一种基于BIM的多要素开放场景声景观分析设计方法与流程

本发明属于声景观，特别涉及一种基于bim的多要素开放场景声景观分析设计方法。

背景技术：

1、随着我国城市化率不断上升，人民生活质量不断提高，城市公共空间的品质提升越来越受到重视。开放式公共景观作为城市公共空间中的重要角色，在改善城市生态环境、丰富市民生活等方面起到越来越重要的作用。作为开放式公共景观的重要组成部分“声景”，越来越多的被关注和研究，对营造满足使用者需求的公共空间起到越来越重要的作用。

2、声景观(soundscape)由sound(声)和scape(景)构成，是相对于视觉景观(landscape)而言的听觉的景观,其意义为用耳捕捉的景观，听觉的风景。而声景观的设计,就是运用声音的要素,对空间的声音环境进行全面的设计和规划,并加强总体景观的调和。

3、当前针对开放式景观声环境设计的研究主要局限于声音的数据采集、理论分析、指标评价、噪音监测等单一领域，暂无系统性的全要素数据分析及设计方法，特别是缺乏有效手段对设计方案的效果进行科学评价。

4、发明《一种声景观信息的可视化方法》，通过采集声景观的音频文件，测量采样区域的地理坐标，分析音频文件进行频谱，计算声景观指数；从而对音频文件的采集时间、地理坐标和声景观指数进行综合绑定并可视化，最后生成kml文件，在google earth加载kml文件，实现结果的空间显示与信息查询。

5、发明《一种周期性台阶结构声景观设计方法》，通过对台阶结构的散射声进行理论计算，可准确预测台阶结构散射声的基频，为声景观的设计提供参考，该设计方法中理论计算散射声是基于二维台阶模型，但可用于三维台阶结构的设计。

6、发明《值得保护的城市声景观品质自动监测方法》，对值得保护的城市声景观进行声音数字信号采集，再与各类噪声信号进行混缩得到混缩噪声信号；以原声信号为基准、逐一与混缩噪音组进行比对，通过决策树分类模型，获取指代声景观品质的指标的不同组合方式与声景观品质受影响程度之间的关系，用于实践中对声景观品质监测，对声景观的受影响程度进行分类识别。

7、图书《bim应用与项目管理》介绍了如何利用bim技术分别进行室内外声景观设计，提出了借助信息化技术，对室内外声音环境进行分析，然而该技术仍存在一定弊端；特别是在城市公园这类室外场景中，声音传播影响要素多、传播路径复杂，若无法在模型中准确还原场景要素，将严重影响数据分析的可靠性和准确性。

8、通过文献检索和调研，尚未发现针对城市公园这类开放式场景的声景观设计方法及其相应的研究课题，本发明所描述的内容，可为景观声环境设计人员提供一套精准高效的三维可视化数据分析方法及方案设计调整手段，具有较强的研究意义。

9、近年来，声环境在城市公园等开放式景观设计中越来越受重视。然而当前声景观设计仍停留在理论研究和定性评价阶段，缺乏全面系统的数据分析及设计方法。现有技术主要具有以下缺点：

10、(1)当前针对开放场景的声景观分析方法，主要是以各类声源以及它们营建的声环境为研究对象，通过“文献研究学习法”、“实例研究法”、“询问调查研究法”等研究手段开展设计、研究。该方法主要依靠人工调研与分析，无法准确还原开放场景内影响声音传播的各项关键要素，同时人工分析无法对开阔空间的各种声学行为进行模拟。

11、(2)声景观素材采集不全、场景分析不准确。通常声景观设计方案主要针对室内或封闭场景进行分析，声景观素材及场景较为单一，然而城市公园属于开放空间，且往往涉及复杂的地形起伏及景观植物、构筑物分布，声音传播方式更为复杂。传统的声景观设计方式，在城市公园场景下，往往存在影响因素考虑不全，场景分析不准确的问题，导致分析结果出现严重偏差。

12、(3)多方案比选时，冗余建模工作量大。声景观分析时通常采用sketchup创建模型，然后利用声学软件进行仿真分析，不同方案需要创建不同场景模型，重复建模会浪费大量的人力和时间成本。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种基于bim的多要素开放场景声景观分析设计方法。

2、本发明所采用的技术方案为：

3、一种基于bim的多要素开放场景声景观分析设计方法，包括以下步骤：

4、s1：按照设计意图及声环境质量标准，对目标区域声环境功能区进行划分，明确各区域环境噪声限值；

5、s2：结合开放景观周边环境，选择一定数量的环境噪声监测点，对环境噪声源进行监测；

6、s3：借助bim技术，将涉及声音传导的景观要素以三维模型的方式进行场景还原；

7、s4：将步骤s2的声源数据和步骤s3的场景模型导入声学软件进行仿真分析；若声景效果达到预期，则确定声景方案；若声景效果未达到预期，则返回步骤s3进行景观方案调整。

