基于BIM-FILM虚拟施工系统进行可视化技术交底的应用

1. 引言

如今BIM技术的发展与应用，已被公认为继CAD技术之后建筑业的二次科技革命,十八大以来随着国家高度重视信息化产业发展，住房城乡建设部大力推动BIM技术在建设行业的应用，我国BIM推广应用快速增长，目前已跻身全球前五大BIM应用增长最快地区之列。中国正受益于BIM在优化设计方案、提升效率、减少施工文件中的错漏、简化大型和多样化的团队协作等方面带来的好处。BIM技术应用大多以多专业协同设计、结构预留孔洞、三维碰撞检查、虚拟施工模拟、工程量预算、三维技术交底等方面为普遍切入点。本文将结合一个钢柱快速对接技术典型案例，详细介绍BIM-FILM软件在钢结构安装可视化技术交底中的应用及使用技巧。

2. 软件的对比及选择

目前传统做施工动画软件最常用的主要有3Dmax \Maya\ Fuzor\lumion\Twinmotion等，3Dmax \maya是专业的三维动画渲染和制作软件，在行业里也是鼎鼎大名了，不过因为学习周期长、界面比较复杂，很多人一直对它望而却步。Fuzor它是一款将BIMVR与4D施工模拟结合的软件，集碰撞检测、安全分析、VR方案、4D施工模拟于一体，简洁的界面和傻瓜式的编辑流程，但正是由于Fuzor简洁式的操作方式，使它的动画仅有内置的移动、旋转动画，造成了一定的局限性，难以做出我们想要的施工工艺动画。lumion\Twinmotion是主打漫游动画实时渲染软件，但是简单的建筑漫游，无论做的再怎么精致，都无法体现出时间与现场情况的对应关系。而在具体的工作中，我们不会一直都是简单的堆积木施工，而是有渐隐渐入，迭代，复杂的机械运动等各种各样的动画，这时lumion\Twinmotion无论从功能还是画面效果上来说，都不能达到需求。

那么做施工动画模拟有没有操作即简单易学，动画功能又能满足实际项目施工技术工艺要求，渲染效果还能媲美lumion的软件呢，答案是肯定的，BIM-FILM就是这么一款优秀的软件代表，它是基于 BIM 技术、结合游戏级引擎技术和3D 动画编辑技术，整合了建设工程行业通用的“施工模板”、“素材库”，可以添加标注，支持常用构件和材料的自定义模型编辑、并且可以导入 VBIM、FBX、OBJ、3DS、DAE、SKP 等行业软件常用模型文件格式，以及导入图片、视频、图纸等平面型文件，同时支持输出效果图、录制播放器、录制编辑器、录制全景视频，快速输出多种格式多种类型的电影级别的视频，能够快速制作建设工程BIM施工动画的可视化工具系统，可用于建设工程领域招投标技术方案可视化展示、施工方案评审可视化展示、施工安全技术可视化交底、教育培训课程制作等领域，其简洁的界面、丰富的素材库、内置15种动画形式，支持自定义动画、实时渲染输出等功能，使系统具备易学性、易用性、专业性的特点。

通过以上几款软件的对比，本文最终选择符合建筑工程专业人员操作习惯的BIM-FILM国产软件作为制作钢结构安装可视化技术交底的工具。

 

图1 BIM-FILM软件操作界面

3. BIM-FILM在可视化技术交底中的具体应用
   1. 技术工艺方案简介

钢柱对接技术是钢结构安装过程中的一个难点，因为所有其他构件的安装都要以钢柱的安装为基准，故钢柱对接技术的研究对整个钢结构建筑体系有着非常重要的意义，其中钢柱对接丝杠杆技术就是一种应用广泛的典型钢柱快速对接工法，可加快钢柱对接时的速度，同时利用丝杠调节灵活和可调精度高的特点,能更快更好的控制钢柱安装的标高和垂直度。

 

图2 钢柱对接丝杠技术结构图

1. 2. 钢结构模型创建

首先用revit创建该技术工艺所需的钢柱钢梁模型及丝杠对接器的模型，然后通过Twinmotion插件导出FBX格式文件，为了满足动画制作要求，导出FBX格式文件需要注意两点：

1. Twinmotion插件导出设置中,合并选项选择按族合并；

  

2. 根据动画要求将模型分成第一节柱、第二节柱，丝杠对接器三部分分别导出FBX格式文件，具体做法是在原模型文件上选中第二节柱和丝杠对接器后删除只剩下第一节柱，然后通过插件导出FBX格式文件，并以“第一节柱”命名；这时不要保存revit文件，按返回键，返回到模型原始状态，接着选中第一节柱和丝杠对接器后删除只剩下第二节柱，然后通过插件导出FBX格式文件，并以“第二节柱”命名；按照上述步骤导出丝杠对接器。注意导出过程中一定不要移动模型的位置，以保证三个FBX格式文件的原点位置一致性，这点非常重要。

  

  

  

1. 3. 动画场景搭设
2. 打开BIM-FILM软件，新建一个场景文件，地貌可根据工程实际情况选择，本文选择土地，见下图所示。

  

