李健強(qiáng)，劉振奎，王張軍

（蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院）

【Abstrac】 The advantages of BIM and VR make BIM + VR technology develop rapidly in the field of building cooperation. The value it brings is also applicable to subway projects, but it is in the initial stage of application of subway projects. This article studies the application of Fuzor software in the field of construction virtual reality technology, and organizes the exploration of BIM in the field of rail transit.Finally, based on the Fuzor platform, the application of BIMVR in subway projects is explored.

1 BIM+VR的技術(shù)內(nèi)涵

BIM——建筑信息模型（Building Information Modeling），是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑模型的建立，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息。它具有可視化，協(xié)調(diào)性，模擬性，優(yōu)化性，可出圖性，一體化性，參數(shù)化性和信息完備性八大特點(diǎn)。

BIM一般可以從兩個(gè)角度來理解。一個(gè)方面來看BIM可以視為是一種信息載體，主要含有建設(shè)工程實(shí)體、機(jī)械設(shè)備以及進(jìn)度計(jì)劃等數(shù)據(jù)信息，并且各構(gòu)件的各種屬性。BIM信息模型包括各專業(yè)、各工種的信息。另一個(gè)方面來看BIM可以視為建立建筑信息模型的行動(dòng)，包含信息的采集、分析和共享等。各個(gè)參與方在相應(yīng)權(quán)限范圍內(nèi)可以輸入工作相關(guān)信息數(shù)據(jù)并且能從中輸出得到所需數(shù)據(jù)，從而為設(shè)計(jì)和施工提供便利，提高安全管理效率。BIM的定義原本是Autodesk公司內(nèi)員工使用的專業(yè)詞，而于2002年廣泛宣傳得其名稱。美國建筑科學(xué)研究院對BIM的定義是借助于高科技的計(jì)算機(jī)集成方式用于表現(xiàn)工程構(gòu)件的功效性質(zhì)、物理特性和建設(shè)工程各個(gè)階段的管理信息，為工程參與方建立綜合數(shù)據(jù)庫，在工程運(yùn)營階段為工程實(shí)體使用與維修提供幫助。BIM發(fā)揮作用的基礎(chǔ)是工程參與方在工程不同階段輸入、修改、提取和共享BIM建筑信息模型的數(shù)據(jù)信息。國內(nèi)普遍認(rèn)同BIM定義是BIM以3D建模技術(shù)為核心，集成了建設(shè)工程實(shí)施中各種管理信息的建筑信息模型集，BIM是對建設(shè)工程實(shí)體功能屬性的數(shù)字化呈現(xiàn)。

VR——虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality），虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是仿真技術(shù)的一個(gè)重要方向，是仿真技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、等多種技術(shù)的集合。是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術(shù)前沿學(xué)科和研究領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VR)主要包括模擬環(huán)境、感知、自然技能和傳感設(shè)備等方面。模擬環(huán)境是由計(jì)算機(jī)生成的、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的三維立體逼真圖像。感知是指理想的VR應(yīng)該具有一切人所具有的感知。除計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)所生成的視覺感知外，還有聽覺、觸覺、力覺、運(yùn)動(dòng)等感知，甚至還包括嗅覺和味覺等，也稱為多感知。自然技能是指人的頭部轉(zhuǎn)動(dòng)，眼睛、手勢、或其他人體行為動(dòng)作，由計(jì)算機(jī)來處理與參與者的動(dòng)作相適應(yīng)的數(shù)據(jù)，并對用戶的輸入作出實(shí)時(shí)響應(yīng)，并分別反饋到用戶的五官。傳感設(shè)備是指三維交互設(shè)備。

BIM+VR——建筑信息模型與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相互協(xié)作，使用者可以對已通過建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)建筑的三維模型進(jìn)行觀察、操控。讓建筑信息模型在三維中的建立和修改變成現(xiàn)實(shí)。

