LIM技術在風景園林設計中的應用研究一以連云港市劉志洲山體育公園為例

邢天　李曉穎　孫新旺

摘要：對LIM技術在風景園林設計中的應用進行了研究，為風景園林設計尋求一種更為存量高效的設計方法。以Oivil 3D為載體，探索LIM技術在場地前期分析、方案協(xié)同設計、土方量管理等具體的應用方法，并通過實際案例的應用驗證其可操作性。相比于傳統(tǒng)的風景園林設計方法，LIM技術顯示出其明顯的優(yōu)越性。LIM技術能夠應用于風景園林設計的不同階段，且對于同類型項目具有一定的參考價值

關鍵詞：風景園林 風景園林信息模型 Oivil 3D 應用

中圖分類號：TU986 文獻標識IR：A

文章編號：1003-0069（2019）07-0070-03

引言

20世紀60年代，計算機輔助設計的出現(xiàn)解放了設計師們的雙手，使得手繪圖紙的設計方式得以改變。它的普及大大改變了人們的設計方法，CAD、Photoshop等大量的設計軟件也隨著計算機技術的發(fā)展而不斷推陳出新。而隨著時代的不斷更替，風景園林項目需求不斷提高，參數(shù)化設計，交互式設計等新時期的設計方法也愈發(fā)受到關注，而LIM技術的出現(xiàn)則將會是繼計算機輔助設計技術之后又一革命性的風景園林設計方法。

一、LIM的內(nèi)涵

LIM（Landscape Information Model，簡稱LIM）翻譯成中文就是風景園林信息模型。2009年，這一理念由美國哈佛大學的Ervin教授于國際數(shù)字景觀大會上所提出，他認為LIM技術的實現(xiàn)將會使風景園林設計、規(guī)劃、施工和運營管理之間的信息無損交換成為可能。然而由于LIM正處于發(fā)展的初期階段，因此對于LIM的定義也存在著各不相同描述。筆者認為，LIM是一個信息數(shù)據(jù)在風景園林全生命周期內(nèi)可以無損傳遞的一個可視化的、多方協(xié)同的、實時高效的數(shù)字平臺。

LIM技術的本質(zhì)源于BIM，但又同BIM有著明顯的區(qū)別。BIM技術（Building Information Model，簡稱BIM）翻譯成中文就是建筑信息模型。BIM技術是基于建筑工程項目需求而產(chǎn)生的，它在建筑工程的全生命周期內(nèi)發(fā)揮著方案優(yōu)化、沖突檢測、成本管理等重要作用。從根本上來說，BIM技術根據(jù)建筑項目設計施工的特點，解決了建筑項目對于設計施工精細化、參數(shù)化、高效化的剛性需求。反之，風景園林項目則通常是以柔性的土壤、植物、水體等作為主要設計基底，這意味著LIM在風景園林設計中的運用需要一個更廣維度、更專業(yè)化的技術要求和與之相匹配的尺度要素。

LIM技術與傳統(tǒng)的風景園林設計方法相比，其突出的優(yōu)勢在于對于信息數(shù)據(jù)的高度集約化管理，不同于普通的視覺模型，LIM搭建的是一個以乘載各類信息數(shù)據(jù)為基礎的信息化模型。其在風景園林設計中所發(fā)揮的突出優(yōu)勢包括：

（1）三維可視化：將風景園林設計從二維向三維圖紙設計進行轉(zhuǎn)變，更為直觀地對場地進行模擬設計;

（2）信息協(xié)同化：實時同步化更新項目中的信息數(shù)據(jù)，提升項目優(yōu)化效率和質(zhì)量;

（3）全生命周期化：集成管理風景園林項目過程中的全部數(shù)據(jù)信息，使項目各階段無縫銜接。

二、LIM技術的發(fā)展與實現(xiàn)

（一）LIM技術的發(fā)展

目前，國內(nèi)外對于LIM技術的研究主要集中在對標準研究、數(shù)據(jù)兼容以及其與風景園林相結合等方面。LIM技術從2009年正式提出到現(xiàn)在不到10年的時間內(nèi)，LIM理論研究正逐漸趨于成熟，其在風景園林設計中的具體應用方法也開始了探索性的研究，而LIM數(shù)據(jù)的兼容性這一關鍵性問題應當建立在LIM技術廣泛應用于風景園林設計的基礎之上。因此，當前LIM技術的發(fā)展中心問題正是LIM如何應用于風景園林設計之中。

