柳州城市職業(yè)學(xué)院信息工程系 韋燕紅 宋偉奇 王麗娟

為解決設(shè)計(jì)與實(shí)際不統(tǒng)一的問(wèn)題，在建筑施工中采用BIM+VR 技術(shù)將會(huì)成為一條可以解決此問(wèn)題的最優(yōu)道路。BIM+VR 在BIM3D 建模的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)了虛擬現(xiàn)實(shí)的可視性和實(shí)用性，并以一種合理的交互方式，以可視的方式呈現(xiàn)給建筑行業(yè)使用者。

隨著我國(guó)建筑業(yè)的迅速發(fā)展，我國(guó)的工程建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新的階段，其規(guī)模日益增大，結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜。為了進(jìn)一步提升工程項(xiàng)目的質(zhì)量，需要從多個(gè)方面，充分利用信息技術(shù)。而將BIM+VR 技術(shù)結(jié)合在一起，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)建設(shè)工程的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，推動(dòng)了資源的整合，是提升建設(shè)質(zhì)量的一種重要技術(shù)形式[1]。

1 建筑行業(yè)中引入“BIM+VR”技術(shù)的意義

1.1 有利于人才培養(yǎng)和提升當(dāng)代建筑設(shè)計(jì)水平

“BIM+VR”技術(shù)的引進(jìn)，是我國(guó)現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)界實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化、標(biāo)準(zhǔn)化的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在目前的情況下，國(guó)家和設(shè)計(jì)界都應(yīng)該對(duì)這兩項(xiàng)技術(shù)視野下的建筑設(shè)計(jì)概念的構(gòu)建途徑、方法、規(guī)劃、措施等問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)的探討，從而在某種意義上，提高從業(yè)人員的認(rèn)知、素質(zhì)、工作效率、工作水準(zhǔn)，切實(shí)推進(jìn)我國(guó)建筑設(shè)計(jì)界的科學(xué)化更新和發(fā)展，在充分發(fā)揮其效益的同時(shí)，為其實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化提供保障[2]。

1.2 是建筑行業(yè)信息化發(fā)展的必然

“BIM+VR”的方法和手段屬于先進(jìn)的，更接近于建筑設(shè)計(jì)行業(yè)的本質(zhì)，是當(dāng)今大數(shù)據(jù)共享下的一種信息技術(shù)共享協(xié)助方式[3]。在建筑設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)實(shí)科技發(fā)展過(guò)程中，相對(duì)于傳統(tǒng)的科技和發(fā)展觀念而言，兩項(xiàng)技術(shù)不但更具有科學(xué)性和有效性，而且更符合現(xiàn)代建設(shè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)律，并對(duì)傳統(tǒng)的建設(shè)模式進(jìn)行了突破，使得建設(shè)產(chǎn)業(yè)獲得了更大的進(jìn)步和發(fā)展，促進(jìn)了建設(shè)產(chǎn)業(yè)的智能化。

2 BIM+VR 的數(shù)字化創(chuàng)新在建筑行業(yè)中的應(yīng)用分析

2.1 BIM+VR 融合模型構(gòu)建

兩項(xiàng)技術(shù)融合模型構(gòu)建先將CAD 圖紙?jiān)贐IM 中進(jìn)行建模，之后，利用多種技術(shù)，將BIM 模型與VR 技術(shù)結(jié)合起來(lái)，再?gòu)脑O(shè)計(jì)到施工的整個(gè)流程進(jìn)行運(yùn)用，最后對(duì)兩項(xiàng)技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

