BIM在主题乐园设计中的全面应用，还有多远？

建筑设计是在一定的思想和方法指导下，根据各种条件，运用科学规律和美学规律，通过分析、综合和创作，正确处理各种使用要求，处理如结构、施工、材料、经济等之间的相互关系，为创造良好的空间环境提供方案和建造蓝图所进行的一种活动。它既是一项政策性和技术性很强、内容非常广泛的综合性工作，也是一个艺术性很强的创作过程。

乐园设计作为一种公共娱乐空间的设计，除了需要符合一般的建筑的地方标准和国家标准，其中加入的诸多专用设备和娱乐设备，既需要符合相关的国家和地方标准，还需要嵌入合理的文化要素，达到娱乐的要求。在这些前置要求的置入下，就会使乐园设计本身的规划，造型，设备，系统集成等相当复杂，对乐园设计的过程提出相当难度的挑战。

工程制图学科和计算机图形学的发展

工程制图是一门专业基础学科，以画法几何的投影理论为基础，以直尺、圆规、图板为工具，以黑板、木模、挂图为媒介，已有200多年的历史，使用正投影法来呈现设计物体的外形，尺寸，构造等内容。建筑作为工程学科，工程制图已经成为连接建筑师和工程人员的桥梁，是设计学科的通用语言。在设计的早期阶段，通常使用铅笔绘图纸来呈现设计，这种方法原始而又古老，效率不高，而且一旦发生失误，就要大量使用橡皮来擦除和修改，经常发生图面破损的情况，经常打断设计师和建筑师的设计思路，给设计工作带来阻碍和损失。在20世纪50年代，随着计算机的发明，在大量科学家和工程师的努力下，使用计算机来呈现设计，从一种设想，慢慢变成现实，并随之产生了一门新学科—计算机图形学。

手工绘图时代的绘图工具

早期的建筑设计手工绘制施工图

对于大多数建筑师来说，立意构思的过程仍是在大脑和草图纸上完成的，电脑技术在这方面确实还不能与传统的方法相抗衡。而在建筑设计过程中，随着现代设计朝智能化和信息化发展，出现了计算辅助设计（Computer Aided Design  CAD）软件和系统，无论是方案设计、初步设计还是施工图设计都广泛地采用了CAD技术。使用CAD技术可以缩短设计周期、提高图纸质量和设计效益，可以产生直观生动的建筑空间效果，还可以促进新型设计模式的产生。初代的CAD系统主要体现在二维层面，例如Autodesk公司的AutoCAD。对比传统的建筑手工制图，二维CAD应用系统发挥了巨大的作用，大大提高了绘图精度，工作效率和设计质量，缩短了设计周期，并有着方便修改和容易细节推敲，可以任意放大图面无限修改细节等优势，但受限于当时计算机的中央处理器的计算能力及显卡的即时渲染处理能力，二维CAD制图系统的能力也有其局限性。

用二维的图纸表达三维的建筑，必然要将原来完整的建筑模型割裂成平，立，剖面等多个不同侧面，引入大量重复信息，效率低下。总的说来，二维CAD软件系统存在的不足有：各专业协作设计缺少一个统一的技术平台，二维设计禁锢了设计师的空间想象力和创造力，设计修改工作量巨大，图纸审查和细节检查复杂抽象，项目各参与方缺少信息交流平台，存在信息断层等。对于乐园设计来说，相较于一般的建筑项目，更多专业设备，更复杂的业态，更梦幻的建筑造型，对应于二维建筑设计平台，只能聘请更多的高等级的工程师和设计师用线条来勾勒天马行空的想法。

第一个迪士尼乐园的规划草图

随着现代设计的趋势向有机主义发展和计算机图形学的进一步发展，对于复杂形体在计算机系统中的建模和模拟终于成为可能，其中的代表和佼佼者就是著名建筑师扎哈.哈迪德。在整个80年代，这位先锋建筑师的概念只能存在于纸面上，当时的计算机和计算机图形学不能支持复杂形体或对复杂形体的支持不好。在概念设计的层面上，不能对空间和建筑的形体上对设计形式做技术上的呈现，在工程建造上由于缺乏相应的技术手段，也不能在客观上还原建筑师的想法。

