張若曦 張樂敏 王鵬宇/ ZHANG Ruoxi, ZHANG Lemin, WANG Pengyu

近年來，隨著科技的進(jìn)步，建筑信息模型（Building Information Modeling，簡(jiǎn)稱BIM）技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR）技術(shù)快速更迭，在促進(jìn)建筑空間認(rèn)知和設(shè)計(jì)信息交互上優(yōu)勢(shì)明顯，因此均對(duì)建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生了積極作用。目前，BIM+VR技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注，BIM逐步成為在建造過程全產(chǎn)業(yè)鏈中傳遞、重組和維護(hù)建筑信息的重要平臺(tái)，而其在設(shè)計(jì)溝通中存在的不足，則可通過VR技術(shù)的空間可視化及虛擬體驗(yàn)優(yōu)勢(shì)來彌補(bǔ)。因此，BIM與VR技術(shù)的結(jié)合將極大地提高建筑設(shè)計(jì)過程的信息交互效率，增強(qiáng)實(shí)際溝通效果。

本研究以廈門大學(xué)BIM+VR技術(shù)輔助建筑設(shè)計(jì)教學(xué)應(yīng)用為例，通過分析技術(shù)系統(tǒng)與建筑設(shè)計(jì)思維的關(guān)聯(lián)耦合度，剖析BIM+VR技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)建筑設(shè)計(jì)和教學(xué)領(lǐng)域信息交互的深層原因，進(jìn)而做出評(píng)價(jià)并提出應(yīng)用建議，以促進(jìn)該技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)和教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用及未來技術(shù)系統(tǒng)平臺(tái)的研發(fā)。

1 文獻(xiàn)綜述

1.1 BIM+VR技術(shù)的建筑應(yīng)用

VR技術(shù)興起于1960、1970年代，1990年代開始迅速發(fā)展，在多個(gè)領(lǐng)域解決了一些普遍性的重大應(yīng)用需求，如模擬訓(xùn)練、工業(yè)設(shè)計(jì)、交互體驗(yàn)等，在理論與應(yīng)用兩方面都取得了很大的進(jìn)展。目前，在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域，VR技術(shù)能夠改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)信息交互方式已成為共識(shí)，建筑師通過在生成的VR三維建筑空間里進(jìn)行建模與分析，可以使設(shè)計(jì)方案迅速實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上結(jié)合的BIM+VR技術(shù)，一定程度上將進(jìn)一步加快建筑設(shè)計(jì)交互的速度，極大地降低溝通成本，有效地提高溝通效率。目前，BIM+VR技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括輔助建筑營(yíng)造設(shè)計(jì)和輔助建筑設(shè)計(jì)教學(xué)。

在輔助建筑空間營(yíng)造方面，近年來學(xué)者研究了BIM與VR技術(shù)對(duì)建筑空間設(shè)計(jì)的影響（劉基榮，2004；季景濤 等，2014），提出VR應(yīng)該結(jié)合BIM進(jìn)行建模和實(shí)時(shí)體驗(yàn)（劉石 等，2016），并指出VR技術(shù)可促進(jìn)建筑方案的優(yōu)化創(chuàng)新（慈舒峰，2016）。在輔助建筑教學(xué)方面，目前國(guó)內(nèi)多所知名建筑院校均建立了虛擬實(shí)驗(yàn)室或BIM結(jié)合VR的教學(xué)培養(yǎng)體系。例如：同濟(jì)大學(xué)以數(shù)字化的虛擬仿真技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)筑在線虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源（孫澄宇 等，2015）；天津大學(xué)開展了BIM結(jié)合VR設(shè)計(jì)的教學(xué)研究實(shí)踐，提出建立完整綜合的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)體系（白雪海 等，2015）；哈爾濱工業(yè)大學(xué)探索了基于BIM的多專業(yè)協(xié)同建筑設(shè)計(jì)教學(xué)模式（韓銳 等，2017）。

