王勇，陳輔偉，李揚(yáng)

（1.甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司，蘭州 730000；2.甘肅路橋公路投資有限公司，蘭州 730000）

1 引言

中國的交通發(fā)展已處于世界領(lǐng)先地位，擁有完善的交通基礎(chǔ)設(shè)施，并且隨著信息化時(shí)代的到來，各種信息技術(shù)在交通工程中得到了廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)階段，BIM 技術(shù)作為信息化的技術(shù)手段，正在逐漸改變傳統(tǒng)的項(xiàng)目管理模式，BIM+VR 技術(shù)的應(yīng)用極大地提升了公路工程建設(shè)的智能化和科技化水平，在工程施工方面可以有效提升施工安全性，幫助管理者有效開展工程施工交底工作，在提升各種施工項(xiàng)目管理者和建造者施工技術(shù)的同時(shí)，提升工程質(zhì)量和整體進(jìn)度。對(duì)此，本文針對(duì)BIM 技術(shù)和VR 技術(shù)的結(jié)合進(jìn)行研究，旨在發(fā)掘更多的應(yīng)用點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)，從而更好地促進(jìn)行業(yè)發(fā)展。

2 BIM+VR技術(shù)概述

BIM（Building Information Modeling）建筑信息模型，是一種全新的工程技術(shù)手段，以工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立三維模型，通過數(shù)字化仿真模擬項(xiàng)目所具有的真實(shí)信息。支持各專業(yè)協(xié)同工作、項(xiàng)目的虛擬建造和精細(xì)化管理，為交通運(yùn)輸行業(yè)的提質(zhì)增效、節(jié)能環(huán)保創(chuàng)造條件[1]。

VR（Virtual Reality）虛擬現(xiàn)實(shí)，是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬環(huán)境的三維仿真系統(tǒng)技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)模擬環(huán)境，融合多源信息，使用戶沉浸到該環(huán)境中。在施工可視化方面，VR可以增強(qiáng)施工方案的成果展示效果，幫助施工人員了解施工過程。

BIM+VR 技術(shù)結(jié)合了兩種技術(shù)的特點(diǎn)，充分利用VR 技術(shù)使BIM 應(yīng)用多元化，以擁有信息數(shù)據(jù)的模型為基礎(chǔ)，通過仿真模擬系統(tǒng)，給予用戶沉浸式體驗(yàn)，加強(qiáng)可視性和交互性的同時(shí)，也提升了資源的整合能力。BIM 技術(shù)已逐步滲透到建筑施工領(lǐng)域，VR 技術(shù)帶給了人們不一樣的感知體驗(yàn)，兩者的結(jié)合對(duì)于增強(qiáng)相互領(lǐng)域間的技術(shù)層次起到了重要的作用。

3 BIM+VR技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)

近幾年，隨著BIM 和VR 技術(shù)的快速發(fā)展，這兩項(xiàng)新技術(shù)在施工領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸被推廣。兩種技術(shù)協(xié)同解決了施工過程中成本大、時(shí)間長的問題，使施工過程更快、更精確、更靈活，使技術(shù)人員可以更加有效地開展工作。利用BIM 技術(shù)建立的工程模型，可以將BIM 技術(shù)與VR 技術(shù)相融合，技術(shù)人員通過VR 技術(shù)可以全方位地體驗(yàn)施工過程和現(xiàn)場(chǎng)空間尺寸，并且可以直觀地觀察材料的形狀和空間的采光，對(duì)于施工整體可以具有更加真實(shí)的體驗(yàn)，施工人員可以更直觀地感受施工現(xiàn)場(chǎng)，從而提高施工效率與質(zhì)量。

國外對(duì)于BIM+VR 技術(shù)的研究更重視發(fā)掘設(shè)計(jì)工具和設(shè)計(jì)思維，并將該技術(shù)用于建筑設(shè)計(jì)過程中，研究軟硬件的結(jié)合方式，以及通過技術(shù)優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)BIM 模型的實(shí)時(shí)渲染，闡述了未來信息建模的潛力。BIM 技術(shù)的實(shí)質(zhì)是建筑項(xiàng)目中應(yīng)用信息技術(shù)的一種模型構(gòu)建技術(shù)，可以幫助整合工程中的各種信息數(shù)據(jù)，形成三維化的立體模型，幫助對(duì)建筑進(jìn)行更為精細(xì)化的管理，提升施工工程的管理水平。這一技術(shù)最早由美國研發(fā)，其應(yīng)用范圍自問世起不斷擴(kuò)增，相比中國，西方國家更早接觸BIM 技術(shù)，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也更為豐富。

