王宏玉

中移園區(qū)建設(shè)發(fā)展有限公司 北京 102200

伴隨著建筑行業(yè)信息化的發(fā)展，BIM技術(shù)在建筑施工中被越來越多地運(yùn)用，特別是在建筑智能化設(shè)計(jì)中，數(shù)字手段和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)于建筑設(shè)計(jì)具有重要的作用，不僅促進(jìn)了設(shè)計(jì)方法的不斷創(chuàng)新，而且讓建筑的藝術(shù)性得到了更大程度的體現(xiàn)。BIM+VR技術(shù)是將BIM技術(shù)和VR技術(shù)結(jié)合在一起，形成了一種融合了BIM技術(shù)和VR技術(shù)的互動(dòng)系統(tǒng)，既具有BIM技術(shù)各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)的優(yōu)勢，又同時(shí)具有VR技術(shù)的可視化漫游體驗(yàn)的優(yōu)勢。

1 “BIM+VR”技術(shù)分析

BIM是建筑信息模型（Building Information Modeling）的簡稱，是基于建筑工程項(xiàng)目的各個(gè)有關(guān)信息數(shù)據(jù)，構(gòu)建出一個(gè)立體的建筑模型，用數(shù)字信息來對(duì)建筑物所擁有的真實(shí)信息進(jìn)行模擬仿真，而VR技術(shù)是仿真技術(shù)的一個(gè)主要發(fā)展趨勢，是由仿真技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)人機(jī)接口技術(shù)多媒體技術(shù)傳感技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)結(jié)合而成的，是一門充滿挑戰(zhàn)的交叉技術(shù)前沿學(xué)科和研究領(lǐng)域。其中，模擬環(huán)境、感知、自然技能以及感知裝置是其中的重要組成部分。模擬環(huán)境采用計(jì)算機(jī)生成的、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的、具有較強(qiáng)真實(shí)感的三維立體影像。除了由計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)所產(chǎn)生的視覺感知之外，還有聽覺、觸覺、力覺、運(yùn)動(dòng)等感知，甚至還有嗅覺和味覺等，這些感知也被稱作多感知。所謂的“自然技巧”，就是人們做出的頭部轉(zhuǎn)動(dòng)，眼神，手勢，或者其他的身體運(yùn)動(dòng)，電腦會(huì)對(duì)這些運(yùn)動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的處理，并對(duì)使用者的信息做出相應(yīng)的反應(yīng)，將這些信息反饋給使用者的感官。

通過VR技術(shù)，我們可以將BIM信息清晰的展現(xiàn)在世界面前，有利于“理想可視化平臺(tái)”的建設(shè)，加快建筑智能設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中，我們可以很容易地看出，設(shè)計(jì)圖和效果圖中所見到的并不是相同的，“所見非所得”的情況非常普遍，這既表明了理想和現(xiàn)實(shí)的確是有距離的，又從另一個(gè)側(cè)面反應(yīng)出了“建筑智能設(shè)計(jì)”的尷尬局面。建筑工程項(xiàng)目的執(zhí)行是一項(xiàng)需要統(tǒng)籌布局、合理規(guī)劃、有效利用優(yōu)勢資源的系統(tǒng)工作，而BIM和VR技術(shù)的結(jié)合，可以為我們帶來一條新的思路，可以讓我們的施工流程更加立體、更加信息化[1]。

2 “BIM+VR”技術(shù)在建筑智能化設(shè)計(jì)中的作用

BIM技術(shù)和新型技術(shù)的組合，往往能夠起到1+1>2的作用，比如BIM技術(shù)和VR技術(shù)的組合，就可以給建筑智能化設(shè)計(jì)領(lǐng)域提供以下的應(yīng)用價(jià)值：

第一，在規(guī)劃和設(shè)計(jì)的過程中，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，用戶可以身臨其境的感受到不同的家具和不同的空間尺度，獲得BIM的數(shù)據(jù)信息，比如材料和屬性，如果有什么不符合要求的，就會(huì)被標(biāo)記出來，并得到相應(yīng)的反饋，以便進(jìn)一步的改進(jìn)和調(diào)整。這對(duì)設(shè)計(jì)師和甲方來說，都是一件非常便捷的事情。而在設(shè)計(jì)方中，VR和BIM建模的實(shí)時(shí)性可以節(jié)省大量的時(shí)間和精力。

第二，施工圖設(shè)計(jì)及節(jié)能計(jì)算，通過VR技術(shù)，更好地將BIM模擬碰撞探測等的具體操作進(jìn)行可視化，從而達(dá)到BIM可視性的提升，同時(shí)將各專業(yè)的設(shè)計(jì)整合在一個(gè)共同的展示和設(shè)計(jì)平臺(tái)上，讓設(shè)計(jì)人員和客戶都能夠更加清晰地看到問題[2]。

