李萌萌 李帆 姜鳳珍

摘?要：在國(guó)家大力倡導(dǎo)發(fā)展裝配式建筑的背景下，結(jié)合裝配式建筑構(gòu)造復(fù)雜性、長(zhǎng)期性、一次性、特點(diǎn)以及為適應(yīng)裝配式建筑管理人才方面的需要，提出將成熟的BIM+VR技術(shù)應(yīng)用到裝配式建筑構(gòu)造虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。從工程管理專(zhuān)業(yè)課程體系出發(fā)，構(gòu)建基于BIM與VR技術(shù)的裝配式建筑構(gòu)造過(guò)程虛擬沉浸式體驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)案例形象生動(dòng)的向?qū)W生呈現(xiàn)裝配式建筑從設(shè)計(jì)、場(chǎng)地布局、現(xiàn)場(chǎng)施工等過(guò)程，豐富課程體系內(nèi)容，促進(jìn)裝配式建筑構(gòu)造進(jìn)一步向信息化方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：BIM;VR;裝配式建筑;虛擬仿真;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0??文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

BIM（Building?Information?Model）技術(shù)從建筑全生命周期出發(fā)，已成為建筑業(yè)備受關(guān)注的熱點(diǎn)，推動(dòng)了建筑業(yè)技術(shù)手段的變革。VR技術(shù)以其交互性、沉浸性、構(gòu)想性等特點(diǎn)逐漸被應(yīng)用到建筑行業(yè)方方面面。BIM技術(shù)的信息集成性為VR技術(shù)的實(shí)施提供了前景，二者技術(shù)的融合，能夠深度優(yōu)化虛擬建筑仿真效果，促進(jìn)建筑行業(yè)信息化方向的發(fā)展。與此同時(shí)，我國(guó)建筑工業(yè)化、住宅產(chǎn)業(yè)化和綠色技術(shù)也在不斷推進(jìn)，不管是在工程材料上還是技術(shù)上都取得了很大的進(jìn)步，這種形式下，裝配式建筑應(yīng)勢(shì)而生。國(guó)內(nèi)不少城市響應(yīng)國(guó)家政策，出臺(tái)促進(jìn)裝配式建筑發(fā)展的政策文件，并提供一定服務(wù)。由此可見(jiàn)，裝配式建筑的應(yīng)用，是未來(lái)建筑行業(yè)發(fā)展的一大趨勢(shì)。

2016年國(guó)務(wù)院出臺(tái)《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見(jiàn)》，要大力培養(yǎng)具有裝配式建筑專(zhuān)業(yè)知識(shí)的人才，鼓勵(lì)高等院校在課程體系中合理設(shè)置相關(guān)課程，與對(duì)口企業(yè)開(kāi)展校企合作，促進(jìn)專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)。目前，很多高校都沒(méi)有開(kāi)設(shè)裝配式建筑課程，雖然不少高校正逐漸將BIM技術(shù)納入課程體系，但將BIM技術(shù)與VR技術(shù)應(yīng)用到裝配式建筑構(gòu)造實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的高校很少，造成裝配式建筑專(zhuān)業(yè)人才的缺乏。

基于上述現(xiàn)狀，已有部分學(xué)者對(duì)BIM技術(shù)、VR技術(shù)在建筑類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了探索。余宏亮等提出了BIM虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的整體架構(gòu)，并將其應(yīng)用于工程管理專(zhuān)業(yè)[1]。王凱等構(gòu)建了一種新型的BIM+VR裝配式建筑教學(xué)平臺(tái)，進(jìn)而指出裝配式建筑教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建對(duì)于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意義與前景[2]。陸海燕等結(jié)合傳統(tǒng)土木工程施工類(lèi)課程，構(gòu)建了基于BIM+VR的仿真教學(xué)系統(tǒng)，促進(jìn)了教學(xué)方法的改革[3]。楊陽(yáng)等結(jié)合實(shí)際工程案例，對(duì)基于BIM和VR技術(shù)的土木工程施工課程進(jìn)行了研究與探索，創(chuàng)新了教學(xué)模式[4]。這些研究為基于BIM技術(shù)和VR技術(shù)在建筑類(lèi)專(zhuān)業(yè)中的教育開(kāi)辟了新天地。