2 Fuzor軟件的認(rèn)識

Fuzor是一款將BIMVR技術(shù)與4D施工模擬技術(shù)深度結(jié)合的綜合性平臺級軟件，它能夠讓BIM模型轉(zhuǎn)化成帶數(shù)據(jù)的生動(dòng)BIMVR場景，讓所有項(xiàng)目參與方都能在這個(gè)場景中進(jìn)行深度的信息互動(dòng)。

3 基于Fuzor平臺，地鐵BIMVR的應(yīng)用流程

首先，操作者在Revit軟件中創(chuàng)建地鐵BIM三維模型，接下來在Revit軟件中將地鐵BIM三維模型同步到Fuzor軟件，經(jīng)過Fuzor軟件的渲染之后，操作者就可以進(jìn)行VR漫游。若再次利用Fuzor軟件將地鐵模型轉(zhuǎn)化為移動(dòng)端格式的文件，操作者還能在裝有Fuzor軟件（移動(dòng)端app）的手機(jī)或者平板直接配合VR眼鏡進(jìn)行三維漫游。

4 基于Fuzor平臺，BIMVR在地鐵項(xiàng)目的探究

4.1 移動(dòng)端支持

Fuzor支持多種VR外接設(shè)備，不但如此Fuzor有強(qiáng)大的移動(dòng)端支持，擁有自己的移動(dòng)端App，可以讓大于5G的地鐵BIM模型在移動(dòng)設(shè)備里流暢展示。操作者可以在移動(dòng)端設(shè)備里自由瀏覽、批注、測量、查看地鐵BIM模型參數(shù)，查看4D施工模擬進(jìn)度，并且可以通過app使用任何VR眼鏡進(jìn)行3D漫游。

4.2 導(dǎo)入GIS數(shù)據(jù)以模擬和分析項(xiàng)目的周邊環(huán)境

GIS——地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System或Geo－Information system，GIS）有時(shí)又稱為“地學(xué)信息系統(tǒng)”。它是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)。它是在計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對整個(gè)或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。

在Fuzor中，可以通過添加地鐵場地信息來完善設(shè)計(jì)。添加了GIS數(shù)據(jù)后，結(jié)合地形、建筑物、水文情況等，就可以發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目周圍環(huán)境對項(xiàng)目的影響，從而及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)。

再借助VR模型再結(jié)合使用日光分析、天氣模擬與GIS數(shù)據(jù)，有助于更好的了解地鐵項(xiàng)目與周圍環(huán)境間的相互影響。

4.3 雙向?qū)崟r(shí)同步+VR設(shè)計(jì)

Fuzor的LiveLink是Fuzor和Revit、ArchiCAD之間建立一座溝通的橋梁，此功能使Fuzor和Revit兩個(gè)軟件可以雙向?qū)崟r(shí)同步兩者的變化，F(xiàn)uzor和Revit任何一個(gè)軟件中項(xiàng)目的任何修改，都會同步到另一個(gè)軟件中，再也無需為了得到一個(gè)良好的可視化效果而在幾個(gè)軟件中導(dǎo)來導(dǎo)去。

這種雙向?qū)崟r(shí)同步功能，也實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)者可以通過VR設(shè)備對地鐵項(xiàng)目內(nèi)裝修進(jìn)行身臨其境般的3D設(shè)計(jì)、裝修、渲染等，同時(shí)Revit模型進(jìn)行同步更新。操作者還可以通過VR設(shè)備創(chuàng)建地鐵項(xiàng)目內(nèi)的風(fēng)管和管道以及其他構(gòu)件，然后移動(dòng)至合適的位置，這節(jié)省了軟件中建模的時(shí)間。并且在創(chuàng)建者模式下，操作者可以自由導(dǎo)航，在任意位置創(chuàng)建模型，不需要在多個(gè)文件或者樓層間切換（見圖 1）。