1.2 BIM+VR系統(tǒng)平臺(tái)發(fā)展

目前，VR技術(shù)在理論與應(yīng)用兩方面都取得了很大的進(jìn)展，VR開發(fā)平臺(tái)與支撐環(huán)境和VR應(yīng)用等是目前主要的研究對(duì)象（趙沁平，2009）。由于早年的VR技術(shù)受到軟硬件的限制，在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用有限，無法從真正意義上實(shí)現(xiàn)與建筑設(shè)計(jì)全過程的結(jié)合，包括利用BIM模型生成VR模擬。其原因是，早年的VR系統(tǒng)是基于Unity、Unreal和Valve等游戲引擎架構(gòu)而成，模型導(dǎo)入、場(chǎng)景渲染及生成仿真模型的流程較為繁雜，普遍存在交互性不好、場(chǎng)景真實(shí)感不強(qiáng)，虛擬場(chǎng)景數(shù)據(jù)量大、顯示不流暢等問題（陳瑾怡，2012），建筑設(shè)計(jì)人員難以直接操作。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，近年來開發(fā)的BIM+VR技術(shù)系統(tǒng)，極大地簡(jiǎn)化了BIM模型生成VR場(chǎng)景的過程，并與建筑設(shè)計(jì)思維的信息交互產(chǎn)生耦合（表1）。目前較成熟的系統(tǒng)有兩類：一類是移動(dòng)型VR系統(tǒng)（Mobile VR，簡(jiǎn)稱MVR），例如由Archicad公司開發(fā)的BIMx軟件平臺(tái)；另一類是主機(jī)型VR系統(tǒng)（Person Computer VR，簡(jiǎn)稱PCVR），例如由Fuzor開發(fā)的VR引擎平臺(tái)。這兩個(gè)平臺(tái)對(duì)于建筑設(shè)計(jì)過程中的信息交互溝通均產(chǎn)生了積極影響，也是本研究進(jìn)行耦合度評(píng)價(jià)所選用的系統(tǒng)平臺(tái)。此外，還有不少國(guó)內(nèi)外廠商和研究機(jī)構(gòu)的VR系統(tǒng)開發(fā)也取得了較好的效果，例如國(guó)外的IrisVR、ArchiSpace、Lnh Studio、VR-Architecture、Oneiros，以及國(guó)內(nèi)的光輝城市MARS、曼恒G-magic等，這些軟件在很大程度上簡(jiǎn)化了建筑VR的生成流程。目前，上述VR系統(tǒng)還不能直接支持BIM的模型仿真。

2 建筑設(shè)計(jì)過程中的信息交互與設(shè)計(jì)思維

2.1 建筑設(shè)計(jì)過程中信息交互的發(fā)展

建筑設(shè)計(jì)的過程既是不斷解決問題的過程，也是信息不斷傳遞和重組的過程?；谛畔⒔换サ囊曇埃ㄖO(shè)計(jì)過程的發(fā)展歷程可分為3個(gè)階段（張樂敏，2008）。

第一階段是基于實(shí)地實(shí)物，即建筑師直接對(duì)應(yīng)實(shí)物。在文藝復(fù)興以前，西方的建筑設(shè)計(jì)者大多由藝術(shù)家或工匠兼任，尚未形成專門的建筑師職業(yè)，該階段的建筑設(shè)計(jì)者是在建造實(shí)地上進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)，其建筑設(shè)計(jì)過程是與實(shí)物進(jìn)行信息傳遞與重組的過程。

第二階段是基于抽象圖紙和模型，即建筑師通過設(shè)計(jì)符號(hào)、模型等與實(shí)物進(jìn)行信息交互。在15世紀(jì)初的文藝復(fù)興初期，建筑設(shè)計(jì)成為專門的工種，為了向工匠和他人傳遞設(shè)計(jì)信息，建筑師利用設(shè)計(jì)符號(hào)、模型等專業(yè)的建筑設(shè)計(jì)表達(dá)信息，這些信息成為實(shí)物的載體。

第三階段是基于虛擬現(xiàn)場(chǎng)，即建筑師通過數(shù)字化的設(shè)計(jì)圖標(biāo)符號(hào)、模型等與實(shí)物進(jìn)行信息交互。隨著數(shù)字化信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，其在建筑設(shè)計(jì)中也開始大量應(yīng)用，數(shù)字設(shè)計(jì)逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)設(shè)計(jì)來表達(dá)信息，成為實(shí)物的載體。特別是BIM和VR技術(shù)的出現(xiàn)，使得建筑師可以建立一個(gè)虛擬的建筑現(xiàn)場(chǎng)，建筑設(shè)計(jì)全產(chǎn)業(yè)鏈上各工種可以便捷地溝通協(xié)調(diào)，對(duì)未來建筑設(shè)計(jì)的發(fā)展將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