8、本发明提供了一种“全要素场景还原+参数化建模”可视化声学仿真分析方法。本发明使用bim技术辅助进行开放场景的景观声环境仿真分析，充分发挥bim技术可视化、模拟性、优化性的特点，将传统景观声环境设计中的理论方法与信息化技术结合，使声景观分析结果更为直观、准确。本发明利用“无人机倾斜摄影+移动式三维扫描”技术，获取开放场景包括景观地形、景观构筑物、景观植物等各项既有的场景要素信息，为声景观场景还原提供数据支撑，确保在声学分析时，不遗漏重要信息。本发明利用参数化建模技术，创建景观地形、景观植物、景观构筑物的参数化模型，场景模型创建后，仅需调整部分参数即可实行不同版本景观方案切换，避免了大量重复建模工作，节约了建模时间。

9、作为本发明的优选方案，在步骤s2中，环境噪声监测点包括目标区域以内的内部测点和目标区域以外的外部测点。依据步骤s1中声景观功能分区，明确了各目标区域环境噪音限值和目标区域外部噪音源。外部测点主要是设置在临近噪音源处，其作用主要是通过监测噪音源相关数据为后续声源设置提供数据支撑。内部测点设置在各声景观分区范围内，其作用主要有：第一、采集各声景观分区原始状态下(未施工前)的声音数据，与步骤s1中设定的噪音限值数据进行比对，评判是否满足限值要求；第二、与各版景观声环境仿真数据进行比对，相关比对数据作为声景观方案的关键比选指标。

10、作为本发明的优选方案，在步骤s2中，对环境噪声源进行监测时，选择无雨雪、无雷电天气、风速5m/s以下的条件。

11、作为本发明的优选方案，步骤s3具体包括以下步骤：

12、s31：无人机倾斜摄影技术获取地形数据；

13、s32：三维扫描获取植被覆盖区地形及植物点云数据；

14、s33：创建构筑物参数化模型。

15、s34：依据景观设计方案将景观地形、景观树木、景观构筑物进行合模。

16、作为本发明的优选方案，步骤s31具体包括以下步骤：

17、s311：采用无人机免相控航测技术，获取目标区域非植被覆盖区的点云数据；

18、s312：在地形点云数据基础上进行去噪、分类编辑等处理，得到数字高程模型；

19、s313：在gis平台中基于数字高程模型提取高程点、生成等高线。

20、作为本发明的优选方案，步骤s32具体包括以下步骤：

21、s321：作业人员手持扫描仪采用环绕穿梭的方式采集点云数据；

22、s322：将点云数据导入处理软件；

23、s323：从点云数据中提取树木的坐标及关键几何信息；

24、s324：将树木的空间坐标及关键几何信息按树木编号输出“树木信息报告”；

25、s325：基于“树木信息报告”，创建植被覆盖区的轻量化模型。

26、作为本发明的优选方案，步骤s33具体包括以下步骤：

27、s331：根据步骤s31获取的地形数据中的地形等高线数据，结合景观设计方案创建景观地形；

28、s332：对景观构筑物进行参数化建模。

29、作为本发明的优选方案，在进行步骤s4之前，进行场景模型声学参数设置、定义声源特性、定义接收点位置。

30、作为本发明的优选方案，进行场景模型声学参数设置时，定义步骤s3中创建的景观场景模型的各个模型面的材料类型、传播介质特性。

31、作为本发明的优选方案，步骤s2中，环境噪声监测点包括外部测点和内部测点；定义声源特性时，依据步骤s2中各外部测点的监测数据，在场景对应位置设置一定数量的声源并定义声源特性；定义接收点位置时，依据步骤s1中各声景分区情况和步骤s2中内部测点分布位置，设置接收点位置。

32、本发明的有益效果为：

33、1.本发明将传统的声景观理论分析方法与bim技术结合，不仅效率高，而且结果更加详细，为声学设计的定量化提供了有效的手段。

34、2、本发明利用无人机倾斜摄影、三维扫描以及参数化建模技术，实现了开放式场景下的多要素场景还原，避免因关键数据缺失导致数据失真。

35、3、本发明提供了一种可视化的数据分析手段，使设计人员在不同声景方案间进行比选时可以使用量化指标进行数据分析。