扎哈.哈迪德建筑设计草图

在时间进入90年代后，得益于微型计算机的中央处理器（Central Processing Unit CPU）的计算能力不断加强和显卡的晶体管的数目急剧增加，加上计算机图形学的突飞猛进，制造业的图形设计逐渐三维化。这股浪潮也随之向建筑设计行业蔓延，对建筑的设计和施工也带来革命，CAD设计系统逐渐由2D设计向3D设计进化。在计算机3D图形学的参与下，逐渐发展出参数化设计的思维，参数化建筑的核心正是三维设计软件的参与，利用数学参数的思维来主导建筑的设计。在此前提下，扎哈.哈迪德完成了她职业生涯中的第一个重要项目----维特拉家具公司（Vitra）的消防站，该项目竣工于 1993 年。为扎哈.哈迪德赢得巨大的声誉，她也由于此项目获得2004年建筑学的最高奖项----普利兹克奖。

扎哈.哈迪德作品维特拉家具公司（Vitra）的消防站

在技术和潮流的推动下，利用计算机三维平台参与建筑设计逐渐成为潮流。与二维设计系统相对比，三维设计的系统更加直观和具象，在具有学科背景的技术人员在相对少数的培训时间后，即可使用软件参与项目的设计。在此类软件的应用下，可以有效提高设计师的效率并减少设计中的人因误差。

三维曲线和复杂的流线形空间构建

在此过程中，越来越多三维建模和渲染软件应用于建筑行业，如3D Max ,3D studio VIT, form Z等。通过这些软件可以创建表面赋予材质，颜色以及光学效果的逼真建筑效果图，使计算机可以越来越逼真地呈现建筑的最终建成效果。在向业主汇报时，可以加以直观呈现。但这些3D模型仅仅是几何体的组合，其中无法包含特定建筑的构件的属性，例如构件特征，门窗参数等。只能用来推敲设计的外观和空间布置等，无法进行协助分析各个方面建筑的性能，也无法作为协同设计和协同管理的平台。

BIM概念的出现和传统三维软件的对比

随着信息化的推广，逐渐出现了对建筑设计施工整个产业链的整体把控的思维。1975年BIM之父Chuck Eastman，提出“Building  Description System”系统，但受限于当时的科学技术条件，还无法从技术层面上应用此思维，来指导建筑设计和施工的实际应用，直到2002年，Autodesk公司提出建筑信息模型(Building InformationModeling，BIM),是对建筑设计的创新，随着计算机软硬件水平的迅速发展，全球三大建筑软件开发商，都推出了自己的BIM软件。如Autodesk的Revit, Bentley的Bentley Architecture, Nemetschek Graphisoft的ArchiCAD等。

主流BIM软件公司的主流协同平台

CAD时代和BIM时代的软件对比

相对传统的3D CAAD（Computer Aided Architectural Design），基于BIM技术的应用系统可以创建出包含大量真实建筑信息的虚拟建筑模型。其中包含了建筑的构造，工艺和建筑材料等建造一个建筑所需要的组成部分。它是一个囊括建筑所有信息的综合数据库，这个数据库不仅可以用于建筑设计，还可以用于建筑性能分析，结构分析，设备管理等。

BIM平台集成的建筑产业的相关功能

现代建筑设计和施工中包含众多设备，设计流程极其复杂，在设计过程中由于设计方和设备供应方的信息不对称或沟通问题，通常在设计和施工阶段都会存在一系列的问题。乐园项目由于众多非常规设备和专用设备的加入，建筑本身的非规则造型，与传统建筑设计相比，有综合性高，技术难度大的特点，设计和施工都有很大的技术和管理难度。