目前不少高校的工程管理專(zhuān)業(yè)課程體系中雖然含有裝配式建筑構(gòu)造知識(shí)，但相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)僅限于傳統(tǒng)理論教學(xué)，學(xué)生在掌握知識(shí)上較為被動(dòng)，因此，引入BIM+VR技術(shù)裝配式建筑構(gòu)造教學(xué)平臺(tái)具有顯著的意義。

1?BIM與VR技術(shù)在裝配式建筑構(gòu)造虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的整體構(gòu)思

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)以其可視化、效率高、安全性、成本低、資源共享等特點(diǎn)在各高校中得到廣泛應(yīng)用，不僅在一定程度上解決高校實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的困難，還可豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。工程管理專(zhuān)業(yè)是工程技術(shù)與管理相互交叉綜合性學(xué)科，主要培養(yǎng)從事工程方面的復(fù)合型人才[5]。通過(guò)對(duì)本校工程管理專(zhuān)業(yè)課程體系及對(duì)應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)裝配式建筑的知識(shí)是穿插在傳統(tǒng)現(xiàn)澆式建筑相關(guān)課程中，由專(zhuān)業(yè)教師通過(guò)理論知識(shí)、圖畫(huà)、視頻等形式向?qū)W生進(jìn)行講解，加之學(xué)生校外實(shí)踐機(jī)會(huì)少，學(xué)生對(duì)裝配式建筑知識(shí)的學(xué)習(xí)沒(méi)能及時(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐能力。

本研究在遵循虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)原則的基礎(chǔ)上，以工程管理專(zhuān)業(yè)為依托，將BIM與VR技術(shù)相結(jié)合引入裝配式建筑模型設(shè)計(jì)、場(chǎng)地布局、現(xiàn)場(chǎng)施工模擬的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。給學(xué)生呈現(xiàn)出可視化的圖形和交互式的場(chǎng)景虛擬，讓學(xué)生切身感受到裝配式建筑構(gòu)造的施工過(guò)程，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)，加深對(duì)裝配式建筑構(gòu)造相關(guān)知識(shí)的理解與掌握。

基于BIM+VR技術(shù)的裝配式建筑構(gòu)造虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)，主要分為兩個(gè)階段：第一階段是以本校工程管理專(zhuān)業(yè)為參考，梳理工程管理專(zhuān)業(yè)教學(xué)大綱與課程體系，搜集裝配式建筑項(xiàng)目相關(guān)案例;第二階段是實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建立的主要階段，首先依托工程管理專(zhuān)業(yè)的工程制圖、房屋建筑學(xué)等課程，對(duì)裝配式建筑的構(gòu)造模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，選取比較成熟的建模軟件Revit進(jìn)行三維建模，三維模型建好后一鍵導(dǎo)入Fuzor軟件進(jìn)行VR渲染體驗(yàn)，兩個(gè)軟件可實(shí)現(xiàn)同步修改變化，方便學(xué)生對(duì)裝配式建筑的每個(gè)構(gòu)件有直觀的認(rèn)識(shí)與體驗(yàn)，在虛擬逼真的環(huán)境中可做進(jìn)一步的深化設(shè)計(jì)。在三維模型建立基礎(chǔ)上，根據(jù)工程項(xiàng)目管理、施工組織等課程的理論知識(shí)，進(jìn)行場(chǎng)地布置，選取廣聯(lián)達(dá)BIM施工現(xiàn)場(chǎng)布置軟件進(jìn)行虛擬模擬布置，通過(guò)軟件自帶的圖元或?qū)隒AD圖紙、GCL文件等可快速建立直觀、形象的場(chǎng)地模型[6]。最后將三維模型與場(chǎng)布模型導(dǎo)入廣聯(lián)達(dá)BIM5D軟件，結(jié)合土木施工技術(shù)等課程，添加進(jìn)度信息后與模型相關(guān)聯(lián)，可完成裝配式建筑施工模擬，配合VR設(shè)備可進(jìn)行虛擬漫游VR體驗(yàn)。

2?BIM與VR技術(shù)在裝配式建筑構(gòu)造虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的應(yīng)用

本實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)按照學(xué)生認(rèn)知到實(shí)踐再到創(chuàng)新設(shè)計(jì)的原則出發(fā)，將理論知識(shí)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，通過(guò)BIM與VR技術(shù)，讓學(xué)生清晰地了解裝配式建筑構(gòu)造形式和施工工序。以某裝配式建筑為例，實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)主要從以下幾方面設(shè)置。