第三，在工程實(shí)施的過程中，項(xiàng)目的質(zhì)量管理可以利用情景模型系統(tǒng)、考核評(píng)分系統(tǒng)等子系統(tǒng)，根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)過程，從不同的技術(shù)文檔和國家標(biāo)準(zhǔn)中提取出項(xiàng)目所需要的內(nèi)容，進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)互動(dòng)過程的開發(fā)。利用VR技術(shù)構(gòu)建的虛擬體驗(yàn)環(huán)境，與全身動(dòng)作捕捉、體感和電擊等力反饋穿戴裝置相配合，可以實(shí)現(xiàn)多種VR建筑設(shè)計(jì)和事先施工難度的預(yù)習(xí)。而所建立的可視化平臺(tái)，則可以讓建設(shè)單位在遇到問題時(shí)，可以隨時(shí)對(duì)其進(jìn)行評(píng)審和反饋。

第四，運(yùn)維階段。項(xiàng)目的運(yùn)行管理，將BIM的信息管理與設(shè)施運(yùn)維管理相結(jié)合，集成VR，使設(shè)備的維護(hù)，檢修，消防等工作更加的直接和容易控制。該系統(tǒng)還可以與現(xiàn)場設(shè)備感應(yīng)器相連接，把這些測量結(jié)果傳送到VR中，并以圖形的方式以三維的方式進(jìn)行展示。

第五，投資決策階段的應(yīng)用。在建筑行業(yè)中，存在著“活力”。但是，任何一種投資都會(huì)帶來一定的危險(xiǎn)，而在這個(gè)過程中，BIM+VR技術(shù)被引進(jìn)到了投資決策的過程中，利用BIM+VR技術(shù)的獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)，可以為施工企業(yè)選擇出最好的設(shè)計(jì)方案。同時(shí)，它還可以讓原本的工程造價(jià)管理方式發(fā)生變化，從而讓我們能夠全面地對(duì)這個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行全面的剖析，并利用概預(yù)算的方法，與以前所進(jìn)行過的同類類似的工程進(jìn)行比較，從而讓建設(shè)方能夠選擇出最好的投資方案。此外，高效地應(yīng)用該技術(shù)還可以使項(xiàng)目預(yù)算的信息化水平得到提升，方便了后續(xù)的預(yù)算管理工作，并將有關(guān)的信息以數(shù)字的方式進(jìn)行存儲(chǔ)，方便了各方面的參考，從而極大地減少了項(xiàng)目的投資風(fēng)險(xiǎn)[3]。

第六，在招投標(biāo)過程中的運(yùn)用。在有關(guān)部門的對(duì)其進(jìn)行了嚴(yán)格控制，并在有關(guān)的法律法規(guī)的支持下，在不斷地朝著制度化、正規(guī)化的方向發(fā)展。在常規(guī)的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)單位必須提供施工圖、效果圖等書面的文檔（電子標(biāo)不包括在內(nèi)），這些文檔的信息不夠直觀，相互之間的對(duì)比性較低，而且評(píng)標(biāo)專家也很難從眾多的圖幅頁面中找到錯(cuò)誤之處。如果使用BIM+VR技術(shù)，即便是不懂得施工圖的人，也可以在可以自由穿梭的虛擬空間中，找到在設(shè)計(jì)過程中實(shí)際出現(xiàn)的某些問題，更不用說是經(jīng)驗(yàn)豐富的評(píng)標(biāo)專家了。這種方式可以極大地提升評(píng)標(biāo)的精度，為甲方選出質(zhì)量優(yōu)、效果優(yōu)、可行性和性價(jià)比最好的設(shè)計(jì)方案。眾所周知，一項(xiàng)工程的設(shè)計(jì)對(duì)工程的投資有七成以上的影響，所以一項(xiàng)好的設(shè)計(jì)被選中后，將會(huì)大大的減少投資。當(dāng)然，BIM+VR技術(shù)也可以被應(yīng)用在建設(shè)項(xiàng)目的招標(biāo)中。在建設(shè)項(xiàng)目的過程中，通常會(huì)將設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括進(jìn)去。但是，在BIM+VR技術(shù)的幫助下，建設(shè)單位可以直接查看有關(guān)的信息，從而深化對(duì)工程的了解，更有針對(duì)性地考慮到了材料和設(shè)備的供給等方面的問題，將建設(shè)好的施工組織規(guī)劃編制出來，并提交出最優(yōu)化的施工方案，由建設(shè)單位來進(jìn)行評(píng)審，這樣才能做到錦上添花[4]。

