(江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 徐州 221000)

引言

傳統(tǒng)建筑行業(yè)使用的AutoCAD、PKPM、sap、midas、ansys只是停留圖紙的二維化。大大降低了工程的效率和各個(gè)負(fù)責(zé)人之間的配合。同時(shí)也導(dǎo)致施工現(xiàn)場(chǎng)的錯(cuò)誤率高、造價(jià)成本高昂以及工期時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題。而從歐美國(guó)家引入的BIM這項(xiàng)技術(shù)就可以大大減少施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。用revit把圖紙導(dǎo)入到軟件當(dāng)中，在原有圖紙的基礎(chǔ)上，繪畫出一個(gè)三維的圖紙。這樣就可以大大的減少現(xiàn)實(shí)中出現(xiàn)的工程與設(shè)計(jì)者的想法相悖的現(xiàn)象，而B(niǎo)IM內(nèi)部信息的可視化和透明化更為數(shù)字化城市的發(fā)展奠定了重要的基礎(chǔ)。

VR是20世紀(jì)發(fā)展起來(lái)的全新技術(shù)，囊括計(jì)算機(jī)、電子信息、仿真技術(shù)于一體，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)產(chǎn)生電子信號(hào)，使其輸出的數(shù)據(jù)具化成為人們眼中的三維視圖與模型，用戶可以通過(guò)頭戴式眼鏡，真實(shí)的感受到具象化的物體，便于人們理解發(fā)現(xiàn)以及觀察事物。

在科學(xué)的不斷發(fā)展中，僅僅只將圖紙三維化已經(jīng)滿足不了人們對(duì)于建筑行業(yè)的期許。于是，將BIM的三維化與VR技術(shù)的真實(shí)感受相結(jié)合則為未來(lái)的建筑行業(yè)注入了新鮮的血液。通過(guò)三維圖紙的導(dǎo)入，讓設(shè)計(jì)者、施工者以及顧客戴上眼鏡就可以看到現(xiàn)實(shí)中的模型，讓設(shè)計(jì)者加以修改、施工者得以配合同樣顧客也可以看的到房子的樣貌不需要推銷員再加以贅述。BIM與VR相結(jié)合的這項(xiàng)技術(shù)，大大的提高了圖紙的利用效率，讓人們不僅僅之局限在三維的視角中，我們可以通過(guò)軟件，觀察到具體房屋的裝修以及柱梁板的安放角度和位置。而B(niǎo)IM保有的內(nèi)部構(gòu)件具體的屬性，通過(guò)VR我們也可以盡然的知道。通過(guò)這個(gè)技術(shù)我們甚至可以做到圖紙的四維化，可以感知與了解這個(gè)建筑真正的靈魂，是未來(lái)信息化數(shù)字化城市出現(xiàn)的大勢(shì)所趨。

一、建筑行業(yè)存在的問(wèn)題

(1)傳統(tǒng)建筑行業(yè)存在著視線和角度的太過(guò)平面化的問(wèn)題,容易造成溝通傳達(dá)不夠有效，建筑工程工期過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題,進(jìn)而造成建筑設(shè)施的完成度不夠，設(shè)計(jì)師的理念傳達(dá)不全面的問(wèn)題。

(2)BIM模型的可視化不足，普及度不高不能完整的貫穿一個(gè)建筑工程的全部生命周期。

(3)建筑行業(yè)內(nèi)部的溝通不足導(dǎo)致用戶對(duì)建筑工程的不理解，對(duì)圖紙施工過(guò)程的不夠理解。

二、基于BIM的三維建模

BIM(Building Information Model)在建筑行業(yè)的整個(gè)生命周期中有著不可或缺的作用，我們通過(guò)CAD和revit就可以僅僅通過(guò)圖紙就創(chuàng)造出一個(gè)立體的三維模型。所以軟件在BIM這項(xiàng)技術(shù)中起著舉足輕重的作用。

(一)BIM的運(yùn)用

傳統(tǒng)建筑往往會(huì)產(chǎn)生信息孤島，無(wú)法保證數(shù)據(jù)的共享及可追溯性。而B(niǎo)IM為這個(gè)問(wèn)題提供了答案。