在一些西方發(fā)達國家，LIM的應用已經(jīng)有了較為實際的研究成果，例如美國的Andropogon事務所設計的休梅克綠地，該項目通過風景園林信息化的管理取得了良好的效果和收益，而挪威風景園林師協(xié)會也于2012年已經(jīng)制定了針對風景園林大型公共項目的LIM標準，為LIM技術與風景園林設計相結合實現(xiàn)了關鍵性的一步。我國清華大學郭湧博士也相應的于2019年提出了“基于風景園林信息模型的鄉(xiāng)村景觀綠色設計技術研究”的國家自然科學基金課題，針對性地對于LIM在風景園林設計中的應用給出了研究方向。

然而，現(xiàn)階段LIM技術發(fā)展總體上仍處于初級探索的階段，尤其是在LIM技術與風景園林如何相結合的問題上，需要不斷摸索。由于技術研發(fā)成本高昂、技術水平落后、技術操作難度大等諸多原因，LIM技術在風景園林行業(yè)內(nèi)的發(fā)展速度緩慢，甚至停滯不前。因此，筆者認為需要結合實際案例，運用現(xiàn)階段已有的技術手段，結合LIM理論研究，發(fā)掘其在風景園林設計中應用的實際意義與價值。

（二）LIM技術的實現(xiàn)

由于行業(yè)內(nèi)缺乏針對性的軟件技術支撐，當下LIM的應用研究需要借助BIM軟件進行探索實踐。彼得·派切克（Peter Petschek）就曾提出風景園林設計師應了解Civil 3D平臺和數(shù)字地面模型的應用。因此，當前LIM技術可以通過借鑒BlM軟件進行實踐研究，以Civil 3D作為主要的實現(xiàn)平臺，借助Rhino、Infrawork等軟件輔助協(xié)同，以探索研究LIM技術在風景園林設計中所發(fā)揮的不同作用。Civil 3D作為LIM技術的核心工具，具備強大的數(shù)據(jù)兼容性，能夠較全面地搭載各類型的數(shù)據(jù)文件進行集中處理，而Infrawork則擁有較強的基礎模型創(chuàng)建、方案設計及分析、以及三維可視化的能力，最后Rhino則以其強大的圖形渲染能力強化了LIM的可視化程度。通過這三種軟件的協(xié)同合作，信息數(shù)據(jù)在項目各階段能夠無損傳遞，實現(xiàn)了信息化模型的高度可視化以及數(shù)據(jù)兼容性。

三、LIM技術在風景園林設計中的應用

（一）前期分析階段——場地模擬與分析

在項目前期分析階段，往往無法簡單地從二維的地形圖和實地踏勘獲取足夠的場地信息，而LIM具有強大的地形模擬功能，在較大尺度規(guī)模的場地設計中能夠發(fā)揮著重要的作用。通過Civil 3D與Infrawork的協(xié)同工作，對現(xiàn)有地形數(shù)據(jù)進行融合，再通過Rhino軟件高精度的渲染，能夠較為科學真實地模擬場地實時形態(tài)。不同于傳統(tǒng)的視覺化模型，通過LIM構建的模型包含了場地中的各項信息數(shù)據(jù)，并且能夠?qū)崟r對場地的一些重要信息進行集中分析處理和出圖，包括場地的高程、坡向、坡度等重要的信息分析能力。在前期分析階段，LIM一方面節(jié)約了風景園林設計師的多余勞動，讓設計師能夠把更多精力放在方案的設計優(yōu)化上。另一方面，相比人工化的主觀推斷或是主觀化分析，LIM具有明顯的量化處理信息數(shù)據(jù)的突出優(yōu)勢，通過可視化地形模擬和高精度數(shù)據(jù)分析，避免了對于基底龐大信息量的遺漏與缺失。