3 “BIM+VR”技術(shù)在建筑智能化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)踐

本設(shè)計(jì)是中移園區(qū)建設(shè)發(fā)展有限公司工程建設(shè)團(tuán)隊(duì)在項(xiàng)目建設(shè)中，以國家有關(guān)技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)、集團(tuán)公司規(guī)章制度、中移園區(qū)建設(shè)發(fā)展有限公司管理制度為依據(jù)，借鑒集中化項(xiàng)目建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其進(jìn)行了持續(xù)的總結(jié)和積累，從而得到了一種標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)成果。用對(duì)園區(qū)規(guī)劃、單體設(shè)計(jì)、施工圖等有關(guān)技術(shù)規(guī)定、技術(shù)要求和工程慣例等，構(gòu)建一套對(duì)工程設(shè)計(jì)質(zhì)量進(jìn)行規(guī)范、提高設(shè)計(jì)效率、降低建設(shè)成本的基本方法。技術(shù)性、全面性的規(guī)劃手段，使得中移動(dòng)園區(qū)的開發(fā)和建設(shè)得以全方位的提高。以下是“BIM+VR”技術(shù)在建筑智能化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)踐。

3.1 BIM+VR可視化技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

將BIM技術(shù)運(yùn)用到建筑的信息處理中，是建筑設(shè)計(jì)中具有劃時(shí)代意義的一次飛躍。與一般的效果圖中所謂的三維模型相比，BIM技術(shù)的三維模型擁有對(duì)工程建設(shè)的精度尺寸的精確掌控，其中包含了工程的形態(tài)信息、工程構(gòu)件的材料信息、工藝設(shè)備信息、進(jìn)度及成本信息等內(nèi)容。這種三維模型是一個(gè)完全的建筑信息集合（也就是三維建筑信息數(shù)據(jù)庫），可以完成對(duì)絕大多數(shù)建筑模型的構(gòu)造，并實(shí)現(xiàn)模型數(shù)據(jù)庫的建立。“BIM+VR”可視化技術(shù)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)方式因技術(shù)限制所帶來的缺陷，將BIM與VR技術(shù)相結(jié)合，使BIM在整個(gè)建設(shè)和運(yùn)維的各環(huán)節(jié)中更為便利和直接地引導(dǎo)項(xiàng)目的管理工作，避免了造成的信息孤立現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了對(duì)建筑數(shù)據(jù)的有效整合，同時(shí)也確保了在信息的傳輸中，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性和真實(shí)性?；谒⒌娜S模型，對(duì)建筑的修補(bǔ)方案進(jìn)行仿真，形成更為高效實(shí)用的修補(bǔ)方案，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑的有效設(shè)計(jì)。

3.2 BIM技術(shù)和VR技術(shù)通過計(jì)算機(jī)平臺(tái)結(jié)合

由于BIM技術(shù)和VR技術(shù)都是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，都是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)進(jìn)行的，所以兩者的結(jié)合使用是十分便利的，比如，建筑設(shè)計(jì)一般是根據(jù)施工圖紙進(jìn)行建設(shè)的，可以利用revit等BIM軟件將施工圖紙以3D的方式進(jìn)行構(gòu)建，確保符合真實(shí)尺寸，進(jìn)行設(shè)計(jì)，再利用3Dmax等軟件進(jìn)行修改，達(dá)到更好的性能。

在設(shè)計(jì)人員布置好的地方，設(shè)置好照明設(shè)備，在房屋的四周，模仿真實(shí)的光線，創(chuàng)造出各種的情況，之后，再使用虛擬現(xiàn)實(shí)的頭盔將BIM生成的模型，以最直接的方式展現(xiàn)在人們的面前[5]。如圖1所示。

圖1 智慧照明場景示意圖

3.3 施工階段

運(yùn)用BIM+VR技術(shù)，在施工階段建立起一個(gè)準(zhǔn)確的施工現(xiàn)場信息，這是確保工程項(xiàng)目順利進(jìn)行的一個(gè)先決條件。這其中，BIM+VR技術(shù)的運(yùn)用，主要包含了施工組織安排、臨時(shí)設(shè)施、機(jī)械設(shè)備生活、辦公區(qū)域的布局等內(nèi)容。此外，在這個(gè)時(shí)期，對(duì)施工質(zhì)量的管理是最重要的，BIM+VR技術(shù)在建設(shè)過程中的運(yùn)用，具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)領(lǐng)域：①在建設(shè)過程中，為建設(shè)項(xiàng)目提供了一個(gè)交流手段及載體，使得建設(shè)項(xiàng)目的交底變得更加簡單、更加直接，還可以對(duì)建設(shè)過程進(jìn)行可視化的理解。②在工程中的質(zhì)量管理。使用VR漫游，展現(xiàn)工程的施工工藝和流程，讓工作人員親身體驗(yàn)，從而提升工程的質(zhì)量。③安全教育。運(yùn)用VR技術(shù)來模擬事故的過程，給予人們最直觀的直觀的感覺，讓人們親身經(jīng)歷了一次安全事件的緊急處理過程；④安全交底。使操作人員能夠以直觀的方式得到技術(shù)指導(dǎo)；⑤消防演習(xí)：現(xiàn)場3D模擬火災(zāi)現(xiàn)場；⑥進(jìn)度控制。運(yùn)用BIM建模技術(shù)引入VR技術(shù)，調(diào)整項(xiàng)目實(shí)施過程中的各種要素配置，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目實(shí)施過程的最優(yōu)。如圖2所示。