表1 建筑領(lǐng)域VR平臺(tái)模擬生成流程匯總

表2 建筑設(shè)計(jì)思維特征總結(jié)

2.2 建筑設(shè)計(jì)過程中的設(shè)計(jì)思維分析

建筑設(shè)計(jì)的過程也是建筑師設(shè)計(jì)思維的過程，基于設(shè)計(jì)中特殊的理性與感性主導(dǎo)，本文將其分為邏輯思維與非邏輯思維（表2）。

邏輯思維是指符合形式邏輯要求的思考方式，其主要特征是構(gòu)造形式語言，建立演算系統(tǒng)。因?yàn)榻ㄖO(shè)計(jì)普遍具有強(qiáng)烈的目的性，其最終的結(jié)果需要“必然的得出”（王振文，2012），這使得邏輯思維成為建筑設(shè)計(jì)中非常重要的理性工具，對(duì)于實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)目標(biāo)來說意義重大。

非邏輯思維指直覺、靈感、想象等思維活動(dòng)，心理學(xué)研究認(rèn)為其在建筑設(shè)計(jì)的關(guān)鍵創(chuàng)造階段起著決定性作用，其突破與重構(gòu)是創(chuàng)造力的重要源泉（李振烈 等，2002）。在建筑設(shè)計(jì)中，當(dāng)靠邏輯思維無法完成時(shí)，就需要借助形象、直覺和靈感思維三者來發(fā)揮作用。其一形象思維，由于建筑設(shè)計(jì)所創(chuàng)造的成果是具象的，因此想象一般都有一定的形象特征，這使得形象思維在建筑設(shè)計(jì)中發(fā)揮了舉足輕重的作用（莫天偉，1985）。其二直覺思維，這是對(duì)問題內(nèi)在規(guī)律的深刻理解，即當(dāng)經(jīng)驗(yàn)積累到一定程度時(shí)，在理性與感性之間產(chǎn)生思維貫通的一種頓悟式理解，愛因斯坦認(rèn)為這是“對(duì)經(jīng)驗(yàn)的共鳴理解”（姜成林，1992）。其三靈感思維，是因創(chuàng)造力突然達(dá)到超水平發(fā)揮，而瞬間形成的一種特定的心理狀態(tài)，借助直覺啟示所猝然迸發(fā)的一種領(lǐng)悟或理解的思維形式（楊佰才 等，2013）。

3 研究設(shè)計(jì)

在建筑設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)思維往往會(huì)經(jīng)歷從抽象、模糊到逐步具象、清晰的轉(zhuǎn)變過程，該規(guī)律自建筑設(shè)計(jì)啟蒙就已經(jīng)開始凸顯，在高校教學(xué)中表現(xiàn)得尤為明顯，因此本研究以此為出發(fā)點(diǎn)展開實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

3.1 研究框架

基于對(duì)建筑師在建筑設(shè)計(jì)過程中的共性思維模式分析，以及BIM+VR技術(shù)交互的相關(guān)研究，研究通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，讓不同年級(jí)的建筑設(shè)計(jì)組在教學(xué)過程中利用BIM+VR技術(shù)進(jìn)行輔助教學(xué)，通過實(shí)驗(yàn)觀察，分析該技術(shù)對(duì)建筑設(shè)計(jì)思維的影響。研究分年級(jí)各選取一個(gè)樣本組，由于同一年級(jí)的學(xué)生其專業(yè)程度較為一致，相同的設(shè)計(jì)課題需解決的問題也較為接近，因此可形成樣本群；而低年級(jí)到高年級(jí)的學(xué)生亦代表了專業(yè)程度由低到高，有利于研究的比較分析。此外，通過課程指導(dǎo)老師的參與及訪談反饋，可以跟蹤學(xué)生設(shè)計(jì)思維的發(fā)展變化，因此本研究的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有利于進(jìn)行BIM+VR技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)思維交互耦合度的深入研究。

