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摘要：本文探讨了基于BIM模型和全景渲染技术的信息集成式低成本数字沙盘在基坑工程中的应用。通过整合BIM技术与全景渲染技术，构建了一种信息集成式的数字沙盘系统，旨在提高基坑工程的设计、施工和管理效率。研究表明，该系统能够有效降低传统沙盘制作成本，提升信息可视化程度，并为基坑工程提供更精准的决策支持。文章详细阐述了系统的构建方法、实现过程，并通过实际案例验证了其在基坑工程中的应用效果和优势。

关键词：BIM模型；全景渲染技术；数字沙盘；基坑工程；信息集成；低成本

1引言

随着建筑信息模型（BIM）技术和虚拟现实技术的快速发展，数字沙盘作为一种新型的工程可视化工具，在土木工程领域得到了广泛应用。基于BIM模型和全景渲染技术的数字沙盘，不仅能够实现工程信息的集成和可视化，还能大幅降低制作和维护成本。基坑工程作为建筑工程中的重要环节，具有复杂性和高风险性特征，对信息可视化与决策支持提出了更高要求。因此，研究基于BIM和全景渲染技术的数字沙盘在基坑工程中的应用具有重要的理论和实践意义。

2 BIM模型与全景渲染技术概述

BIM技术是一种基于三维数字技术的工程信息管理方法，它通过创建和使用建筑物数字模型来支持项目全生命周期内的决策和操作。BIM模型不仅涵盖建筑物的几何信息，还集成了材料、结构、设备等多维信息，为工程项目全生命周期提供了全面的数据支持。在基坑工程中，BIM技术可以精确模拟地下结构、土方开挖过程以及支护系统的布置，为工程设计和施工提供可靠依据。

全景渲染技术是一种基于图像处理的虚拟现实技术，它通过将多张照片或渲染图像拼接融合，生成360度全景视图。这种技术能够为用户提供沉浸式的视觉体验，使观察者仿佛置身于真实场景中。在数字沙盘中应用全景渲染技术，可以大大提高场景的真实感和交互性，为工程决策提供更直观的视觉支持。

3 信息集成式低成本数字沙盘的构建

本文讨论的信息集成式低成本数字沙盘与不需要配合大屏幕显示器或投影设备，通过扫描二维码即可实现可视化展示。通过优化流程达到降低开发成本降低技术门槛的效果。基于BIM完成多个应用点和场景框架；利用全景渲染技术开发可视化模块，实现场景的沉浸式展示；基于720云全景制作平台实现信息集成与二维码分享。

3.1 建立BIM模型

BIM模型的建立是构建场景以及应用的基础，具体应用点在后文讨论。以南昌市图书馆新馆项目为例，基坑工程模型分为基坑、临建、周边环境三个部分，如图1所示。

基坑模型：该项目包含图书馆、附属楼、冷却塔三个基坑，由于三个基坑非同时开挖需按时间建立不同状态的模型文件。本项目基坑放坡开挖，基坑形式为土钉墙，此处通过地形命令构建场区地形模型，结合楼板命令调整子图元控制点标高，最终生成基坑侧壁、底部及坡道结构。

临建模型：施工现场往往需要布置临时建筑和临时设施，通过创建与放置族构建，增添保安亭、洗车槽、地磅、磅房、临时道路、绿化、围墙、大门、堆场、钢筋棚等构件。

周边环境：周边环境包含湖泊、楼房、道路、绿植等，此步骤可以先用基本模型示意，湖泊、道路、绿地用楼板示意，楼房用体量或内建族示意。在后面的步骤中通过渲染软件赋予构件材质。

3.2 全景渲染

为了后续搭建场景以及提高视觉效果，需要将模型渲染并导出全景图片。本文使用Twinmotion软件（一款免费的渲染软件）作为渲染工具。步骤如下：

1.通过插件处理模型导出中间文件；

2.在Twinmotion中导入中间文件；

3.为构件赋予材质、放置绿植，调整场景天气、光照、对比度、饱和度；

4.确定相机点位，保存视点导出全景图片。

渲染后的场景品质会获得极大地提高，如图2所示。导出的全景图片将上传至720云平台搭建场景。使用全景图片搭建的场景可以上下左右前后自由转动视角全方位查看。

3.3 720云平台搭建场景

720云平台是一个专注于全景内容创作与分享的在线平台。用户可以通过该平台上传、编辑和分享全景图片和视频，适用于房地产、旅游、教育、商业展示等多个领域。通过上传全景图片、建立场景切换、图文热点等步骤建立简化版的数字沙盘，如图3所示。搭建步骤如下：