2.1?裝配式建筑模型的建立

裝配式建筑與傳統(tǒng)現(xiàn)澆式建筑相比，裝配式建筑的大部分構(gòu)件需要預(yù)制加工，且構(gòu)件是在構(gòu)件加工廠生產(chǎn)完成，然后運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)，吊裝就位拼接完成，因此在建模前，應(yīng)熟悉相關(guān)施工圖示、構(gòu)件平面圖及構(gòu)件連接要點(diǎn)等。結(jié)合預(yù)制構(gòu)件模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)，利用Revit軟件建立重復(fù)利用的預(yù)制裝配式墻、柱、樓梯、窗等構(gòu)件，形成構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)模型族庫(kù)（見(jiàn)圖1），為方案設(shè)計(jì)和調(diào)整、變更提供依據(jù)。為保證Revit建立的模型能夠?qū)霃V聯(lián)達(dá)BIM5D軟件，建模時(shí)遵循《Revit導(dǎo)入廣聯(lián)達(dá)GCL建模交互規(guī)范》的構(gòu)建命名規(guī)則進(jìn)行命名[7]。

構(gòu)件族創(chuàng)建好后，利用Revit軟件進(jìn)行構(gòu)件拼裝，形成具有參數(shù)化信息的三維模型。為了讓學(xué)生更加真實(shí)地體驗(yàn)所建立的模型，將Revit軟件所建立的三維模型，一鍵同步到VR技術(shù)下的Fuzor軟件中（見(jiàn)圖2），兩個(gè)軟件可實(shí)現(xiàn)同步變化與修改，一個(gè)軟件對(duì)構(gòu)建進(jìn)行了修改都會(huì)同步到另一個(gè)軟件中。在Fuzor軟件中通過(guò)操作可進(jìn)入模型內(nèi)部進(jìn)行VR虛擬漫游，結(jié)合軟件中的沖突分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)模型存在的問(wèn)題，導(dǎo)出報(bào)表做進(jìn)一步的深化設(shè)計(jì)。

2.2?施工場(chǎng)地的布置

施工現(xiàn)場(chǎng)布置圖設(shè)計(jì)是單位工程開(kāi)工前準(zhǔn)備工作的重要內(nèi)容之一。在裝配式建筑施工現(xiàn)場(chǎng)平面布置時(shí)，考慮到裝配式建筑多由預(yù)制構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)澆筑或機(jī)械固定組裝而成，因此在對(duì)施工場(chǎng)地規(guī)劃時(shí)，應(yīng)著重考慮預(yù)制構(gòu)件堆放區(qū)、機(jī)械布置、臨建設(shè)施等的位置。廣聯(lián)達(dá)BIM施工現(xiàn)場(chǎng)布置軟件，內(nèi)置豐富的施工場(chǎng)地構(gòu)件庫(kù)，可快速建模并對(duì)場(chǎng)地布置進(jìn)行合理性分析，圖3為建立的施工現(xiàn)場(chǎng)布置圖。軟件中的虛擬施工功能，可讓學(xué)生形象、直觀地了解到場(chǎng)地布置的流程，對(duì)裝配式建筑的施工流程有個(gè)前期的了解。此外成果文件可直接輸出形成BIMVR，通過(guò)AR臺(tái)、3D大屏再現(xiàn)VR場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)情景化教學(xué)。

2.3?裝配式建筑施工模擬

施工模擬是在三維模型的基礎(chǔ)上添加時(shí)間軸，隨時(shí)間的變化模擬建筑物從開(kāi)工到竣工的施工過(guò)程。建筑模型和場(chǎng)布模型建好后，導(dǎo)入BIM5D軟件，附著上施工進(jìn)度計(jì)劃，施工進(jìn)度計(jì)劃可由Microsoft?Project軟件制作或斑馬夢(mèng)龍網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃軟件制作，便可讓學(xué)生不出教室，就可直觀體驗(yàn)到裝配式建筑施工過(guò)程（如圖4所示），同時(shí)也可培養(yǎng)學(xué)生的施工組織設(shè)計(jì)和管理能力。在BIM5D軟件中進(jìn)行的施工模擬可導(dǎo)出視頻，配合VR硬件設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)虛擬教學(xué)，提升教學(xué)效果。對(duì)于預(yù)制構(gòu)件的吊裝、拼接等程序，可由教師提前做好案例，導(dǎo)出視頻，在仿真的現(xiàn)場(chǎng)條件下，讓學(xué)生真實(shí)感受施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，理解作業(yè)過(guò)程，觀察學(xué)習(xí)施工工藝。