圖2 視頻、消防、出入口控制系統(tǒng)報(bào)警聯(lián)動(dòng)場景示意圖

3.4 模擬未建成建筑VR可視化效果

對(duì)一個(gè)建筑物的建造進(jìn)程進(jìn)行控制和預(yù)測，能夠節(jié)約很多的資金。在設(shè)計(jì)中，要對(duì)尚未完工的建筑物進(jìn)行建造，就要求建筑設(shè)計(jì)師運(yùn)用自己的想象力，運(yùn)用自己的豐富經(jīng)驗(yàn)，借助光線、材料等方面的理解和把握，來進(jìn)行對(duì)已完工的建筑物進(jìn)行的模擬，在利用VR技術(shù)，達(dá)到了最后的效果。并且可以在VR的世界中，通過現(xiàn)實(shí)的感知，來觀察建筑智能化設(shè)計(jì)中存在的一些缺陷。利用VR技術(shù)來支撐建筑虛擬空間，以生成現(xiàn)有的可視化建筑的設(shè)施設(shè)備、建筑材質(zhì)等要素。它意味著VR技術(shù)可以利用空間來存儲(chǔ)建筑的真實(shí)虛擬數(shù)據(jù)，還可以在VR技術(shù)中，對(duì)、不同景象、不同空間城市的并行時(shí)間記憶情景的能力進(jìn)行記錄。在VR技術(shù)中，不再受到時(shí)間、地區(qū)、地域的限制。

3.5 建筑智能化設(shè)計(jì)

在方案設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者可以通過BIM+VR技術(shù)將各項(xiàng)測量資料導(dǎo)入BIM數(shù)據(jù)庫。在進(jìn)行了對(duì)自然因素與人為要素的綜合計(jì)算后，通過BIM技術(shù)構(gòu)建空間環(huán)境建模，對(duì)其進(jìn)行了日照條件的分析，并通過BIM+VR技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行了合理的設(shè)計(jì)。在方案設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)師要以環(huán)境與方位之間的特定聯(lián)系為基礎(chǔ)，提出機(jī)電方案、環(huán)境布局等，然后運(yùn)用BIM技術(shù)，將多個(gè)方案進(jìn)行數(shù)量化比較，最終選擇出一個(gè)既適合可持續(xù)發(fā)展，又適合建筑智能化設(shè)計(jì)的方案。如圖3所示。

圖3 智慧建筑分階段演進(jìn)圖

3.6 運(yùn)營階段

與常規(guī)工作流程相比，BIM+VR技術(shù)擁有了可以進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的優(yōu)勢，從而達(dá)到了數(shù)據(jù)在建設(shè)的整個(gè)過程中的完整性。在運(yùn)行過程中，早期模型的數(shù)據(jù)可以被直接利用，而不需要對(duì)其進(jìn)行重新建模，從而可以有效地預(yù)防信息損失。而在防災(zāi)上，BIM+VR技術(shù)更是發(fā)揮了巨大的作用，不但可以避免潛在的災(zāi)難，還可以在最短時(shí)間內(nèi)采取應(yīng)對(duì)措施，將破壞程度降到最低[6]。

4 總結(jié)

BIM+VR技術(shù)正在伴隨著時(shí)間的推移而逐漸升級(jí)，很多施工企業(yè)都已經(jīng)在這一新的技術(shù)方面展開了相應(yīng)的研究，BIM+VR技術(shù)的組合將會(huì)帶來一次巨大的工程效益，它們將會(huì)帶來一次新的變革，BIM技術(shù)比VR技術(shù)要早，但由于因?yàn)閂R技術(shù)的融合，BIM技術(shù)將會(huì)變得不那么單調(diào)，BIM的資料模型也將會(huì)變得更為順暢。因此在BIM技術(shù)和VR技術(shù)，在今后的建筑智能化技術(shù)中，將始終發(fā)揮著舉足輕重的作用，也必將對(duì)國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生極大的推動(dòng)，從而使城市的現(xiàn)代化更加完美。