2. 将Revit导出的FBX格式的文件分别导入到BIM-FILM软件中，导入设置中合并选项选择保留层次结构，这里需要说明的是Revit导出的FBX格式文件其Z轴方向与BIM-FILM场景中Z轴方向不一致，需沿着X轴旋转90°，并在属性栏中将其X/Y/Z坐标值统一设置为500/0/500(参照主摄像机默认坐标)见下图所示。

  

  

  

3. 在素材库搜索汽车吊，选择带可自定义动画的汽车吊，将其导入到动画场景中，这里特别说明的是BIM-FILM软件中内置了大量常用的施工素材，包括人物、施工机械，主体构件等，而且像塔吊，汽车吊等施工机械有部分是可自定义动画，只需简单调几个参数就能轻松的制作出满足施工工艺的施工动画，不仅免去这行素材大量的建模时间，而且大大降低了制作施工动画特别是施工机械动画的操作难度。

  

1. 4. 施工动画制作
2. 吊装第二节柱：

1. 首先第二节钢柱一开始是水平放置在地面上，汽车吊落钩起吊（由汽车吊自定义动画实现），将钢柱由水平状态变为竖直状态（由钢柱旋转动画加位移动画实现）；

  

  

2. 对钢柱做一个跟随动画，跟随目标设置为汽车吊的吊钩，接着汽车吊提升钢柱至一定高度；（由汽车吊自定义动画实现）

  

3. 然后汽车吊开始向前行驶一段距离（由汽车吊位移动画实现），使第二节钢柱与第一节钢柱垂直方向对齐；
4. 最后汽车吊落钩（由汽车吊自定义动画实现），将第二节钢柱与第一节钢柱对接。

  

2. 安装快速钢柱丝杠对接器：

1. 将4件丝杠对接器分成前后两组组装在两节柱对接处的前后端面上（由丝杠对接器显隐动画和位移动画实现）；

  

  

2. 安装4根高强对拉螺栓将丝杠对接器和上下钢柱固定住（由对拉高强螺栓显隐动画和位移动画实现）；

  

  

3. 汽车吊摘钩后消失（由汽车吊自定义动画和显隐动画实现）。
4. 调节第二节钢柱垂直度和标高：

1. 松开紧固螺母；（由紧固螺母旋转动画和位移动画实现）

  

2. 通过扳手旋转调节螺母调节第二节钢柱垂直度和标高；（由调节螺母旋转动画和位移动画实现）

  

1. 5. 动画制作重难点分析及技巧
2. 在制作吊装第二节柱动画过程中，存在调整汽车吊自定义动画，其参数值很难精准确定，以保证第二节钢柱的位置能跟随汽车吊按照我们设想的位置准确定位的问题，这是因为吊钩的位置和汽车吊的吊臂的角度、伸长值及吊绳长度三个参数共同确定导致，解决方案就是尽量固定吊臂的角度和伸长值这两个参数，仅调整吊绳长度这个参数就容易多啦，那问题又来了，如何找准吊臂的角度和伸长值这两个参数呢，这时我们就需要逆向思维考虑，既然吊装过程无法准确定位吊钩位置，那么如果我们做的是钢柱拆装过程的动画呢，由于第二节钢柱的起始位置的明确的（模型导入的初始状态），这样是不是容易准确定位到吊钩位置啦。

解决方案：a)先给将汽车吊一个自定义动画，将吊臂角度给一个固定值，并将三节吊臂都抽出一定长度值，这时只需移动汽车吊调整到吊钩与钢柱在垂直方向中心对齐，接着再调整吊绳的长度值使吊钩处在起吊钢柱的高度，这时我们需要用记事本记下此刻汽车吊自定义动画的几个参数值;

b)复制一份第二节钢柱并将原第二节钢柱隐藏，给复印出来的第二节钢柱一个跟随动画，跟随目标为汽车吊的吊钩;

c)仅通过调整吊绳的长度值这一个参数值以及在X轴方向移动汽车吊（移动距离可视工程实际情况而定，本文为5000mm），按照上诉吊装第二节柱动画的逆序过程步骤d-c-b-a的顺序做一遍，并记下每个步骤下吊绳的长度值；

d)由于汽车吊的自定义动画各个参数值都已确定，这时按照上诉吊装第二节柱动画过程步骤a-b-c-d的顺序制作动画即可。

2. 在制作调节第二节钢柱垂直度和标高的动画时，螺母的动画要求是在自身旋转的情况下还要发生垂直位移动画，因为软件本身是不支持同一对象同时即有旋转动画又有位移动画的，软件常规动画是无法实现的。

解决方案：将每个螺母打组，即为每个螺母生成一个父级，螺母作为子级，这时只需对父级做位移动画，对螺母做旋转动画，便可实现螺母自身旋转的情况下发生垂直位移动画的效果。

4. 结论

可以说随着类似BIM-FILM虚拟施工优秀软件的出现，它的易学性、易用性、专业性的特点，一举打破了会做动画的不懂施工技术，懂施工技术的不会制作动画的诟病，为BIM技术在工程施工阶段的正向应用和落地起到了很好的推动作用。