2.1.1 BIM 構(gòu)建模型

聯(lián)合建筑行業(yè)各部門施工人員，結(jié)合結(jié)構(gòu)部門、施工部門、MEP 專業(yè)人員意見，利用Revit3D 造型軟件，共同合作，設(shè)計(jì)創(chuàng)造建筑施工BIM 模型，如圖1 所示。首先對(duì)各個(gè)項(xiàng)目的建筑方案進(jìn)行匯總，并將其CAD 版的方案輸入到Revit 系統(tǒng)中[4]。在輸入的過(guò)程中，需分學(xué)科建立作業(yè)組和中央目錄，并將各個(gè)學(xué)科的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行最后的整合，并將其上傳到Fuzor 的管理平臺(tái)，以供校對(duì)和匯總。其次，在建模完成之后，還需采用碰撞檢驗(yàn)等手段對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，并對(duì)其進(jìn)行預(yù)判，從而為工程制定更精細(xì)的施工方案。

圖1 某項(xiàng)目BIM 模型Fig.1 BIM model for a certain project

2.1.2 BIM 融入VR 技術(shù)

在協(xié)同設(shè)計(jì)好的BIM 系統(tǒng)中，以Fuzor 格式輸出。利用現(xiàn)有的VR 轉(zhuǎn)化軟件，將BIM 模型轉(zhuǎn)換成VR 畫面，連接至移動(dòng)端進(jìn)行VR 模擬，如圖2 所示。以計(jì)算機(jī)將VR 硬件設(shè)備連接，比如頭盔、手柄等，通過(guò)VR 設(shè)備模擬BIM 系統(tǒng)中的建立完成模型，用戶（施工人員）借助VR 系統(tǒng)，可以模擬出真人動(dòng)畫，在建好的建筑模型中行走、觀看。通過(guò)直觀的感受，對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)是一個(gè)靈感來(lái)源，對(duì)于施工人員來(lái)說(shuō)，可以指導(dǎo)現(xiàn)實(shí)施工，避免與設(shè)計(jì)產(chǎn)生嚴(yán)重的誤差[5]。

圖2 BIM+VR 模型Fig.2 BIM+VR model

2.2 BIM+VR 的數(shù)字化創(chuàng)新在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

建筑師在建造過(guò)程中，必須對(duì)各種建筑材質(zhì)有一定的了解，并借由改善材質(zhì)的配比，以增加建筑的實(shí)用性，由此可見，建筑材料的搭配和組合與戶外效果的表現(xiàn)是息息相關(guān)的。BIM 利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，把近一千種建材的信息集成到一起，從而建立起一個(gè)高準(zhǔn)確性的建材數(shù)據(jù)庫(kù)。在該“建材庫(kù)里”，可以對(duì)不同的建材進(jìn)行不同的紋理大小、顏色參數(shù)等的修改，并能使設(shè)計(jì)者隨時(shí)了解最終的效果。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員能夠與不同的材料進(jìn)行面對(duì)面的接觸，并對(duì)不同的材料對(duì)建筑整體設(shè)計(jì)方案的影響進(jìn)行思考，為建筑設(shè)計(jì)帶來(lái)更多的可能性[6]。

首先是對(duì)內(nèi)部環(huán)境的規(guī)劃。通過(guò)BIM 技術(shù)和VR 技術(shù)，可以對(duì)建筑室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行仿真。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合建筑的節(jié)能模式，合理地布置通風(fēng)孔的大小和位置，以確保室內(nèi)空氣的流動(dòng)。此外，建筑物設(shè)計(jì)者也可以利用BIM 技術(shù)+VR 技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)并分析室內(nèi)的燈光條件，從而達(dá)到室內(nèi)建筑物對(duì)自然燈光的基本要求。

其次，在進(jìn)行室內(nèi)設(shè)計(jì)時(shí)，而且是對(duì)建筑物的水體和草坪進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，建筑師可以利用BIM 技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，對(duì)水體和草坪的相關(guān)信息進(jìn)行收集，然后在這些信息的基礎(chǔ)上，對(duì)建筑物的整體效果進(jìn)行分析，得出最佳的設(shè)計(jì)方案。