本研究將建筑設(shè)計(jì)的邏輯思維交互和非邏輯思維交互細(xì)分為4個(gè)方面，其中，邏輯思維交互是針對(duì)智慧化解決復(fù)雜設(shè)計(jì)目標(biāo)的交互能力，如解決建筑采光、照明、通風(fēng)、安全疏散等技術(shù)性問題時(shí)的表現(xiàn)；其次是非邏輯思維交互，包括形象思維對(duì)應(yīng)沉浸體驗(yàn)感、直覺思維對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的積累和用直覺進(jìn)行的快速設(shè)計(jì)決策，以及靈感思維對(duì)應(yīng)靈感閃現(xiàn)時(shí)的靈活捕捉。具體研究框架如圖1所示。

3.2 研究對(duì)象

本研究隨機(jī)從廈門大學(xué)建筑學(xué)專業(yè)二至五年級(jí)中分別抽取了一個(gè)設(shè)計(jì)教學(xué)組樣本，每組樣本由11～18名學(xué)生和2名指導(dǎo)老師組成。經(jīng)過對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性篩選，最終選取了53位學(xué)生（其中21名男生和32名女生）和8位指導(dǎo)老師的數(shù)據(jù)進(jìn)行最終分析。其中，學(xué)生年齡為17～25歲，平均年齡為20.3歲（標(biāo)準(zhǔn)差2.8），指導(dǎo)老師年齡為35～53歲（標(biāo)準(zhǔn)差4.3）。

3.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)在PCVR、MVR兩類VR平臺(tái)設(shè)備中各選用一組比較典型的代表性設(shè)備。PCVR系統(tǒng)由HTC-VIVE頭盔、主機(jī)和操作手柄構(gòu)成，配套虛擬渲染引擎為Fuzor。MVR系統(tǒng)由移動(dòng)式頭盔、Galaxy顯示手機(jī)和藍(lán)牙手柄組成，配套虛擬渲染引擎為BIMx。

3.4 研究流程設(shè)置

實(shí)驗(yàn)配合建筑設(shè)計(jì)教學(xué)過程分為前期、中期和后期3個(gè)階段進(jìn)行，基于PCVR、MVR兩組VR平臺(tái)設(shè)備分別進(jìn)行測(cè)試，每次實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)為3～5min。體驗(yàn)結(jié)束后，從學(xué)生與指導(dǎo)老師兩個(gè)角度分別進(jìn)行問卷調(diào)查及訪談，重點(diǎn)對(duì)教學(xué)過程中學(xué)生的邏輯思維及非邏輯思維中的形象思維、直覺思維和靈感思維這4種模式的交互情況進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)研。與之對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)內(nèi)容共5項(xiàng)，包括智慧性、沉浸性、經(jīng)驗(yàn)性、決策性和靈活性，最終進(jìn)行打分評(píng)價(jià)與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，每項(xiàng)最高5分，最低1分。

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

研究基于樣本問卷統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以建筑設(shè)計(jì)思維交互耦合度相關(guān)的5項(xiàng)指標(biāo)，即智慧性、沉浸性、經(jīng)驗(yàn)性、決策性和靈活性，進(jìn)行簇群分析。對(duì)各年級(jí)教學(xué)組的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類加權(quán)平均，得到最終數(shù)值進(jìn)行可視化分析，在生成的簇群圖上可明顯發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)思維交互的規(guī)律（圖2）。

4.1 邏輯思維的交互

從簇群分析圖中可見，邏輯思維交互在5個(gè)子項(xiàng)中耦合度總體偏低，綜合平均值為2.4（滿分5分），僅高于最低的靈感思維交互（平均值為2.1），同時(shí)隨著學(xué)生專業(yè)程度的提高其交互性呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。其原因是，邏輯思維在交互中強(qiáng)調(diào)邏輯推理，在建筑設(shè)計(jì)中主要體現(xiàn)在對(duì)復(fù)雜問題的處理上，比如需要進(jìn)行智慧運(yùn)算化處理的各類技術(shù)問題。在建筑設(shè)計(jì)本科教學(xué)中，對(duì)于處理技術(shù)問題的訓(xùn)練呈逐年增強(qiáng)的趨勢(shì)，低年級(jí)學(xué)生面對(duì)的技術(shù)問題相對(duì)較容易，通常如建筑日照、通風(fēng)及高程等，這時(shí)現(xiàn)有的BIM+VR技術(shù)比較容易發(fā)揮作用。而在高年級(jí)時(shí)，學(xué)生需要更多地關(guān)注并解決一些復(fù)雜的社會(huì)空間問題，如空間行為、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等，從研究數(shù)據(jù)上可以發(fā)現(xiàn)，該區(qū)塊的應(yīng)用交互偏弱。綜合可見，現(xiàn)有的BIM+VR技術(shù)對(duì)于加強(qiáng)設(shè)計(jì)邏輯思維的幫助還很有限，甚至有指導(dǎo)老師反映學(xué)生容易陷入軟件邏輯，并不能很好地促進(jìn)邏輯分析，因此該技術(shù)系統(tǒng)在這方面還有很大的拓展空間。