（二）方案設計階段——協(xié)同優(yōu)化設計

在風景園林項目設計階段，LIM技術能夠涵蓋風景園林設計中涉及的山體、水文、植物等設計要素的重要數(shù)據(jù)信息，并且將這些信息貫穿于項目的全生命周期過程當中，設計師以及各個參與方都可以方便地從中獲取。它能夠幫助設計師和項目參與方共同做出合理正確的方案決策，同時具備很強的方案優(yōu)化能力。在過去的風景園林設計過程里，若平面方案有所變更，往往是牽一發(fā)而動全身，導致之后的一系列圖紙都要重新繪制，這往往耗費了大量的人力物力和時間精力，而LIM技術的協(xié)同設計能力完美地解決了這一問題?；贑ivil 3D強大的實時設計能力，在平面里修改的任何信息數(shù)據(jù)，會實時更新到相關聯(lián)的圖紙上，避免了重復性的勞動，設計師可以把更多的精力放在方案的優(yōu)化升級上，并協(xié)同設計師解決風景園林各要素之間的設計問題，方案的優(yōu)化趨于科學高效的同時，縮短了設計師們的工作周期。

（三）施工運營階段——土方量管理

在過去的風景園林項目的施工運營階段中，土方量的計算大多都是靠人工核算，浪費勞動力的同時，也存在著一定的誤差，這不免增加了成本的不可控性，尤其是在大尺度的項目設計中，一點細微的誤差都會導致預算的失誤。LIM技術由于具備高度的信息集成優(yōu)勢，可以便捷地得出最佳的土方平衡方案，以及在項目設計后期給出精確的土方填挖量工程清單。借助Civil 3D的土方量管理能力，可以得出最合理的土方平衡解決方案，同時能輸出細致準確的土方工程量清單以及土方施工網(wǎng)格圖，每一個網(wǎng)格都能明確傳達該方格內(nèi)需要回填或出挖的土方體積。與傳統(tǒng)的土方量管理方法相比，LIM能夠準確高效地指導工人施工作業(yè)，避免了風景園林施工過程中的一些盲目操作的現(xiàn)象，節(jié)約了勞動成本，降低了人工核算過程中的誤差，同時縮短了后期的施工建設周期。

四、實際案例應用研究

（一）項目概況

圖1的劉志洲山體育公園項目位于連云港市海州區(qū)內(nèi)城市近郊，海州區(qū)西南部，錦屏鎮(zhèn)東側(cè)，錦屏山南麓?；亟ㄔO紅線面積約91公頃?；馗脑熘笆且黄傻V區(qū)，多年的開山取石導致了劉志洲山及周邊地形地貌發(fā)生了很大的變化?；椎匦螐碗s多變、地質(zhì)破碎化、雨水內(nèi)澇嚴重?；诒卷椖繄龅氐奶厥庑裕瑐鹘y(tǒng)的風景園林設計方法難以準確地把握場地癥結，容易造成主觀化的設計，且難以與各項目參與方進行較好的溝通，這就不免導致項目設計偏差、項目周期延后、項目成本難以控制等諸多問題。而LIM的實現(xiàn)，能夠較好地解決這些問題。

（二）LIM在項目中的應用

1.前期分析階段

場地由于占地面積較大，且地形起伏大，地形破碎化程度較高，因此在進行現(xiàn)場踏勘的工作中，無法準確地把握場地整體形態(tài)要素，借助LIM技術的地形模擬構建能力，能夠完整地還原場地地形形態(tài)。由于現(xiàn)狀的CAD地形圖上的標高是單純的塊文件，沒有實際的z值，這也是經(jīng)常會遇到的數(shù)據(jù)不完善的情況，通常這一類的二維信息數(shù)據(jù)難以對場地進行分析處理，因此需要對二維信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三維信息數(shù)據(jù)。將原始地形圖中的標高點圖塊導入Rhino，通過Rhino對單純的圖塊標高點進行三維賦值，從而生成場地的矢量標高點文件。將重新得到的矢量標高點數(shù)據(jù)號入Civil 3D的曲面參數(shù)中，可以得到場地的初步地形曲面，再將標高點文件與場地的等高線在Civil 3D中進行融合，修正并完善地形的細節(jié)變化，最后通過Rhino強大的渲染能力，將場地真實的可視化再現(xiàn)，如圖2。

而對于場地的分析，通過Civil 3D能夠?qū)龅剡M行高效科學的高程分析、坡度分析、坡向分析等。以場地的高程分析為例，在已生成的地形模擬曲面上對曲面特性進行曲面特性編輯，設置需要的分析類型如高程分析，再調(diào)整運行分析所涉及的參數(shù)指標，最后得到場地的高程分析圖，如圖3。該高程分析圖可以根據(jù)項目需求，調(diào)整高程范圍及區(qū)間，適應項目高程不同的精度需求。與此同時，在出圖時可以導出高程分析表圖例，將高程分析圖上的圖塊信息通過表格數(shù)據(jù)的形式全面展示。