在乐园项目的设计期，由于目前各国各地图设计资源分布不均匀，特别乐园设计的先锋性，相对而言，国外的设计公司的设计理念和方式较国内领先，在此前提下，各专业团队，业主设计团队可能并不在同一处办公，由于地域位置不同产生的时差，也会对设计过程产生不可估量的影响。在引入BIM平台协同设计后，BIM设计平台的软件间为各专业使用的不同软件数据协同提供了统一的文件接口，确保各专业的数据模型可以使用同一平台，各专业设计时只需要完成本专业的模型并上传至统一的云办公平台上，通过项目的设计协调员通知其它专业设计师及设计项目的总控，即可实现最终设计模型的共享和统一，避免了设计过程中的设计误差。

Autodesk公司的BIM平台协同办公架构

主题乐园设计中BIM平台的应用

在乐园设计初期阶段需要各专业设计师和供应商、业主保持沟通，协同设计，确保项目顺利完成设计和施工。在乐园设计施工中导入建筑信息化模型设计（BIM）也成为未来乐园设计的潮流。在上海迪士尼的设计和施工过程中，就导入了BIM的设计，并在设计施工的整个过程中，积极应用此技术，最大程度上还原了设计师关于梦幻传奇世界的设想。

乐园建筑BIM模型

乐园项目在设计中，一般专业分类为：乐园规划设计(THEME PARK LAYOUT DESIGN)，乐园景观设计(LANGSCAPE DESIGN),乐园建筑设计(THEME PARK FACILITY DESIGN),乐园建筑结构设计(FACILITY STRUCTURE DESIGN),乐园电气设计(ELECTRICAL SYSTEM DESIGN),乐园包装设计(THEMED DECORATION DESIGN),乐园给排水设计(WATER SUPPLY/DRAIN DESIGN),乐园暖通设计(HVAC DESIGN),乐园控制系统设计(CONTROL SYSTEMDESIGN),乐园声学设计(ACOUSTIC DESIGN),乐园音频设计(SHOW AUDIO DESIGN),乐园视频设计(SHOW VIDEO DESIGN),乐园灯光设计(SHOW LIGHT DESIGN),乐园标识装饰图元设计(SIGNAGE & GRAPHIC DESIGN),乐园演出行动设备设计(ACTION EQUIPMENT DESIGN)等。

BIM平台各专业协同设计模型集成

在主题乐园各专业进行分项设计时，由于各装业的设计师和工程师对于各自专业的专注和对整体项目的认知不足，就容易产生与其他专业的冲突，在各自并行设计时，图纸没有进行整合，在施工阶段，各专业间的冲突，会产生极大的工程调整成本，而如果项目中导入BIM的系统设计，在设计阶段就可以对共用的模型进行整体复核，解决空间的分配问题，避免施工阶段的调整和变更，极大的节省成本和施工时间。

BIM模型关于模型各专业的碰撞检查

BIM模型关于模型各专业的碰撞检查

随着建筑信息化模型设计（BIM）的在乐园设计行业的引入，所有的专业都可以在共同的建筑模型中导入自己所专注的专业模型，并生成用于最终建造的实体模型。在此过程中，可以通过软件的操作和模拟，直观的查看最终的建成效果，并将三维模型数据应用于实际的施工建造。由于BIM模型中已集成了所有专业模型数据，各专业的空间干涉和碰撞可以在设计阶段就通过建筑BIM模型来提前分析，提前检查设计中存在的误差，防止各种专业设备在工厂定制完成后，现场施工时因相互冲突而不能安装。由于采用参数化的设计，在作设计调整时，只需要改动设计参数，就可以方便的修改和调整整个模型，并对其他有影响的专业模型做一次性的调整，极大减轻各专业设计师的工作量，并减少由于人工因素而产生的设计误差。

BIM模型关于模型各专业的干涉检查

在全专业模型合并入BIM系统后，可以直接生成用于施工的乐园平面，立面，剖面图，实现三维和二维间的无缝切换，直接生成用于招标或指导现场施工的二维图纸，各专业的修改和调整也可以直接反馈到模型中，借助IPAD，智能手机等终端手持设备，可以直接查看三维模型和平面，立面，剖面及结构节点，详细建构详图，有所见即所得的效果，可实现无纸化办公。