4.2 非邏輯思維的交互

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，非邏輯思維中的形象思維、直覺思維和靈感思維交互評(píng)價(jià)平均值依次為4.2、3.4和2.1，可見BIM+VR技術(shù)對(duì)于提高形象思維的交互作用，而對(duì)于促進(jìn)靈感思維的交互作用并不理想。從簇群分析圖可見，沉浸性與決策性數(shù)值變化隨學(xué)生專業(yè)程度的提高而下降，而經(jīng)驗(yàn)性數(shù)值的變化趨勢(shì)則恰好相反，此外，靈活性數(shù)值變化與學(xué)生專業(yè)程度的耦合度卻不大。

4.2.1 基于形象思維的信息交互耦合度最高

圖1 研究框架

圖2 基于BIM+VR的建筑設(shè)計(jì)思維的交互簇群

在提高形象思維交互方面，BIM+VR技術(shù)受到學(xué)生和老師的一致好評(píng)，可有效降低抽象思維難度，同時(shí)提高空間感知體驗(yàn)。從簇群分析圖可見，沉浸性數(shù)值隨著學(xué)生專業(yè)程度的提高而下降，這是因?yàn)榈湍昙?jí)學(xué)生的空間想象能力不足，而VR技術(shù)可以很好地彌補(bǔ)這一弱點(diǎn)，但隨著專業(yè)能力的提高，高年級(jí)學(xué)生對(duì)該方面的需求會(huì)相對(duì)降低。在訪談中，指導(dǎo)老師提出，以往一些需要老師指導(dǎo)講解的抽象的建筑空間問題，現(xiàn)在學(xué)生借助該技術(shù)能實(shí)現(xiàn)自主發(fā)現(xiàn)、認(rèn)識(shí)并解決；而學(xué)生則認(rèn)為，該技術(shù)有助于他們更好地理解抽象、模糊的設(shè)計(jì)問題，與老師的溝通也更容易。

4.2.2 基于直覺思維的信息交互耦合度次之

直覺思維交互的平均值為3.4，單從數(shù)據(jù)看其影響力一般，但在訪談中，有高年級(jí)學(xué)生反饋，使用BIM+VR系統(tǒng)后其直覺思維有了很大改善。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)樵撓到y(tǒng)解放了原本形象思維需額外消耗的腦力，使他們能夠更專注于應(yīng)用直覺思維進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)通過該系統(tǒng)也更容易積累設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。從簇群圖上可以看到，經(jīng)驗(yàn)性數(shù)值變化與專業(yè)程度明顯呈正比。分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練的高年級(jí)學(xué)生更容易從BIM+VR系統(tǒng)空間體驗(yàn)中獲取所需要的經(jīng)驗(yàn)，從而提高直覺思維，相比而言，低年級(jí)學(xué)生缺乏該項(xiàng)能力。與此同時(shí)，在簇群圖上，決策性變化與專業(yè)程度卻成反比。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，這是由學(xué)生的專業(yè)決策需求決定的，學(xué)生年級(jí)越高對(duì)系統(tǒng)專業(yè)決策的需求越大，所以高年級(jí)同學(xué)在該區(qū)塊的分值偏低。同時(shí)在訪談中了解到，大家普遍認(rèn)為研究所采用的兩套BIM+VR系統(tǒng)互動(dòng)性均不足，不能對(duì)設(shè)計(jì)決策起到較大的促進(jìn)作用，同時(shí)建議系統(tǒng)增加多方案對(duì)比的功能，以便更好地幫助設(shè)計(jì)者做出決策，進(jìn)一步促進(jìn)直覺思維的交互。