2.方案設計階段

由于場地地形起伏并且破碎化嚴重，在方案設計階段需要對場地各要素進行調(diào)整優(yōu)化，而運用LIM的協(xié)同優(yōu)化設計能力，能夠相應地協(xié)助解決項目中主要的地形和水體問題，協(xié)助設計師對場地進行更加精準化的設計。在前期場地分析的基礎上，需要對原有地形進行調(diào)整設計，運用Lim技術能夠在平面和立面上同步進行方案優(yōu)化提升，首先在平面上繪制剖斷線L，通過Civil 3D的快速縱斷面工具，創(chuàng)建縱斷面初始面板，在這里調(diào)整縱斷面的縱橫比例系數(shù)，以及確定測站數(shù)量，最后可以導出相應的縱斷面圖，如圖4。該縱斷面不同于以往二維設計軟件制作的縱斷面圖，它是由曲面數(shù)據(jù)映射得到的，具有數(shù)據(jù)實時更新的特點，平面上L剖段線的改變或是平面地形的改變，都會同步帶動通過L剖斷線生成的縱斷面圖。因此在對地形進行反復推敲設計的時候，縱斷面對應平面進行同步修改，不再需要做反復的圖紙修改工作。

由于場地整體呈內(nèi)凹的形態(tài)，因此雨水蓄積問題必須得到合理解決，如何才能將蓄積在低洼處的雨水排出以及對降水時的場地排水在設計初期是一個巨大的難題。通過Civil 3D的匯水區(qū)分析，勾選匯水點標記以及調(diào)整匯流圖層特性等相關參數(shù)，可以導出場地整體匯水區(qū)域圖，設計師通過生成的匯水區(qū)域，可以得到明確的匯水集中范圍，同時明確得到場地匯流量較大的位置，相應對場地水體進行設計，避免了主觀盲目的設計結果。

3.施工運營階段

在該項目中，由于場地尺度的龐大，傳統(tǒng)的人工核算方法不可避免地會導致較大的誤差以及巨大的工作量。根據(jù)該場地的松散系數(shù)1.330及壓實系數(shù)0.850，再通過Civil 3D的體積面板進行土方平衡方案的自動生成，可以準確高效地獲得場地土方填挖量以及得到土方施工網(wǎng)格，該施工網(wǎng)格圖在每一個網(wǎng)格中，都能顯示該方格內(nèi)需要填方及挖方的真實體積數(shù)據(jù)，如圖5。需要注意的是，設計曲面和原始曲面之間的邊界需要完全重合，否則Civil 3D則無法進行土方量的計算，因此在進行土方測算前一定要先將紅線鎖定。通過Civil 3D計算得到的土方填挖量可以對后期的場地放線進行指導，并且可以根據(jù)需要生成土方量清單報告，對場地內(nèi)土方作業(yè)進行全面精細化管理，為后期進行土方施工提供了精確直觀的數(shù)據(jù)參考的同時，對于風景園林項目成本的管控能力也大幅提高。

五、風景園林信息模型（LIM）框架的構建

如圖6所示，該框架是基于現(xiàn)有的LIM的研究成果，針對本方案的特殊性以及技術手段的差異性進行調(diào)整得到的，為風景園林同類型項目實施提供了具體階段性的應用參考。

結語

本研究是基于中等尺度場地的風景園林項目設計進行的LIM技術的應用實踐，以期對于相關風景園林項目設計以及LIM的深入研究提供參考價值。針對從風景園林設計前期階段到規(guī)劃設計階段的具體LIM應用給出了解決方法，希望拋磚引玉的對于LIM技術在風景園林行業(yè)內(nèi)發(fā)展帶來一定的啟發(fā)。

LIM作為數(shù)字景觀概念分支下的一種較為新穎的技術理念，在風景園林未來的發(fā)展中擁有較為長遠的發(fā)展空間，但是由于當下LIM的理論基礎欠缺，技術手段匱乏，LIM技術仍并未廣泛地應用于風景園林設計之中。因此，當前LIM的發(fā)展需要在理論研究的同時，不斷探索其在實際項目中的實用性和可操作性，加快LIM技術與風景園林間設計的相互結合，共同努力推進LIM技術在風景園林行業(yè)內(nèi)的蓬勃發(fā)展。