BIM平台在建筑和和结构专业间的切换

BIM模型直接生成平面立面剖面图节点详图

与传统建筑的设计项目相比，乐园建筑设计由于娱乐主题设计的需要，通常建筑的外形造型复杂，细节繁多，这给设计和施工团队都带来了挑战，传统的建筑设计使用二维图纸来绘制，在可以深入细节的同时，在各个视图的外形协同上就会产生误差，比如墙面装饰件的正视图和侧视图有细节冲突，在视图分开设计时并不容易察觉，在生产阶段发现时，只能做临时调整，将对现场安装带来不确定因素。且为实现与建筑的结构固定，通常需要在构件内部预植入钢结构构件，由于造型复杂，在现场结构放样后，通常会出现安装误差，在非常规形状结构难以调整的制约下，将对现场的施工带来很大的困难。在应用BIM系统后，可以直接在设计阶段解决装饰构件与主体结构的安装连接，并直接将三维的造型构件及预植入结构导出，输出二维图纸，直接在工厂放样生厂，减少生产安装的误差。

主题乐园装饰构件的BIM系统协同设计

主题乐园复杂装饰构件的BIM系统模型设计

BIM平台和计算机辅助加工和智能化制造的结合

现代智能制造的技术进步，工厂化数字定制的思维已经渗入建筑设计和建造。由于BIM系统提供的数据是参数化数据，所以BIM三维的数据接口可以实现与现代计算机辅助制造系统（Computer Aided Manufacture CAM）的数据协同，实现智能化制造，避免因人为的因素而导致的制造误差，提高工厂的生产效率和现场的安装效率，节省工时，利于项目的进度控制。在设计上最大还原设计师的设计意图，避免细节误差。

CAM在复杂装饰构件加工中的应用

CAM系统模拟复杂形体的加工

近些年来，随着逆向工程的进步，3D打印技术越来越成熟，这股风潮也渐渐向建筑设计渗透。和传统的建筑设计对比，主题乐园建筑复杂的造型给设计和施工都带来困扰，在3D打印技术导入后，基本可以实现设计和模型或实际构件的实时打印（生产），BIM平台的数据协同性可以方便数据的输入和导出，实现设计效果的24小时模拟，成为设计的检验和体验的直观手段。由于所有数据基于计算机控制的模型，消除了因人工生产的主观和随机因素，可以取得极高精度的制件，可以极大的减小现场安装的工人的工作量，节约人工支出，有助于提高整个项目的经济指标。

3D 打印在复杂建筑构件中的应用所见即所得的即时性

3D打印复杂构件动画

基于BIM平台的主题乐园建造模拟和项目管理施工应用

在BIM模型完成各专业集成后，可以在BIM平台上展开各专业的施工模拟，并生成模拟动画，这对于乐园这样集成了诸多特种专业的高难度项目，可以提前预知项目设计和施工的错项，漏项，纠正实际施工时的不恰当工序。在施工项目管理中，预留关键节点的缓冲时间，管理储备和风险储备，确保项目的施工进度和工程预算。

基于BIM的模拟建造动画

借助BIM系统开展乐园施工模拟的工序分析，借助BIM模型和进度计划软件（如MS Project，P3等）的数据集成，可以实现实时监控施工进度，实时调整现场情况。更好地把控施工进度，节约施工的时间成本。

以Autodesk平台的Revit为例，可将Revit模型导入BIM5D平台中，关联进度计划与工程量清单，通过实时的对比分析计划进度与实际进度的差别，提前对项目进度偏差进行预警，一方面通过预演现进度与实际进度总进度的偏差，供项目决策层实时更改项目进度计划，另一方面通过BIM5D管理平台的人、材、机量分析，查找现场进度计划偏差原因，合理更正现场进度计划。在成本管控方面通过数据互倒，清单匹配，结合进度计划，分析现场的月、季实际产值与计划产值的差别管控现场的成本，通过对项目各分包、劳务队伍之间的成测算，及时过滤出优秀产出劳务分包队伍，送公司商务部门备案，为将来公司劳务队伍选择提供依据。

