基于BIM与VR联合应用的三维建模技术的研究

(江苏建筑职业技术学院 江苏 徐州 221000)

引言

传统建筑行业使用的AutoCAD、PKPM、sap、midas、ansys只是停留图纸的二维化。大大降低了工程的效率和各个负责人之间的配合。同时也导致施工现场的错误率高、造价成本高昂以及工期时间过长等问题。而从欧美国家引入的BIM这项技术就可以大大减少施工过程中出现的问题。用revit把图纸导入到软件当中，在原有图纸的基础上，绘画出一个三维的图纸。这样就可以大大的减少现实中出现的工程与设计者的想法相悖的现象，而BIM内部信息的可视化和透明化更为数字化城市的发展奠定了重要的基础。

VR是20世纪发展起来的全新技术，囊括计算机、电子信息、仿真技术于一体，通过计算机技术产生电子信号，使其输出的数据具化成为人们眼中的三维视图与模型，用户可以通过头戴式眼镜，真实的感受到具象化的物体，便于人们理解发现以及观察事物。

在科学的不断发展中，仅仅只将图纸三维化已经满足不了人们对于建筑行业的期许。于是，将BIM的三维化与VR技术的真实感受相结合则为未来的建筑行业注入了新鲜的血液。通过三维图纸的导入，让设计者、施工者以及顾客戴上眼镜就可以看到现实中的模型，让设计者加以修改、施工者得以配合同样顾客也可以看的到房子的样貌不需要推销员再加以赘述。BIM与VR相结合的这项技术，大大的提高了图纸的利用效率，让人们不仅仅之局限在三维的视角中，我们可以通过软件，观察到具体房屋的装修以及柱梁板的安放角度和位置。而BIM保有的内部构件具体的属性，通过VR我们也可以尽然的知道。通过这个技术我们甚至可以做到图纸的四维化，可以感知与了解这个建筑真正的灵魂，是未来信息化数字化城市出现的大势所趋。

一、建筑行业存在的问题

(1)传统建筑行业存在着视线和角度的太过平面化的问题,容易造成沟通传达不够有效，建筑工程工期过长等问题,进而造成建筑设施的完成度不够，设计师的理念传达不全面的问题。

(2)BIM模型的可视化不足，普及度不高不能完整的贯穿一个建筑工程的全部生命周期。

(3)建筑行业内部的沟通不足导致用户对建筑工程的不理解，对图纸施工过程的不够理解。

二、基于BIM的三维建模

BIM(Building Information Model)在建筑行业的整个生命周期中有着不可或缺的作用，我们通过CAD和revit就可以仅仅通过图纸就创造出一个立体的三维模型。所以软件在BIM这项技术中起着举足轻重的作用。

(一)BIM的运用

传统建筑往往会产生信息孤岛，无法保证数据的共享及可追溯性。而BIM为这个问题提供了答案。

在招投标管理方面。BIM技术的数字化可以控制经济指标的精确性与准确性，避免建筑面积与限高的造假。BIM模型的可视化能够让投标方深入了解招标方提供的条件。BIM建立的三维模型可以实现无纸化招投标，节约能源做到绿色环保。同样也可以整合招投标的文件，量化各项指标。BIM产生的数据库，可以对相关人员进行精准透明的评定最大程度的做到透明化精确化。

在造价工作阶段。可以在施工前对建筑进行预估提供各个阶段的工程量、设计参数和工程参数，用算出的估计值进行价值工程与限额设计的手段优化设计成果。

在设计阶段。通过设计模型信息的交换和传递将更加的直观有效可以更好的融合设计者与实施者之间的矛盾。同样也可以减少设计错误，通过设计检查把障碍排除在出图之前。

在施工阶段。利用模型可以提前预知施工过程中出现的难点，大程度上消除了施工的不可预见性和不确定性，大大的提高了工程的安全性。设计方提供三维模型可以更直观的对技术人员进行技术交底，减少重复作业、保证质量。

在运维阶段。通过模型我们可以把图纸、报价单、采购单、工期图精简到一起呈现出更直观的数据信息。同时，我们也可以提供实时的数据访问，在没有获取足够的信息的情况下做出应急的决策。

(二)BIM的软件应用

(1)BIM的基础软件指的是可以用于建立能为多个BIM应用软件所使用的BIM数据的软件。如美国Autodesk公司的Revit软件，其中包含了建筑设计软件、结构设计软件及MEP设计软件；匈牙利Graphisoft公司的ArchiCAD软件等。

Revit建模的流程:

(2)BIM建模的精度。建模的精度讲述了一个BIM的结构从一个模糊低级的近似化构建发展成为一个精细化高级的构建。为了规范BIM参与各个项目阶段的界限，美国建筑师协会在2008年提供了LOD的概念。LOD技术是一个有效的加速图形生成的方法但是对于场景生成的实时性要求很高。可以运用于确定模型阶段输出结果以及分配建模的任务。

(3)BIM的标准。IAI在1997年发布了IFC信息模型的第一个完整版本，而当前最新的模板是IFC2X3 final。IFC标准是一个类似面向对象的建筑数据模型。IFC模型包括建筑整个生命周期内的各方面信息。目前，IFC标准(IFC 2x platform.版本)已经被ISO组织接纳为ISO标准，成为AEC/FM领域中的数据统一标准。

(三)BIM还在处于初级发展的阶段

由于建筑行业长期以来施工模式的固定，以及BIM出现的时间较短，所以BIM这项技术还没有完全投入到建筑行业当中去。同时，传播度不够、行业的接纳率过低这是BIM现阶段发展的一大问题。