4.2.3 基于靈感思維的信息交互耦合度較低

靈感思維交互的平均值為2.1，是最低值，且從簇群圖上發(fā)現(xiàn)各年級(jí)的數(shù)值比較接近，這反映大家的看法比較一致。在訪談中發(fā)現(xiàn)，大家認(rèn)為研究所采用的兩套系統(tǒng)均不適合靈感思維的發(fā)揮，交互靈活性方面都較差。他們表示，PCVR系統(tǒng)的軟件和硬體上過于繁瑣，而MVR系統(tǒng)對(duì)硬件要求低這點(diǎn)比較有優(yōu)勢(shì)，但軟件方面在交互中還不太好控制。因?yàn)殪`感思維出現(xiàn)的時(shí)間很短，稍縱即逝，所以能開發(fā)出快速捕捉到靈感思維BIM+VR系統(tǒng)顯得頗具意義，而目前的系統(tǒng)則在軟硬件的便攜靈活性方面還需進(jìn)一步改善（圖3）。

4.3 BIM+VR系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)和潛能

根據(jù)樣本問卷和訪談綜合分析發(fā)現(xiàn)，BIM+VR系統(tǒng)與建筑設(shè)計(jì)思維的信息交互特性具有一定的耦合性，耦合度由高到低依次為形象思維、直覺思維、邏輯思維和靈感思維。其中，在形象思維、直覺思維方面的耦合度較高，但在邏輯思維和靈感思維方面的耦合度則表現(xiàn)一般，系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)還有很大的空間和潛力（表3）。

4.3.1 與邏輯思維耦合的評(píng)價(jià)與建議

圖3 MVR與PCVR的交互性能對(duì)比雷達(dá)圖

表3 BIM結(jié)合VR對(duì)建筑設(shè)計(jì)思維的影響

雖然BIM+VR技術(shù)能更直觀地輔助解決許多復(fù)雜的技術(shù)問題，但是研究發(fā)現(xiàn)，BIM和VR技術(shù)的軟件邏輯與設(shè)計(jì)思維邏輯并沒有很好地耦合。高年級(jí)老師和學(xué)生認(rèn)為，現(xiàn)有的BIM+VR技術(shù)只能簡(jiǎn)單地模擬分析一些日照、采光和通風(fēng)問題，而建筑設(shè)計(jì)人員憑借傳統(tǒng)專業(yè)知識(shí)就能夠很好地處理這些問題，用新方法設(shè)計(jì)反而費(fèi)時(shí)費(fèi)力，有種殺雞用牛刀的感覺；同時(shí)也指出，建筑設(shè)計(jì)中要處理的技術(shù)問題遠(yuǎn)不止這些，建議面向建筑設(shè)計(jì)過程開發(fā)一些輔助智慧運(yùn)算化處理各類技術(shù)問題的智慧型工具包，如輔助人與環(huán)境的互動(dòng)操作和針對(duì)各類空間行為的輔助分析等。研究還發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的BIM+VR技術(shù)應(yīng)用在建筑設(shè)計(jì)的方案階段并不能發(fā)揮很大的輔助作用，反而軟件邏輯會(huì)成為一種束縛。研究建議，需要依靠新的BIM技術(shù)開發(fā)才能較好地解決這個(gè)問題，新技術(shù)應(yīng)以建筑全生命周期的BIM鏈為基礎(chǔ)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈技術(shù)和AI（Artificial Intelligence，人工智能）合約技術(shù)，最后借助VR交互平臺(tái)，優(yōu)化輔助解決設(shè)計(jì)中的邏輯問題，從而更好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)。

4.3.2 與形象思維耦合的評(píng)價(jià)與建議

研究發(fā)現(xiàn)，BIM各構(gòu)件的真實(shí)性以及虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的沉浸性對(duì)體驗(yàn)者具有很大的影響。環(huán)境的真實(shí)性和沉浸性在很大程度上會(huì)降低抽象問題、復(fù)雜空間問題的解決門檻和難度。面對(duì)真實(shí)性和沉浸性不佳的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員很容易被從現(xiàn)實(shí)世界中抽離出來，以至于有個(gè)別學(xué)生認(rèn)為在過于封閉和寂靜的虛擬世界會(huì)出現(xiàn)莫名的孤獨(dú)感。研究建議，對(duì)虛擬環(huán)境進(jìn)行二次增強(qiáng)，開發(fā)多人協(xié)助設(shè)計(jì)或者多人互動(dòng)學(xué)習(xí)的應(yīng)用場(chǎng)景，從而促進(jìn)虛擬環(huán)境的多維感知和互動(dòng)。