BIM模型导入BIM 5D管理平台后的进度管理计划

在BIM模型完成各专业集成后，还可以进行乐园的可建性分析，直接应用BIM模型导入到商务的算量软件中，技术商务使用同一套模型，避免了重复建模，且保证了技术商务使用同一套模型。输出构件的对象清单，把构件对象所消耗的材料，人工，设备的投入附加，可以得到造价算量的清单，利于在设计前期对乐园的建造成本进行把控。从源头上管控施工进度，从不同的角度进行成本分析管控；通过商务成本管理，通过技术商务模型一体化，节约了商务建模时间，增强了商务技术的同步性。除此之外，还可以进行安全、施工空间、对环境影响等全面的可建性模拟分析。

BIM在项目中的构件算量

在乐园的施工阶段，可以运用BIM平台整合现场，利用BIM模型的虚拟建筑功能配合实际的施工或管理现场来达到操控现场施工的效果。随着IPAD和智能手机等手持终端智能设备的普及，利用手持设备上同步的BIM的模型和3D施工图，可以达到指导现场施工的效果，与传统的二维平面施工图对比，更加直观，特别相对于结构复杂的局部节点，可以做到所见即所得，在现场可以查询一切与建筑，结构，设备有关的尺寸及数据，减轻现场技术和管理人员的压力。还可以查看施工节点周边的设备及空间信息，及时调整施工顺序，避免因施工顺序错误而产生的现场调整。

利用BIM平台指导现场施工

在乐园的现场施工进行到一定阶段，可以配合激光扫描设备，GPS设备，移动通讯手持设备，RFID和互联网技术，取得现场的施工模型数据，通过和原始的BIM模型数据对比，可以提供准确直观的BIM数据库，及时调整施工误差，节约施工时间和提高施工效率，并实现建筑的设计和施工的全数据化控制。

用手持BIM平台指导现场施工

BIM在主题乐园设计未来发展和应用趋势

VR技术的应用

VR（Virtual Reality，虚拟现实）是一种模拟体验虚拟世界的交互式仿真系统，利用计算机融合多源信息，通过三维动态视景去感知实体行为下的虚拟世界。VR头戴式显示器作为虚拟现实的显示设备，将视觉感知、听觉感知、触觉感知、运动感知等人所具有的感知呈现在用户眼前，带给人们更为震撼的多角度体验。目前消费级别产品主要有Microsoft 的Hololens、Oculus的Rift 、HTC的Vive、SONY PLAYSTATION的 的VR 等。 2012年沉浸式虚拟现实技术公司Oculus Rift募集到相当规模的资金，2014年Facebook收购Oculus VR，虚拟现实技术开始快速发展起来，VR产业火爆，并逐渐渗透到各个行业：娱乐、体育赛事、医疗健康、军事训练、教育培训、城市规划等等。在各大公司推出消费级头戴显示器（Microsoft，Oculus，HTC，SONY等）之后，VR产品的价格逐渐平民化，成为点燃公众热情的导火线，各种商业应用开始普及开来。

VR设备结合手势操控

BIM模型可以达到模拟的效果，但与VR相比在视觉效果上还是有很大差距，VR能弥补视觉表现真实度的短板。VR在建筑设计上和BIM相结合后，可以使建筑设计越来越呈现所见即所得的效果，在面向非专业的业主时，可以直观的演示建筑内外空间，将人作为空间的体验者置入空间内，获得最直观的建筑体验感。

VR对于建筑环境的直观模拟

VR技术可以把二维图纸上的建筑规划图变成更有空间感的模型，决策者可以任意进入虚拟建筑内，从任意视角去体验观察作品，从材料、尺寸到采光，真实体验位置场景、空间尺寸。在乐园设计上更是如此，文化旅游类项目除了本身造型复杂，其核心是文化和视觉元素植入，业主、建筑师、设计师、运营团队在设计过程中都可以化身为模拟体验的游客，以检验乐园的空间，装饰元素，文化元素，体验性设备等设计的合理性和体验效果。还可以通过招募体验者的方式，使乐园设计师与体验者可以相互探讨、优化完善乐园的设计方案，打造更为完美的乐园产品。