最后，兩項(xiàng)技術(shù)在建筑與環(huán)境協(xié)同設(shè)計(jì)中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)協(xié)同方案的透明化，科學(xué)、合理地安排建設(shè)項(xiàng)目的工期，確保施工進(jìn)度的順利完成，以及施工結(jié)果的安全性和穩(wěn)定性，從而有效地防止重大施工事故的發(fā)生。

2.3 BIM+VR 的數(shù)字化創(chuàng)新在建筑施工中的應(yīng)用

兩項(xiàng)技術(shù)是基于三維數(shù)字信息技術(shù)，它的建模既能展現(xiàn)工程的實(shí)物狀態(tài)，又能反映工程在實(shí)際應(yīng)用中所面臨的各種問(wèn)題，如圖3 所示。通過(guò)三維模型的建立，可以有效地控制工程造價(jià)，調(diào)節(jié)工程建設(shè)的進(jìn)度，有效地解決了目前我國(guó)建筑物結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的問(wèn)題。利用BIM技術(shù)，以數(shù)據(jù)的形式，完成施工平面布置，同時(shí)，按照工程計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)了工程的可視化模擬。利用BIM 技術(shù)，可以在樁基上建立一個(gè)三維的實(shí)體模型，從而使樁基的設(shè)計(jì)得到更加直觀、清晰的表現(xiàn)。在架設(shè)模板支架時(shí)，利用3D 模型，可直接觀測(cè)到模板支架的空間位置。在施工前的每一道工序中，通過(guò)BIM+VR 技術(shù)，虛擬地呈現(xiàn)出各個(gè)施工工藝，尤其是對(duì)一些復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的展示，更加直觀、客觀地讓各專業(yè)人員對(duì)建筑工程中各管線的走線方式有一個(gè)完整的了解。在此過(guò)程中，可以有效地降低各專業(yè)間對(duì)工作認(rèn)識(shí)上的偏差，以及由于個(gè)人的主觀原因而引起的誤會(huì)，使得各專業(yè)間的溝通更為融洽，效率更高[7]。

圖3 BIM+VR 在施工階段的應(yīng)用Fig.3 The application of BIM+VR in the construction phase

2.4 BIM+VR 的數(shù)字化創(chuàng)新在裝修階段的應(yīng)用

兩項(xiàng)技術(shù)擁有互聯(lián)網(wǎng)連接功能，可以外置一些材料的數(shù)據(jù)庫(kù)，比如，裝修材料數(shù)據(jù)庫(kù)、裝修風(fēng)格數(shù)據(jù)庫(kù)等，這極大的方便了裝修設(shè)計(jì)人員的選材與設(shè)計(jì)。兩項(xiàng)技術(shù)還可以用一種交互的形式將設(shè)計(jì)的效果展現(xiàn)出來(lái)，并且裝修設(shè)計(jì)人員還可以在這個(gè)空間里進(jìn)行漫游，這樣我們就可以在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到我們需要在未來(lái)的數(shù)個(gè)月里才能見到的裝潢效果。在設(shè)計(jì)方案結(jié)束之后，用戶能夠提前感覺到室內(nèi)的精裝，以客戶滿意為前提，保證裝修符合客戶要求。

2.5 BIM 融入VR 技術(shù)在施工質(zhì)量管理中的應(yīng)用

尤其是在項(xiàng)目建設(shè)的實(shí)施中，充分利用BIM 技術(shù)和VR 技術(shù)，可以很大程度上幫助工作人員認(rèn)識(shí)并掌握施工中的問(wèn)題，減少工程實(shí)際操作中的人力、物力、財(cái)力浪費(fèi)。在具體的仿真過(guò)程中，將BIM 技術(shù)的質(zhì)量管理與VR 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，可以讓他們對(duì)整個(gè)建筑的施工周期都有一個(gè)完整的了解，這對(duì)于提升施工質(zhì)量管理水平有很大幫助。

