邻接、连接关系是空间拓扑关系主要形式，对建筑空间信息模型来说，空间关系可将不同楼层房间连接关系表现出来。建筑下一级单元可构成建筑空间信息模型的楼层，空间则是由楼层下一级单元构成，连廊将封闭房间相连接构成楼层空间，最终再由楼梯和电梯将整栋楼构成空间拓扑连通关系。
2.3楼层间拓扑关系
建筑楼层拓扑关系是规划、分析室内路径的关键内容，与室外路网拓扑连接图的差异主要为，建筑物大多是以多层空间为主，能够实现平面连通，实现建筑室内空间连通，并为建筑物内部的楼层空间的搜索规划与路径导航奠定基础。
3 BIM和GIS场景数据融合，实现园区周边大场景模型制作
融合BIM和GIS的过程，需进行两个层面的融合，包括模型级别和应用层次级别融合。构建BIM建筑物语义模型、GIS中建筑语义模型一致映射。对于构建的大楼BIM模型，使用Revit的BIMrun插件将几何模型导出，并应用在Unity3D构建的场景中，基于光照渲染技术，加载模型底部影像，匹配位置信息，将BIM与GIS模型在统一场景下进行融合。
4结论
三维模拟建筑，在对城市建筑物室内进行建模时，无法全部展示室内模型信息。因此本文利用CAD软件与BIM模型技术相结合，实现了对建筑物的模型，快速创建新方式。首先从CAD图纸出发，对建筑物各部件进行了半自动或自动化识别，有效的解决了CAD软件三维模型构建的效果不足问题。通过对五层建筑大楼CAD数据化简得到建筑物各部件图形，与建筑物部件组方式相结合，简化了三维模型构建，并在此基础上进一步拓扑了建筑室内空间信息。最后将BIM大型三维模型导入Unity3D场景，增加光照渲染效果，实现了整体效果的呈现。
参考文献
[1]张培.楼梯间详图设计中BIM与CAD软件的协同应用研究[J].技术与市场,2020,27(10):33-34+37.
[2]常治国.BIM技术在农村住宅结构CAD软件后处理系统中的应用[J].计算机辅助工程,2015,24(1):68-71.
[3]郑国勤,沈文都,于贵友,等.BIM及建筑CAD软件中的图形平台技术研究[C]//第十七届全国工程建设计算机应用大会论文集,2014:121-124.
[4]迟小羽,郑国勤,王琳,等.BIM及建筑CAD软件中几何造型内核的评估及应用研究[J].土木建筑工程信息技术,2014,6(3):1-8.
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