在招投標(biāo)管理方面。BIM技術(shù)的數(shù)字化可以控制經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的精確性與準(zhǔn)確性，避免建筑面積與限高的造假。BIM模型的可視化能夠讓投標(biāo)方深入了解招標(biāo)方提供的條件。BIM建立的三維模型可以實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化招投標(biāo)，節(jié)約能源做到綠色環(huán)保。同樣也可以整合招投標(biāo)的文件，量化各項(xiàng)指標(biāo)。BIM產(chǎn)生的數(shù)據(jù)庫(kù)，可以對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行精準(zhǔn)透明的評(píng)定最大程度的做到透明化精確化。

在造價(jià)工作階段?？梢栽谑┕で皩?duì)建筑進(jìn)行預(yù)估提供各個(gè)階段的工程量、設(shè)計(jì)參數(shù)和工程參數(shù)，用算出的估計(jì)值進(jìn)行價(jià)值工程與限額設(shè)計(jì)的手段優(yōu)化設(shè)計(jì)成果。

在設(shè)計(jì)階段。通過(guò)設(shè)計(jì)模型信息的交換和傳遞將更加的直觀有效可以更好的融合設(shè)計(jì)者與實(shí)施者之間的矛盾。同樣也可以減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，通過(guò)設(shè)計(jì)檢查把障礙排除在出圖之前。

在施工階段。利用模型可以提前預(yù)知施工過(guò)程中出現(xiàn)的難點(diǎn)，大程度上消除了施工的不可預(yù)見(jiàn)性和不確定性，大大的提高了工程的安全性。設(shè)計(jì)方提供三維模型可以更直觀的對(duì)技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)交底，減少重復(fù)作業(yè)、保證質(zhì)量。

在運(yùn)維階段。通過(guò)模型我們可以把圖紙、報(bào)價(jià)單、采購(gòu)單、工期圖精簡(jiǎn)到一起呈現(xiàn)出更直觀的數(shù)據(jù)信息。同時(shí)，我們也可以提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)，在沒(méi)有獲取足夠的信息的情況下做出應(yīng)急的決策。

(二)BIM的軟件應(yīng)用

(1)BIM的基礎(chǔ)軟件指的是可以用于建立能為多個(gè)BIM應(yīng)用軟件所使用的BIM數(shù)據(jù)的軟件。如美國(guó)Autodesk公司的Revit軟件，其中包含了建筑設(shè)計(jì)軟件、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件及MEP設(shè)計(jì)軟件；匈牙利Graphisoft公司的ArchiCAD軟件等。

Revit建模的流程:

(2)BIM建模的精度。建模的精度講述了一個(gè)BIM的結(jié)構(gòu)從一個(gè)模糊低級(jí)的近似化構(gòu)建發(fā)展成為一個(gè)精細(xì)化高級(jí)的構(gòu)建。為了規(guī)范BIM參與各個(gè)項(xiàng)目階段的界限，美國(guó)建筑師協(xié)會(huì)在2008年提供了LOD的概念。LOD技術(shù)是一個(gè)有效的加速圖形生成的方法但是對(duì)于場(chǎng)景生成的實(shí)時(shí)性要求很高。可以運(yùn)用于確定模型階段輸出結(jié)果以及分配建模的任務(wù)。

(3)BIM的標(biāo)準(zhǔn)。IAI在1997年發(fā)布了IFC信息模型的第一個(gè)完整版本，而當(dāng)前最新的模板是IFC2X3 final。IFC標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)類似面向?qū)ο蟮慕ㄖ?shù)據(jù)模型。IFC模型包括建筑整個(gè)生命周期內(nèi)的各方面信息。目前，IFC標(biāo)準(zhǔn)(IFC 2x platform.版本)已經(jīng)被ISO組織接納為ISO標(biāo)準(zhǔn)，成為AEC/FM領(lǐng)域中的數(shù)據(jù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

(三)BIM還在處于初級(jí)發(fā)展的階段

由于建筑行業(yè)長(zhǎng)期以來(lái)施工模式的固定，以及BIM出現(xiàn)的時(shí)間較短，所以BIM這項(xiàng)技術(shù)還沒(méi)有完全投入到建筑行業(yè)當(dāng)中去。同時(shí)，傳播度不夠、行業(yè)的接納率過(guò)低這是BIM現(xiàn)階段發(fā)展的一大問(wèn)題。

