文｜本刊編輯部

BIM技術的理念是建立涵蓋建筑工程全生命周期的模型信息庫，并實現(xiàn)各個階段、不同專業(yè)之間基于模型的信息集成和共享。BIM技術與虛擬現(xiàn)實技術集成即是應用BIM信息庫，輔助虛擬現(xiàn)實技術在建筑工程項目全生命期中更好地應用。BIM技術與虛擬現(xiàn)實技術集成應用的主要內容包括：虛擬場景構建、施工進度模擬、復雜局部施工方案模擬、施工成本模擬、多維模型信息聯(lián)合模擬以及交互式場景漫游。

以保利大廈項目為例，該項目基坑總面積約4850平方米，基坑延長米約為450米。基坑開挖深度：本工程±0.000=+5.450（吳淞高程），自然地坪相對標高普遍區(qū)域標高為-1.300，考慮基底墊層厚度200毫米，本工程基坑挖深為6.9米?；游鱾葹闉I江綠化帶，且綠化帶地坪標高高于坑邊地坪2.65米。由于與綠化帶距離較近，約為3.2米。本工程基坑開挖深度為6.9米，屬于二級安全等級基坑工程，基坑西側防汛墻距基坑邊約10米，在1倍開挖深度范圍以外，環(huán)境保護等級定為二級?；颖眰燃澳蟼拳h(huán)境保護等級按三級考慮。

傳統(tǒng)的基坑變形監(jiān)測工作方式采用數(shù)據(jù)表格、二維變形曲線、文字描述的方式編制成監(jiān)測報告，項目參與方對監(jiān)測結果集中進行討論，分析變形是否過大或是否趨于穩(wěn)定，及時發(fā)現(xiàn)問題，及時反饋并分析，確定是否需采取必要的補救、搶救措施，使基坑不發(fā)生意外破壞和變形。每天靠人工操作，翻閱大量Excel表頁中的成千個數(shù)據(jù)，根據(jù)每個測點的本次變形值和累計變形值，判斷風險臨界狀態(tài)。如要知道變形速率，也只能將少量敏感點一一描繪出其單點時間變形軌跡，用以分析趨勢，然后加以是否報警的標注。這樣做，一是耗時費力，不利于基坑變形的快速判斷；二是靠人工大數(shù)據(jù)閱讀，容易疏忽漏讀；三是無法通覽基坑大區(qū)段塊狀側向變形與受監(jiān)控管線線狀垂直沉降之間的三維空間關系；四是無法直觀地看到整個基坑的變形時間趨勢，迅速找到危險源。

多維模型信息聯(lián)合模擬技術

在該項目中，采用基于BIM技術的“3D+時間+變形值色階”的多維模型信息聯(lián)合模擬技術，將變形監(jiān)測數(shù)據(jù)導入模型，自動計算后呈現(xiàn)出整個基坑的彩色變形立體狀態(tài)，因此就可以立即看到臨界區(qū)域和超限危險點。這種可視化基坑變形監(jiān)測方法，簡單、準確、快速，為監(jiān)理、監(jiān)測人員提供了嶄新的基坑監(jiān)測管理方法。

基于BIM技術的“3D+地勘資料數(shù)據(jù)”的多維模型信息聯(lián)合模擬技術，以地勘報告為初始數(shù)據(jù)，將二維地勘資料轉換成三維地勘模型，在Revit軟件中與基坑結構模型合并，可以實時、任意視角查看地下室結構構件（地下連續(xù)墻、底板、樁等）與不同深度土層之間的關系，快速查看土層屬性信息，指導設計、施工，輔助監(jiān)理、監(jiān)測人員判斷樁基持力層和有效樁長，對比開挖實際情況與地勘報告的符合度，輔助驗槽工作。

利用該多維信息模型可以直觀、清晰看到土層的分布情況，是否存在暗溝、夾層等不利的地質情況以及不利地質情況的分布位置，有利于輔助監(jiān)理、設計、施工等工作的開展。通過剖面視圖可以準確判斷樁端持力層，同時查看對應的靜力觸探曲線預估沉樁阻力，輔助確定沉樁施工方案。

該多維信息模型不同于以往的地質模型，將地勘模型集成到Revit軟件中，并賦予土層屬性，使監(jiān)理、設計、施工人員能在Revit軟件中進行設計、校核工作，這種集成式模型更適合民用建筑的監(jiān)理、施工、設計工作的開展，提高工作效率。同時可以對地勘模型進一步開發(fā)，當修改樁長或樁徑等屬性時能實時輸出變化后的樁承載力、樁材料用量及單樁成本，對設計階段的樁型選取、確定樁基方案有非常重要的實用價值。

在對基坑進行變形監(jiān)測的同時，基坑巡視是基坑安全必不可少手段。通過巡視，可以及時、直觀地觀察到地表裂縫、塌陷等表象，對基坑的局部穩(wěn)定性的判斷起著不可替代的作用。一旦發(fā)現(xiàn)異常應作好記錄，嚴密觀察其變化情況，同時及時向項目部匯報。項目部接到報告后應立即作出反應，分析其原因，并根據(jù)對基坑安全的影響程度制定有效控制措施，以防止形勢惡化，危及基坑的安全。