4.4 強(qiáng)大的渲染功能

Fuzor軟件與Revit通用材質(zhì)庫，Revit所做的任何細(xì)節(jié)都可以體現(xiàn)在Fuzor里，再加上Fuzor軟件自帶材質(zhì)庫，這為模型的真實(shí)性奠定了良好的基礎(chǔ)。Fuzor擁有強(qiáng)大的渲染功能，讓操作者建立的模型更加真實(shí)，讓FuzorVR體驗(yàn)者真正的感受所見即所得（見圖2）。

4.5 4D虛擬建造觀察

Fuzor能夠通過簡單高效的進(jìn)度模擬方式來為工作人員創(chuàng)建豐富的4D進(jìn)度管理場景，可以基于Fuzor平臺來完成各種工程類型的施工模擬項(xiàng)目。工作人員也可以通過VR設(shè)備進(jìn)行地鐵項(xiàng)目虛擬建造現(xiàn)場觀察。

圖1 地鐵revit與Fuzor模型對比

圖2 地鐵站模型在Fuzor軟件內(nèi)的渲染圖

圖3 碰撞檢查在Fuzor軟件內(nèi)三維顯示

4.6 云端VR協(xié)同

云服務(wù)器(Elastic Compute Service,ECS)是一種簡單高效、安全可靠、處理能力可彈性伸縮的計(jì)算服務(wù)。其管理方式比物理服務(wù)器更簡單高效。用戶無需提前購買硬件，即可迅速創(chuàng)建或釋放任意多臺云服務(wù)器。

Fuzor支持基于云端服務(wù)器的多人協(xié)同工作，無論在局域網(wǎng)內(nèi)部還是互聯(lián)網(wǎng)，地鐵項(xiàng)目參與各方都可以通過Fuzor搭建的私有云服務(wù)器來進(jìn)行問題追蹤，3D實(shí)時(shí)協(xié)同交流。

Fuzor的實(shí)時(shí)點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)作允許多個(gè)項(xiàng)目參與方同時(shí)在一個(gè)項(xiàng)目中進(jìn)行VR漫游及討論問題聚在一起，通過Fuzor審查正在進(jìn)行的項(xiàng)目，解決相關(guān)問題，并討論新項(xiàng)目。

4.7 交互式?jīng)_突管理

發(fā)生沖突，這是任何工程中一個(gè)不可避免的問題，地鐵項(xiàng)目也是如此，F(xiàn)uzor的交互沖突分析讓您檢測是否有構(gòu)件沖突，F(xiàn)uzor可以將不同格式的多個(gè)文件整合在一起，并檢查這些文件之間的沖突問題，還可以創(chuàng)建HTML和PDF報(bào)告。并且通過VR可以觀察這些沖突在3D中的具體位置（見圖3）。

4.8 沉浸式安全交底和事故體驗(yàn)

利用Fuzor自主研究的簡單的手機(jī)APP，結(jié)合簡單的VR眼鏡后，仿佛身臨其境，整個(gè)地鐵工程形象逼真地展示在眼前，似乎觸手可及。體驗(yàn)者手持手柄進(jìn)行操作，可以在虛擬的地鐵項(xiàng)目駐地、施工現(xiàn)場隨意“進(jìn)出”或“攀爬”，可以清晰明了地查看工程結(jié)構(gòu)的每一個(gè)部件、也可以全方位掌握施工過程中的工藝工法等。不僅如此，這項(xiàng)技術(shù)也使得安全交底和工人們的事故體驗(yàn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

5 結(jié)語

Fuzor軟件雖然不為很多人所知道，可是它許多優(yōu)秀的功能卻能推動(dòng)工程領(lǐng)域前沿的發(fā)展。隨著BIMVR在工程界的應(yīng)用逐漸的推廣，我相信基于Fuzor的BIMVR技術(shù)會被更多人所知曉，它將為地鐵項(xiàng)目的建設(shè)，乃至整個(gè)工程領(lǐng)域發(fā)揮出更大的作用。