三、基于VR的虛擬技術(shù)

(一)VR的意義

VR的出現(xiàn)可以說(shuō)是三維向四維的進(jìn)步，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以把晦澀難懂的紙質(zhì)文字轉(zhuǎn)化成為一個(gè)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的模型，來(lái)讓人們的自然感官理解和想象。在20世紀(jì)60年代后，VR開(kāi)始用于航天和軍事領(lǐng)域?？茖W(xué)家們可以通過(guò)VR技術(shù)來(lái)觀察和想象未知的領(lǐng)域。2014年之后，VR主要應(yīng)用于娛樂(lè)行業(yè)。隨處可見(jiàn)的虛擬現(xiàn)實(shí)游戲，通過(guò)VR眼鏡來(lái)讓用戶感受到真實(shí)的畫面以其沉浸式的感受給用戶帶來(lái)了極大的視覺(jué)和感官盛宴。目前，VR正在嘗試著向不同的領(lǐng)域發(fā)展，向用戶們普及這項(xiàng)新興的技術(shù)。

(二)VR+技術(shù)的聯(lián)想

由于VR的造價(jià)過(guò)高導(dǎo)致在用戶中的普遍率不高。所以VR必須要和相關(guān)的產(chǎn)業(yè)聯(lián)合才可以發(fā)揮出虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的效用。比如：和圖書(shū)館聯(lián)合構(gòu)成三維書(shū)籍，便于人們理解；和房地產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和汽車營(yíng)銷聯(lián)合構(gòu)成實(shí)景看房看車，便于人們的溝通；和電影行業(yè)聯(lián)合構(gòu)成實(shí)景看電影，大大加強(qiáng)了人們的觀感以及與游樂(lè)設(shè)備聯(lián)合不用排冗長(zhǎng)的隊(duì)伍還加強(qiáng)了安全系數(shù)，提高了人們生活的幸福度。此外，VR還面臨著技術(shù)發(fā)展并不完善，用低端的眼鏡設(shè)備容易造成青少年的生理不適，增大眩暈感。

四、VR與BIM的聯(lián)合應(yīng)用

通過(guò)VR技術(shù)和BIM技術(shù)的相融合，可以使建筑物整體更加的透明化，讓未來(lái)的建筑更加的信息化、數(shù)字化。

(一)VR與BIM構(gòu)成平臺(tái)的構(gòu)想

BIM面臨著的普及率與視線還存在著死角的問(wèn)題。而VR也面臨著造價(jià)過(guò)高需要與相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈配合使用的問(wèn)題。兩個(gè)產(chǎn)業(yè)可以相互融合取長(zhǎng)補(bǔ)短。BIM的三維視圖技術(shù)加上VR的實(shí)景觀看技術(shù)，可以為VR領(lǐng)域開(kāi)辟一個(gè)新型的道路也可以為BIM提高普及度和專業(yè)度。大大的提高了兩個(gè)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

隨著B(niǎo)IM在建筑行業(yè)中貫穿生命周期的效用，利用VR的眼鏡。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)圖紙不僅僅只能看到一個(gè)三維化的立體圖形還可以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)看到，設(shè)計(jì)中的具體部件，減少了損耗率同時(shí)也提高了設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)感想，具化了設(shè)計(jì)者的構(gòu)思。而在招投標(biāo)管理的過(guò)程中，通過(guò)VR眼鏡我們可以更詳細(xì)的了解建筑物的整體構(gòu)思和概念，并且可以具化到每一個(gè)柱梁板的數(shù)據(jù)、造價(jià)，使整個(gè)工程更加的透明化。在造價(jià)的過(guò)程中，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)和BIM技術(shù)我們可以看到更加詳細(xì)的數(shù)字信息以及更加具體的建筑框架，降低了錯(cuò)誤率、提高了工期。在施工的過(guò)程中，可以通過(guò)這個(gè)技術(shù)更加精確的放入建筑物的構(gòu)建，降低了錯(cuò)誤率。同時(shí)，也可以更清晰的傳達(dá)出建筑物的具體信息，減輕監(jiān)理的工作負(fù)擔(dān)。在房地產(chǎn)銷售階段我們可以通過(guò)VR和BIM技術(shù)，更清晰的向顧客傳達(dá)出建筑物的信息框架，減少了不必要的爭(zhēng)端。