BIM模型和VR结合 设计师以第一人称视角体验室外文娱项目场景

目前VR的发展主要集中在硬件设备的研究上，缺乏丰富的内容资源使得VR难以表现虚拟现实的真正价值，VR内容的模型建立与内容调整上更需投入大量成本，新技术存在落地难的困境。而BIM本身就具有了模型与数据信息，为VR提供的极好的内容与落地应用的真实场景，且BIM模型本身基于实际的建造尺度来建模，为VR体验提供了真实的载体，逼真的模拟实际建成后的实际体验。

BIM模型和VR结合 设计师以第一人称视角体验空间

在乐园设计方与乐园施工方交接之前，通常需要进行乐园设计交底，以解释将要施工乐园项目的设计要点，澄清设计疑问。利用BIM技术建立的工程模型，结合VR体验设备实现动态漫游，可以实现比BIM模型交底更真实的体验。将可以实施虚拟交底----让施工人员更为直观的感受施工场景，帮助施工人员理解施工方案与工艺，提升最终的施工质量。

BIM模型和VR结合 设计师以第一人称视角体验场景室内场景 材料体验和修改

无人机技术与BIM技术的结合

随着制造业的升级，无人机产业越来越成熟，价格也越来越亲民，由于其易操控，使用俯瞰视角的特点，借助摄像机和传感器等设备，可以准确地判断规划或设计的建筑单体在周围建筑群落中的实际情况，配合开发的相关专业软件，在建筑工业上出现无人机应用也是大势所趋。

无人机技术的施工现场

对于主题乐园来说，一般占地面积比较大，单体楼层不高，配合大量的游乐体验类设备，规划相对比较复杂，无人机的介入，可以对规划和设计提供有针对性的指导，节省设计过程的时间，并减小误差。

无人机技术的参与城市天际线的规划

从空间模型信息化的维度来看，无人机与BIM有相通之处，它们的作业现场都是基于三维坐标系统的。无人机作为硬件产品，充当着空中平台的角色，配合成熟的飞控技术，携带高清摄像头或激光雷达，高效获取到真实环境的空间数据，再通过算法校正和处理，最终得到点云数据或三维模型，代表的是实景模型技术。BIM作为建筑学、工程学及土木工程的新工具，乐园设计师们可以通过软件把自己大脑里的创意以三维模型的形式重现出来，再往模型里添加大量的设计参数和项目相关信息，来模拟建筑空间所具备的真实信息，代表的是数字模型技术。

BIM设计阶段，我们需要精确地知道设计区域周边环境的现状模型，以分析设计模型与周边环境的协调性，从而对设计方案的合理性及方案潜在风险作出评估。但出于场地的规划图纸的欠缺，时间周期较长，人力成本过高等问题，我们无法通过传统的方式来获得周边环境的信息，此时可以借助无人机，通过激光扫描或倾斜摄影等方式，获取周边环境的图像数据，然后将数据导入到软件中，处理后软件可以输出点云数据，或生成三维模型。此时再基于高精度的实景点云模型进行 BIM 模型设计，便能有效减少设计预期与实际施工不符所产生的改动成本。

当然，BIM 对于实景模型的精确度有着较高的要求，所以在两者合作中，无人机还需要解决外接激光设备的高成本问题，以及优化软件关于模型精确度的算法。不过相信随着硬件成本的逐渐下降和深度学习等算法的改进，精确度的问题也会随之被解决。

总之，随着未来技术发展，BIM技术作为建筑业信息化的代表，在未来建筑设计和施工领域会扮演越来越重要的角色。特别随着近年云技术平台的发展，计算中心的运算能力呈几何倍数的增长，基于云计算的技术和应用也越来越普及，此类技术能极大提高办公效率的同时，还可以提前模拟施工的过程，方便项目管理团队对整个项目的把控管理，减少人工因素给建筑设计和施工带来的误差。在主题乐园设计和施工的阶段，BIM作为设计的信息智能化工具，和未来的新技术虚拟现实/增强现实（VR/AR），无人机测控技术，云计算，人工智能（AI）结合下，正在重塑乐园设计的方式和方法，给生产力带来极大的变革。