三、基于VR的虚拟技术

(一)VR的意义

VR的出现可以说是三维向四维的进步，通过虚拟现实技术，可以把晦涩难懂的纸质文字转化成为一个计算机数据的模型，来让人们的自然感官理解和想象。在20世纪60年代后，VR开始用于航天和军事领域。科学家们可以通过VR技术来观察和想象未知的领域。2014年之后，VR主要应用于娱乐行业。随处可见的虚拟现实游戏，通过VR眼镜来让用户感受到真实的画面以其沉浸式的感受给用户带来了极大的视觉和感官盛宴。目前，VR正在尝试着向不同的领域发展，向用户们普及这项新兴的技术。

(二)VR+技术的联想

由于VR的造价过高导致在用户中的普遍率不高。所以VR必须要和相关的产业联合才可以发挥出虚拟现实技术的效用。比如：和图书馆联合构成三维书籍，便于人们理解；和房地产经营和汽车营销联合构成实景看房看车，便于人们的沟通；和电影行业联合构成实景看电影，大大加强了人们的观感以及与游乐设备联合不用排冗长的队伍还加强了安全系数，提高了人们生活的幸福度。此外，VR还面临着技术发展并不完善，用低端的眼镜设备容易造成青少年的生理不适，增大眩晕感。

四、VR与BIM的联合应用

通过VR技术和BIM技术的相融合，可以使建筑物整体更加的透明化，让未来的建筑更加的信息化、数字化。

(一)VR与BIM构成平台的构想

BIM面临着的普及率与视线还存在着死角的问题。而VR也面临着造价过高需要与相关产业链配合使用的问题。两个产业可以相互融合取长补短。BIM的三维视图技术加上VR的实景观看技术，可以为VR领域开辟一个新型的道路也可以为BIM提高普及度和专业度。大大的提高了两个产业的经济效益。

随着BIM在建筑行业中贯穿生命周期的效用，利用VR的眼镜。在设计过程中，通过图纸不仅仅只能看到一个三维化的立体图形还可以通过虚拟现实技术看到，设计中的具体部件，减少了损耗率同时也提高了设计者的设计感想，具化了设计者的构思。而在招投标管理的过程中，通过VR眼镜我们可以更详细的了解建筑物的整体构思和概念，并且可以具化到每一个柱梁板的数据、造价，使整个工程更加的透明化。在造价的过程中，通过虚拟现实和BIM技术我们可以看到更加详细的数字信息以及更加具体的建筑框架，降低了错误率、提高了工期。在施工的过程中，可以通过这个技术更加精确的放入建筑物的构建，降低了错误率。同时，也可以更清晰的传达出建筑物的具体信息，减轻监理的工作负担。在房地产销售阶段我们可以通过VR和BIM技术，更清晰的向顾客传达出建筑物的信息框架，减少了不必要的争端。

通过两个新兴技术相结合的手段可以加大两个行业的生产效益，从而带动两个行业的经济与技术的发展。通过BIM与VR技术的融合，可以为未来的数字化城市建设创造一个设想。

(二)国内对此项技术的研究

(1)清华大学黄启针对TIBIM平台(由清华大学与清软英泰共同研发的基于BIM的大规模建筑信息数据实时渲染和管理系统)的不足，在清华大学软件学院研发的GEMS和NEBULA平台下，实现了基于剩余资源模型的服务器资源调度算法，能够合理地对渲染请求进行负载均衡，有效实现多机渲染。同时实现了三维场景的可见性裁剪算法，在操作过程中实施有效的视锥体裁剪与遮挡裁剪，保证了操作的实时帧率。

(2)华南理工大学王硕以海洋公园的冰山3D结构布局设计为例，探讨了VR与BIM技术在复杂建筑项目中的应用，描述和讨论了基于Revit软件的激光扫描技术和点云处理，BIM模型创建以及VR技术的具体应用。

(3)辽宁城市建设学院王施施通过Arch2012、Revit2015、Sketchup8.0与UC-WIN-ROAD这些软件研宄BIM和VR常用软件平台的数据转换与对接，找到BIM和VR核心建模软件之间的信息传递关系，保证建筑全生命过程中建筑信息的共享与转换顺畅。

五、对于建筑行业问题的解决方法

通过结合VR与BIM技术，运用到建筑行业当中能够在BIM技术实施全过程中与BIM技术优势互补相互融合,无缝集成BIM模型成果,形成一套全新实用的技术解决方案。从方案阶段到设计阶段再到施工阶段再到后期运维阶段,BIM+VR的作用就是在整个建筑工程还未建成的任何一个阶段,每一个参与项目的人都可以看到建成后的实际效果。这样做及时避免了资源浪费,又使每个阶段的过程都可以高质量和高效率的完成。

而VR更加贴近于用户的真实感受，可以让看起来复杂难懂的建筑行业变得贴近大众。VR与BIM相结合的技术，可以通过透明化的数据和构建便于施工的实施，但它也不仅仅只局限于看建筑物内部的构建，可以通过图纸的三维化，结合地形光照，为顾客分析出更适合自己的住房，大大的提高了人们生活的幸福度。同时，也增加了顾客对建筑物的理解，融合了消费者与销售者之间的关系。

虽然BIM与VR技术的传播力度并不够大，但是数字化城市是未来建筑行业的大势所趋，如何能加大传播力度、提高技术性能创建绿色信息城市，是我们每一个从事建筑行业人员的面临的问题。