通過(guò)兩個(gè)新興技術(shù)相結(jié)合的手段可以加大兩個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)效益，從而帶動(dòng)兩個(gè)行業(yè)的經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的發(fā)展。通過(guò)BIM與VR技術(shù)的融合，可以為未來(lái)的數(shù)字化城市建設(shè)創(chuàng)造一個(gè)設(shè)想。

(二)國(guó)內(nèi)對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的研究

(1)清華大學(xué)黃啟針對(duì)TIBIM平臺(tái)(由清華大學(xué)與清軟英泰共同研發(fā)的基于BIM的大規(guī)模建筑信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)渲染和管理系統(tǒng))的不足，在清華大學(xué)軟件學(xué)院研發(fā)的GEMS和NEBULA平臺(tái)下，實(shí)現(xiàn)了基于剩余資源模型的服務(wù)器資源調(diào)度算法，能夠合理地對(duì)渲染請(qǐng)求進(jìn)行負(fù)載均衡，有效實(shí)現(xiàn)多機(jī)渲染。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了三維場(chǎng)景的可見(jiàn)性裁剪算法，在操作過(guò)程中實(shí)施有效的視錐體裁剪與遮擋裁剪，保證了操作的實(shí)時(shí)幀率。

(2)華南理工大學(xué)王碩以海洋公園的冰山3D結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)為例，探討了VR與BIM技術(shù)在復(fù)雜建筑項(xiàng)目中的應(yīng)用，描述和討論了基于Revit軟件的激光掃描技術(shù)和點(diǎn)云處理，BIM模型創(chuàng)建以及VR技術(shù)的具體應(yīng)用。

(3)遼寧城市建設(shè)學(xué)院王施施通過(guò)Arch2012、Revit2015、Sketchup8.0與UC-WIN-ROAD這些軟件研宄BIM和VR常用軟件平臺(tái)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與對(duì)接，找到BIM和VR核心建模軟件之間的信息傳遞關(guān)系，保證建筑全生命過(guò)程中建筑信息的共享與轉(zhuǎn)換順暢。

五、對(duì)于建筑行業(yè)問(wèn)題的解決方法

通過(guò)結(jié)合VR與BIM技術(shù)，運(yùn)用到建筑行業(yè)當(dāng)中能夠在BIM技術(shù)實(shí)施全過(guò)程中與BIM技術(shù)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)相互融合,無(wú)縫集成BIM模型成果,形成一套全新實(shí)用的技術(shù)解決方案。從方案階段到設(shè)計(jì)階段再到施工階段再到后期運(yùn)維階段,BIM+VR的作用就是在整個(gè)建筑工程還未建成的任何一個(gè)階段,每一個(gè)參與項(xiàng)目的人都可以看到建成后的實(shí)際效果。這樣做及時(shí)避免了資源浪費(fèi),又使每個(gè)階段的過(guò)程都可以高質(zhì)量和高效率的完成。

而VR更加貼近于用戶的真實(shí)感受，可以讓看起來(lái)復(fù)雜難懂的建筑行業(yè)變得貼近大眾。VR與BIM相結(jié)合的技術(shù)，可以通過(guò)透明化的數(shù)據(jù)和構(gòu)建便于施工的實(shí)施，但它也不僅僅只局限于看建筑物內(nèi)部的構(gòu)建，可以通過(guò)圖紙的三維化，結(jié)合地形光照，為顧客分析出更適合自己的住房，大大的提高了人們生活的幸福度。同時(shí)，也增加了顧客對(duì)建筑物的理解，融合了消費(fèi)者與銷售者之間的關(guān)系。

雖然BIM與VR技術(shù)的傳播力度并不夠大，但是數(shù)字化城市是未來(lái)建筑行業(yè)的大勢(shì)所趨，如何能加大傳播力度、提高技術(shù)性能創(chuàng)建綠色信息城市，是我們每一個(gè)從事建筑行業(yè)人員的面臨的問(wèn)題。