3?實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在工程管理專(zhuān)業(yè)中的應(yīng)用點(diǎn)

3.1?豐富專(zhuān)業(yè)課程體系

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在原課程體系的基礎(chǔ)上，添加了裝配式建筑施工過(guò)程相關(guān)內(nèi)容，同時(shí)將工程制圖、房屋建筑學(xué)、土木施工技術(shù)、工程項(xiàng)目管理等課程統(tǒng)籌規(guī)劃，豐富了課程體系內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的各環(huán)節(jié)還可將部分專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)進(jìn)行凝練和優(yōu)化，加強(qiáng)課程之間的內(nèi)在聯(lián)系，以綜合實(shí)訓(xùn)為主體，便于學(xué)生系統(tǒng)高效掌握理論知識(shí)，提高實(shí)踐能力。

3.2?提高學(xué)生識(shí)圖建模能力

在裝配式建筑模型設(shè)計(jì)時(shí)，利用Revit軟件進(jìn)行參數(shù)化三維建模，在三維模式下，學(xué)生可以清晰了解到每個(gè)構(gòu)件的形狀及組成，加深對(duì)圖形構(gòu)造的理解。借助Fuzor軟件的VR漫游技術(shù)將模型直觀展示出來(lái)，讓學(xué)生全情投入模型中進(jìn)行設(shè)計(jì)和觀察，在逼真的實(shí)踐情景中夯實(shí)理論知識(shí)，提高建模能力與創(chuàng)新能力。

3.3?實(shí)現(xiàn)裝配式建筑施工流程的可視化教學(xué)

高校裝配式建筑相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)中，想要深入了解裝配式建筑施工流程，在理論知識(shí)扎實(shí)的基礎(chǔ)上，必須實(shí)際參與到項(xiàng)目中才能達(dá)到目標(biāo)。而借助實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在完成BIMVR建模與場(chǎng)地布置的基礎(chǔ)上，鏈接上進(jìn)度計(jì)劃信息，便可實(shí)現(xiàn)施工流程的模擬，配合使用VR設(shè)備可在虛幻的情景下全方位了解到裝配式建筑的施工流程。在有限的課時(shí)內(nèi)以低成本、安全、高效的形式解決實(shí)踐難、不確定性因素多等難題。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)創(chuàng)建的虛擬環(huán)境，改善了傳統(tǒng)教學(xué)情景，以可視化的教學(xué)方式使學(xué)生的思維、創(chuàng)新度充分舒展，獲得更好的學(xué)習(xí)實(shí)踐體驗(yàn)。

結(jié)語(yǔ)

工程管理專(zhuān)業(yè)是一門(mén)綜合性的專(zhuān)業(yè)，其培養(yǎng)目標(biāo)是為社會(huì)培養(yǎng)出既懂管理又會(huì)技術(shù)的專(zhuān)業(yè)性人才。裝配式建筑是建筑行業(yè)新的方向。通過(guò)BIM與VR技術(shù)將裝配式建筑構(gòu)造過(guò)程以虛擬實(shí)驗(yàn)的形式應(yīng)用到工程管理專(zhuān)業(yè)的教學(xué)中，不僅可將理論知識(shí)串聯(lián)起來(lái)提高教學(xué)效果，也是建筑行業(yè)對(duì)新時(shí)代專(zhuān)業(yè)人才提出的新要求。通過(guò)實(shí)際調(diào)研發(fā)現(xiàn)，將BIM與VR技術(shù)應(yīng)用到工程管理專(zhuān)業(yè)的裝配式建筑構(gòu)造虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中是可行的，BIM技術(shù)和VR技術(shù)的綜合應(yīng)用，可讓學(xué)生直觀形象、沉浸式地了解到裝配式建筑構(gòu)造的全過(guò)程，加深對(duì)理論知識(shí)的理解，提高實(shí)踐能力。

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作者簡(jiǎn)介：李萌萌（1988—?），女，山東青島人，碩士，實(shí)驗(yàn)師，主要從事建筑工程管理研究。