同時，保利大廈項目采用第二代Google Glass硬件技術，自主開發(fā)了適合土木和建筑工程應用的APP軟件。并采用了佩戴式的谷歌眼鏡替代了傳統(tǒng)的手持式便攜媒體設備，使項目參與人員解放雙手，能同時查看BIM模型和現(xiàn)場實際情況。在指導、參與現(xiàn)場應急搶險工作時，Google Glass結合虛擬現(xiàn)實技術提供了針對不同情況、不同位置、不同條件下處置現(xiàn)場情況的觸發(fā)機制，可以使監(jiān)測員按上海市建筑工程安全質量管理條例的規(guī)定快速觀看險情，快速調取應急預案，快速按預案中的復測操作動畫進行復測。經(jīng)過復測證實險情后，直接按眼鏡中顯示的報警電話號碼語音撥打報警電話進行報警，然后再按眼鏡中預存的搶險操作規(guī)程的分解動畫作為指導，第一時間協(xié)同各參與方進入搶險工作狀態(tài)。

BIM+虛擬技術

目前雖然對軟土深基坑的研究有了一定的進展，但對其變形及力學性質的研究還不夠完善，計算模型的假定與工程實際情況存在較大偏差，導致基坑支護工程的變形估算不太準確，從而影響了工程的安全和成本。因此，在施工過程中對基坑圍護結構和周邊環(huán)境的監(jiān)測就顯得十分重要。然而，傳統(tǒng)的基坑安全監(jiān)測數(shù)據(jù)文件均以報表配合二維曲線、圖形的方式表達變形趨勢，當工程師查看變形情況時不能方便地整體查閱變形情況，對基坑支護結構的變形趨勢難以準確判斷。

因此，項目團隊將BIM結合虛擬現(xiàn)實技術引入基坑工程監(jiān)理、監(jiān)測、管理等工作，以解決以往在基坑圍護結構變形監(jiān)測過程中不能直觀表現(xiàn)其變形情況和變形趨勢的缺點。

采用多維模型信息聯(lián)合模擬技術，方便監(jiān)理人員、工程師、管理人員、業(yè)主、施工人員等判斷基坑圍護結構的變形情況并指導開展相關工作，通過可視化手段輔助基坑建設過程的安全監(jiān)測，提高了基坑監(jiān)測的工作效率，有效地降低了安全監(jiān)測過程中的人為遺漏；采用地勘信息模型指導監(jiān)理、施工、設計人員直觀準確地判斷地質情況，協(xié)助處理突發(fā)情況；采用基于Google Glass的新型呈現(xiàn)技術全方位展現(xiàn)基坑的變形監(jiān)測、地質情況以及指導基坑搶險和輔助基坑項目監(jiān)理、監(jiān)測、管理等日常工作，提高基坑工程的監(jiān)理、管理、施工等各個環(huán)節(jié)的工作效率，提高了對危險情況的預判能力。

BIM技術結合虛擬現(xiàn)實技術在保利大廈基坑安全監(jiān)測方面的拓展應用探索了基坑安全監(jiān)測的新方法，為BIM技術在基坑工程建設全過程的應用提供了具有實用價值的參考。

隨著全球信息化進程的加快，我國的工程建設行業(yè)正處于重要的技術變革期，而建筑業(yè)的信息化很大程度上取決于建筑施工企業(yè)的信息化水平?；?BIM 理念的虛擬施工技術應用研究，通過在計算機群組上協(xié)同工作，對施工中的各種信息及施工中的項目規(guī)劃、建筑與結構設計、施工組織設計等過程進行全面的仿真再現(xiàn)，以便施工方能夠提前發(fā)現(xiàn)在實際施工中可能存在的各種問題并采取有效措施修改優(yōu)化施工方案，從而從整體上降低建筑項目成本，提高施工效率，增強企業(yè)在各級施工過程中的決策、優(yōu)化與控制力，進而提升建筑企業(yè)的核心競爭力。

虛擬施工技術仍需進一步完善

然而，BIM技術與虛擬現(xiàn)實技術集成作為一門新興學科，其理論和實踐研究都處于初級階段，且涉及學科、專業(yè)眾多，還存在很多問題，例如所使用BIM模型的深度直接決定了虛擬施工應用的效果。如果前期建立的BIM模型不夠精細，基于此模型而實現(xiàn)的施工過程的三維模擬結果就會不夠準確，無法達到預期的目的。

此外，由于專業(yè)、人員、模型、環(huán)境的局限，對于基于 BIM 的建筑工程信息體系與架構的探究尚淺。使用頭盔顯示器和數(shù)據(jù)采集手套等外部設備進入仿真的建筑物，這種方式能充分體現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術的價值，但是這方面的技術在建筑施工領域應用較少。

從技術層面上講，虛擬施工技術能夠實現(xiàn)對傳統(tǒng)的建筑施工方式的全面變革，促使建筑施工企業(yè)組織、管理及生產(chǎn)方式等各個方面發(fā)生變化。但是由于現(xiàn)階段各種主客觀原因的存在還未能大力發(fā)展普及，仍需要各方面力量的積極推動和支持，不斷完善其理論和技術體系，以促進施工技術的進步和發(fā)展。

如今，虛擬現(xiàn)實技術主要是依靠頭盔顯示器和數(shù)據(jù)采集手套等外部設備，用戶利用這些設備來體驗和參與到模擬事件中去，利用鼠標、鍵盤、語音和手勢來對物體或是角色進行操控。而未來的虛擬現(xiàn)實將會是一個充滿著逼真互動體驗的包羅萬象的新世界，用戶可以參與到具體情境中去，所有的一切將會異常真實。

當然，實現(xiàn)這一切需要更加先進、創(chuàng)新的技術、軟件及娛樂內容的支持。如果發(fā)展能夠一直持續(xù)的話，我們至少能夠進行視覺上的瞬間移動，進入到并不遙遠的未來奇幻世界。不可否認，虛擬施工技術在建筑領域的應用將是一個必然趨勢，在未來的建筑設計及施工中的應用前景廣闊。相信隨著虛擬施工技術的發(fā)展和完善，必將推動我國工程建筑行業(yè)邁入一個嶄新的時代。