4 BIM+VR技術(shù)開發(fā)和背景

4.1 項(xiàng)目背景

本文以通渭至定西高速公路工程BIM 技術(shù)與應(yīng)用為例進(jìn)行分析。該項(xiàng)目路線全長114.831 km，一期工程路線全長110.371 km。依托工程中涉及的Ⅴ、Ⅵ級(jí)圍巖黃土隧道施工安全問題為切入點(diǎn)，結(jié)合BIM+VR 技術(shù)，開發(fā)VR 隧道施工培訓(xùn)系統(tǒng)。通過三維可視化手段對(duì)施工安全教育、施工事故模擬、施工方案技術(shù)交底進(jìn)行仿真模擬，提升工程施工協(xié)同效率與質(zhì)量，降低項(xiàng)目溝通及建設(shè)成本，強(qiáng)化施工作業(yè)人員的安全意識(shí)，創(chuàng)新工程專業(yè)人才的培養(yǎng)模式。

4.2 BIM+VR技術(shù)開發(fā)

將BIM 技術(shù)與VR 技術(shù)進(jìn)行結(jié)合時(shí)，針對(duì)項(xiàng)目道路、橋梁以及隧道等建筑采用Bently 公司開發(fā)的Microstation（構(gòu)件）、OpenRoads Designer（道路）以及OpenBridge Modeler（橋梁、隧道）專業(yè)建模軟件進(jìn)行精細(xì)化建模，并通過自主研究的減免算法，大幅減少模型幾何面數(shù)，實(shí)現(xiàn)大場(chǎng)景、復(fù)雜模型在三維環(huán)境中的加載，運(yùn)用先進(jìn)的虛擬引擎開發(fā)可視化仿真系統(tǒng)，性價(jià)比高、功能強(qiáng)大、動(dòng)畫制作成本低，一方面便于從場(chǎng)景環(huán)境綜合效果進(jìn)行考慮項(xiàng)目方案，另一方面提高了畫面幀率，支持多種格式的模型導(dǎo)入，并且自身包含豐富的工程施工器械設(shè)備、施工場(chǎng)景和施工人員，而且還具有簡單易用的工具，可以進(jìn)行極度細(xì)化的分析器，從而在環(huán)境、場(chǎng)景以及角色等不同資源中進(jìn)行應(yīng)用。

5 BIM+VR技術(shù)在施工過程中的應(yīng)用

5.1 施工設(shè)計(jì)改良

在公路工程施工專項(xiàng)方案制訂過程中，施工管理人員通常需要考慮各種因素，運(yùn)用BIM+VR 技術(shù)可以通過施工圖模擬不同的施工場(chǎng)景和施工順序，從而直觀地了解施工過程，將難以理解的施工方案通過可視化的方式表達(dá)出來，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，選擇最合理的方案并及時(shí)整改，使施工流程得到優(yōu)化。傳統(tǒng)的施工方案制訂局限于二維圖紙，僅從整體設(shè)計(jì)效果進(jìn)行分析還無法避免在細(xì)節(jié)當(dāng)中所遇到的問題，會(huì)對(duì)項(xiàng)目工程的施工效率和工期產(chǎn)生影響，因此，需要全方位地考慮相關(guān)施工因素[2]。例如，在隧道施工過程中，需要針對(duì)隧道的不同圍巖等級(jí)選擇不同的開挖方式，避免在開挖過程中由于方案不合理而出現(xiàn)工作面坍塌、找頂不徹底、開挖進(jìn)尺過大、開挖作業(yè)支架失穩(wěn)等危害。采用沉浸式的VR 體驗(yàn)方式，可以更為詳細(xì)地了解設(shè)計(jì)缺陷，從而及時(shí)優(yōu)化和改進(jìn)相關(guān)問題。除此之外，施工方通過應(yīng)用VR 技術(shù)，可以有效地向甲方展示相關(guān)施工方案的視覺效果，從而提升業(yè)主的滿意度。

5.2 施工交底模擬

在施工技術(shù)交底工作中，BIM+VR 技術(shù)可用于推廣標(biāo)準(zhǔn)化的工程施工可視化交底，相比于傳統(tǒng)紙質(zhì)化交底模式，該技術(shù)的應(yīng)用有效地提升了技術(shù)交底的效率。傳統(tǒng)的施工技術(shù)交底模式趨向于口頭闡述和紙質(zhì)化說明，無法直觀展示施工過程，如果以三維可交互的形式動(dòng)態(tài)展示施工工藝每個(gè)步驟細(xì)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化工藝模擬，可以真實(shí)地演示施工方案的動(dòng)態(tài)過程，加深施工人員對(duì)施工工藝以及技術(shù)規(guī)范的理解和記憶，從而減少在施工過程中產(chǎn)生的錯(cuò)誤和誤差，對(duì)施工單位降低溝通成本、提高工程質(zhì)量和保證施工工期方面起到重要作用[3]。

5.3 安全教育培訓(xùn)