4.3.3 與直覺思維耦合的評(píng)價(jià)與建議

研究發(fā)現(xiàn)，BIM+VR技術(shù)對(duì)于激發(fā)直覺思維、積累設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和提高感性與理性間的設(shè)計(jì)決策具有很大作用。如果系統(tǒng)在對(duì)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)積累和類比決策上能起到更好的輔助作用，將極大地加強(qiáng)建筑設(shè)計(jì)人員的直覺思維。例如有指導(dǎo)老師認(rèn)為，直覺思維對(duì)提高學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)具有很大的潛力，該技術(shù)可在一定程度上輔助并促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行自學(xué)。研究建議，希望結(jié)合機(jī)器的深度學(xué)習(xí)功能，對(duì)經(jīng)典建筑案例進(jìn)行分析，并建立各類型的空間體驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)庫(kù)，為設(shè)計(jì)人員提供積累空間體驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的智能虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，同時(shí)建立類比設(shè)計(jì)決策的輔助系統(tǒng)，提升設(shè)計(jì)人員的判斷和決策能力。

4.3.4 與靈感思維耦合的評(píng)價(jià)與建議

研究發(fā)現(xiàn)，雖然VR場(chǎng)景可通過角色和環(huán)境的轉(zhuǎn)換促進(jìn)靈感的產(chǎn)生，但是該技術(shù)操作過程較為繁瑣，技術(shù)瓶頸較高，交互的靈活性方面稍顯不足，因此在一定程度上限制了思維的快速跳躍和靈感思維的產(chǎn)生，需要研發(fā)更便捷的軟件和硬件。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，約1/4的學(xué)生和老師認(rèn)為類似MVR平臺(tái)在設(shè)計(jì)中比較靈活實(shí)用，這種便攜式虛擬技術(shù)會(huì)是今后的發(fā)展方向，并認(rèn)為需要促進(jìn)虛擬和現(xiàn)實(shí)世界之間更多的融合，因?yàn)榻ㄖO(shè)計(jì)人員的最終目標(biāo)是改造現(xiàn)實(shí)世界。研究建議，未來BIM技術(shù)能實(shí)現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實(shí)VR、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR和混合現(xiàn)實(shí)MR技術(shù)三者之間的靈活應(yīng)用和切換，從而更好地促進(jìn)靈感思維的產(chǎn)生和捕捉。

5 結(jié)論

本文通過文獻(xiàn)與理論梳理，構(gòu)建了BIM+VR技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)基本思維模式的交互耦合研究框架，找出技術(shù)與邏輯思維、形象思維、直覺思維和靈感思維所對(duì)應(yīng)的交互重點(diǎn)分別是智慧性、沉浸性、經(jīng)驗(yàn)決策性和靈活性。研究通過實(shí)驗(yàn)和訪談綜合分析認(rèn)為，現(xiàn)有BIM+VR技術(shù)系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)于不同建筑設(shè)計(jì)思維的耦合度有明顯的差異，其中與形象思維的耦合度最高，其次是直覺思維，而與邏輯思維和靈感思維的耦合度較低。最后，研究分析了現(xiàn)有BIM+VR平臺(tái)系統(tǒng)在4種思維模式交互中的優(yōu)勢(shì)和不足，以此為基礎(chǔ)進(jìn)一步提出發(fā)掘其潛能的優(yōu)化建議。

由于條件的限制，本研究仍有許多不足之處：首先實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)量和范圍有限，使得研究缺乏全面性；其次由于該研究?jī)?nèi)容目前國(guó)內(nèi)尚處在探索階段，可借鑒的資料不夠豐富，因此研究難免會(huì)有所疏忽。

總體而言，本文所選取的研究角度、嘗試采用的研究方法和最終得出的評(píng)價(jià)結(jié)論及建議，具有一定的參考意義，希望對(duì)于推動(dòng)基于數(shù)字技術(shù)的建筑設(shè)計(jì)教學(xué)改革，推動(dòng)BIM+VR在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以及促進(jìn)新型技術(shù)系統(tǒng)平臺(tái)的研發(fā)有所幫助。