3 BIM+VR 的數(shù)字化創(chuàng)新在建筑行業(yè)綠色施工中的應(yīng)用

3.1 設(shè)計(jì)層面

通過(guò)對(duì)BIM 模型的研究，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，為建筑行業(yè)的參與者提供一個(gè)便捷的人機(jī)交互平臺(tái)。通過(guò)VR 技術(shù)，可以很好地獲得用戶的體驗(yàn)，并利用系統(tǒng)的評(píng)價(jià)功能，對(duì)其設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、功能等進(jìn)行評(píng)價(jià)和推薦，通過(guò)一系列的比較分析，可以得出最好的設(shè)計(jì)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)綠色工程。

3.2 生產(chǎn)層面

兩項(xiàng)技術(shù)不但可以使施工人員對(duì)建筑設(shè)計(jì)的原理有著更加深入的認(rèn)知，還可以對(duì)建筑行業(yè)使用材料有著更加清晰的認(rèn)知，對(duì)材料的選用有一定的把握，還可以通過(guò)模塊參數(shù)來(lái)對(duì)制造特定類型的裝配式預(yù)制構(gòu)件的綠色生產(chǎn)技術(shù)有更多的了解。首先，制造方可以直接獲取預(yù)制件模型參數(shù)，實(shí)現(xiàn)精確制造，并實(shí)時(shí)反饋制造過(guò)程中的情況，既確保了制造過(guò)程的連貫性，又基本確保了預(yù)期的制造質(zhì)量；其次，增加人力、物力和科技的投資，持續(xù)提升制造體系，使預(yù)制塊的制造不但能夠達(dá)到更高的自動(dòng)化程度，而且能夠更好地和模型參數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行更高的連接；最終，要嚴(yán)格控制好預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)質(zhì)量關(guān)，并逐漸將施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)收要求統(tǒng)一起來(lái)，與此同時(shí)，還可以對(duì)構(gòu)件的基本信息進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，這樣才能更好地滿足后續(xù)工程質(zhì)量的溯源需要。

3.3 施工層面

利用兩項(xiàng)技術(shù)，不但可以幫助建筑行業(yè)施工材料的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，還可以對(duì)建筑施工的整個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。在建筑預(yù)制件的施工方面，施工現(xiàn)場(chǎng)的工作重心是材料的運(yùn)輸和安裝，其中也包括建筑主體的預(yù)制件。利用兩項(xiàng)技術(shù)，可以事先對(duì)整個(gè)施工流程演練，通過(guò)仿真進(jìn)行精確定位，同時(shí)，BIM+VR 技術(shù)還可以及時(shí)糾正施工中可能會(huì)出現(xiàn)的偏差以及提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中所產(chǎn)生的問(wèn)題，從而對(duì)整個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，從而能夠有效地避免出現(xiàn)不必要的安全問(wèn)題。

3.4 運(yùn)維層面

通過(guò)兩項(xiàng)技術(shù)，可以為裝配式項(xiàng)目在竣工、投產(chǎn)、使用過(guò)程中所面臨的各類質(zhì)量問(wèn)題提供服務(wù)，既可以調(diào)取構(gòu)件型號(hào)、參數(shù)及生產(chǎn)廠家等關(guān)鍵信息，也可以對(duì)問(wèn)題產(chǎn)生的可能原因進(jìn)行追溯，避免責(zé)任歸屬不清。兩項(xiàng)技術(shù)還可以對(duì)使用過(guò)程中的環(huán)保性能指標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控和管理，可以通過(guò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)判斷出能耗不合理的主要影響因素。

4 總結(jié)

目前，我國(guó)的BIM 技術(shù)和VR 技術(shù)正逐步發(fā)展并逐步趕上發(fā)達(dá)國(guó)家的水平，也逐漸被建筑行業(yè)所接受，將會(huì)以人們的實(shí)際需要為基礎(chǔ)，展開對(duì)它們的設(shè)計(jì)。這兩種類型的產(chǎn)品在軟硬件上將會(huì)更加的相容，從而引領(lǐng)建筑業(yè)走向一個(gè)全新的時(shí)代。

引用

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