1.创建作品并填写基本信息；

2.上传多个场景的全景图片；

3.通过场景切换热点链接各个场景，在场景中添加图文热点、PDF热点、视频热点等多个热点集成基坑工程所需的信息。在查看场景的同时，通过点击热点标题或者图案可以调出弹窗浏览信息；

4.保存作品分享二维码。

4 信息集成式数字沙盘在基坑工程中的应用

在基坑工程设计阶段，信息集成式数字沙盘可以帮助工程师更直观地理解地质条件和周边环境，优化支护结构设计。通过三维可视化和碰撞检测，可以有效避免设计冲突，提高设计质量。在施工阶段，数字沙盘可以用于施工方案模拟和优化，预测潜在问题并制定应对措施，可以将二维码布置在施工现场进行可视化交底。

4.1地质模拟与土方量测算

地勘资料一般以钻孔分布平面和钻孔剖面的形式呈现，只能了解钻孔部位的地质情况无法直观整体地体现地形。通过图纸信息可以创建整体地形模型和分层地质模型，通过模型完成一系列的应用。以南昌市图书馆新馆项目为例，通过地质模型完成的应用如下：

1.砂层处理：创建砂层模型和地基基础模型，查找碰撞部位，提前确认处理方案；

2.黏土层挖方量：创建黏土层模型，计算施工范围内需要挖出的黏土方量；

3.填方量：创建完成面地形，通过建筑地坪、场地平整等功能计算填方量；

以上应用完成后以图文热点的形式嵌入进数字沙盘中，使用者点击热点即可弹出图文窗口获取相应信息。

4.2桩基模拟与优化

创建持力层模型，桩深入持力层下2米，通过在软件里测量桩底标高、在图纸上获取桩顶标高计算桩长，提前复核桩长是否满足设计要求制定处理措施，后期现场施工时为及时调整配桩提供依据，达到缩短工期，提升质量的目标。

桩基原设计：初步设计，抗压桩长20m～25m，抗拔桩长15m，静压预应力管桩（PHC-AB）直径500mm（壁厚125mm，AB型），管桩桩尖采用混凝土一体化桩尖；

现设计：根据实际地质情况，采用射水静压送桩，抗压桩长12m，抗拔桩长11m，静压预应力管桩（PHC-AB）直径500（壁厚120mm，AB型）。在桩基施工过程中增设溢流装置，以收集施工中溢出的水体。以上应用完成后以PDF热点或者图文热点的形式嵌入进数字沙盘中，使用者点击热点即可弹出图文窗口获取相应信息。

4.3基坑工程工况模拟

基坑工程包含场地平整、降排水、打桩、土方开挖、基坑支护等多个工序互相穿插， 对施工顺序的要求很高。将施工阶段详细划分后通过数字沙盘展示出来，形成场景切换热点和文字热点，使用者通过点击热点切换场景，查看不同时间不同施工阶段的目标工况与场地布置。

4.4可视化交底

将基坑工程中需要获取的各类信息集成到数字沙盘中，利用其扫码登录的便捷性可视化交底。集成的信息如下：

1.安全保证措施：土方施工安全技术措施、基坑支护安全保证措施、土方情况应急措施设置文字热点；施工场景可视化安全交底、施工机械可视化安全交底设置PDF热点。

2.质量保证措施：土方开挖质量保证措施、边坡支护质量保证措施、排水质量保护措施设置文字热点。

3.施工方案：施工方法、工艺流程设置图文热点；弃土路线、桩位布置、边坡支护平剖面、周边环境及管线、支护大样设置PDF热点；施工动画设置视频热点。

结论

在基坑工程的设计阶段，数字沙盘可以直观展示基坑结构、周边环境和地下管线分布，帮助设计人员优化方案。通过BIM模型与全景渲染的结合，设计团队可以在虚拟环境中进行方案讨论和修改，提高设计效率和质量。在施工阶段，数字沙盘可以实时反映施工进度，模拟不同施工阶段的场景，为施工组织和安全管理提供支持。

本数字沙盘的应用为基坑工程带来了显著的优势。首先，它实现了工程信息的集成和可视化，提高了各方参与者的沟通效率。其次，通过虚拟仿真，可以提前发现和解决潜在问题，降低工程风险。再者，全景渲染技术提供的沉浸式体验，使决策者能够更直观地理解工程情况，做出更准确的判断。最后，系统采用免费软件与平台搭建，并通过二维码输出实现跨设备访问，大幅降低了硬件投入与场地成本

本研究构建的基于BIM模型和全景渲染技术的信息集成式低成本数字沙盘，为基坑工程提供了一种创新的可视化和管理工具。通过实际应用验证，该系统能够有效提高工程设计和施工的效率，降低成本和风险。未来，随着技术的进一步发展，将为工程建设行业带来更大的价值。