在施工人員進(jìn)行施工作業(yè)前，安全教育培訓(xùn)必不可少，認(rèn)真做好培訓(xùn)工作對(duì)整個(gè)工程來說至關(guān)重要。在施工安全培訓(xùn)工作中，通過BIM+VR 技術(shù)可以有效提升施工人員安全防護(hù)意識(shí)。傳統(tǒng)的施工管理人員在進(jìn)行施工安全教育培訓(xùn)時(shí)所用到的方式一般為兩種：（1）通過紙質(zhì)化的交底方式現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安全技術(shù)交底；（2）通過每月的安全生產(chǎn)例會(huì)對(duì)施工班組管理人員進(jìn)行安全教育培訓(xùn)。這兩種方式存在的弊端在于培訓(xùn)形式單一，紙質(zhì)化的培訓(xùn)方式不夠清晰，對(duì)于經(jīng)驗(yàn)不足的施工人員而言還無法明確工程施工中的相關(guān)危險(xiǎn)施工區(qū)，且無法完全掌握具體的安全施工方法。因此，使用BIM+VR 技術(shù)，在三維場(chǎng)景中通過體驗(yàn)不同的模擬演示，首先可以讓施工人員清晰地了解施工中所遇到的危險(xiǎn)因素，比如，安全帽撞擊體驗(yàn)、高空墜落體驗(yàn)、隧道逃生體驗(yàn)、綜合用電體驗(yàn)、安全急救體驗(yàn)等，對(duì)于施工人員而言，安全合理的施工方式是工程能順利進(jìn)行的有效保證[4]。

5.4 施工場(chǎng)地規(guī)劃

在建筑工程的施工場(chǎng)地規(guī)劃工作中，運(yùn)用BIM+VR 技術(shù)，可以使場(chǎng)地規(guī)劃的合理性得到有效保證，同時(shí)還能夠科學(xué)規(guī)劃施工流程。具體而言，在應(yīng)用BIM+VR 技術(shù)開展場(chǎng)地規(guī)劃工作時(shí)，首先，施工企業(yè)通過應(yīng)用BIM 技術(shù)可以進(jìn)一步提升場(chǎng)地規(guī)劃設(shè)計(jì)的精確性和科學(xué)性，而應(yīng)用VR 技術(shù)則可以展示場(chǎng)地規(guī)劃的可視化模型，從而清楚地展示工程施工效果[5]。其次，在應(yīng)用BIM+VR 技術(shù)時(shí)，還可以合理設(shè)計(jì)場(chǎng)地規(guī)劃的相關(guān)細(xì)節(jié)內(nèi)容，具體包括植物種植、路燈設(shè)計(jì)等，使場(chǎng)地規(guī)劃效果得到有效提高，合理控制工程的施工成本。

6 BIM+VR技術(shù)在工程施工中的意義

6.1 優(yōu)化施工流程

項(xiàng)目建設(shè)初期，一些設(shè)計(jì)上的誤差和不合理之處還無法從施工圖紙上發(fā)現(xiàn)，通過BIM+VR 技術(shù)，可以對(duì)可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤和沖突提前預(yù)知，而這些未知的情況可能會(huì)導(dǎo)致最終工程預(yù)算的超支和工程項(xiàng)目的延期。所以，將BIM 技術(shù)和VR 技術(shù)兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合，對(duì)于工程優(yōu)化起到了重要的作用。

6.2 提升施工技術(shù)交底效率

施工前的施工技術(shù)交底對(duì)于整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)展同樣起到了至關(guān)重要的作用，而BIM+VR 技術(shù)無疑成為施工管理者和施工人員兩者溝通的快速通道，有效的施工技術(shù)交底可以提升施工管理者的管理水平，讓施工人員更好地理解施工工藝，減少返工，對(duì)于兩者都起到了提高工作效率的作用。

6.3 提高施工安全意識(shí)

安全是每個(gè)項(xiàng)目建設(shè)周期都需要關(guān)注的問題，防止安全事故的重點(diǎn)不僅僅是完善制度和優(yōu)化設(shè)備，更需要提升每個(gè)施工管理人員和施工人員的安全防護(hù)意識(shí)，尤其是對(duì)于剛剛進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)工作的新人，有效的安全培訓(xùn)教育顯得尤為重要，施工人員對(duì)施工中所能遇見的危險(xiǎn)提前預(yù)知可避免在作業(yè)當(dāng)中事故的發(fā)生。因此，VR 技術(shù)通過合理設(shè)計(jì)工程施工中可能存在的安全事故情況，從而進(jìn)一步提升施工人員的安全意識(shí)。

7 結(jié)語

綜上所述，隨著時(shí)代的發(fā)展，BIM+VR 逐漸成熟，相關(guān)施工企業(yè)逐漸加大對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用力度，將兩者技術(shù)結(jié)合，充分發(fā)揮了二者技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，在數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，提供可視化功能，真正做到讓施工觸手可及。在提升施工企業(yè)管理水平的同時(shí)，也為工程施工創(chuàng)造了有利條件，全面提高建筑工程的建設(shè)水平，促進(jìn)城市的現(xiàn)代化發(fā)展。