“BIM+VR”技术支持下的建筑设计研究

张燕飞

0 引言

自从20 世纪60 年代开始，传统的手工绘制逐渐被计算机图纸绘制的方式所取代，其中计算机图纸绘制的代表便是CAD二维绘制，这种计算机图纸绘制方式虽然在20 世纪60 年代应用率较高，但是伴随着时间的推移以及科技的进步，这种二维绘制的方法也暴露出些许的问题，难与社会发展相匹配。在2008 年之后，三维建筑模型开始出现在社会大众视野之中，其中三维建筑模型设计技术当以BIM 为代表。三维建筑设计的出现让社会大众开始认识到BIM 技术的优势，并探究三维建筑设计与BIM 技术深度融合的具体对策。2016 年，在BIM 技术发展的基础上融入了最新的虚拟现实技术，即VR 技术，这让计算机建筑图纸绘制以及建筑设计研究从三维化时代向着数字化和智能化的方向发展，使得新时代建筑设计过程中增添了很多新的课程，甚至许多人将BIM+VR 技术认为是建筑设计行业的第三次革命的开端。

1 建筑设计中引入“BIM+VR”技术的价值与意义

1.1 引入“BIM+VR”技术有利于当代建筑设计整体水平提高

引入“BIM+VR”技术是我国当代建筑设计行业建设现代化以及规范化发展的重要一环，是国家现代化发展的重要组成部分，因此在当前形势下，国家以及建筑设计行业应通过对现有的“BIM+VR”技术视域下的建筑设计理念构成方式与方法，布局和措施进行科学的研究和有效的论证，进而在一定程度上提高行业人员的认识和水平，提升工作效率和工作水平，有效推动我国建筑设计行业科学化的升级与发展，在有效提升其效益的基础上，保证其现代化发展。

1.2 引入“BIM+VR”技术是建筑设计行业的必然发展趋势

近年来，随着各区域之间的不断交流、融合以及发展，各种先进的建筑设计手段以及思想方法开始被科学的引入到各个建筑设计行业当中。这些方法以及手段，不仅先进科学，同时也更加贴近建筑设计行业的实质，能够有效提升建筑设计行业从业人员的综合素养和工作协同效果。而“BIM+VR”技术正是这种思想和行为的重要体现。BIM+VR 是当代大数据共享下的一种信息技术共享协助方式，其不仅可以利用平台让不同的建筑工作人员共同使用数据，与VR 技术结合还能构建一个大的数据模拟环境，有效促进建筑行业不同种类参与人员协同工作，有效提升效率。在实际的建筑设计行业技术发展中，相比于传统的建筑设计行业技术以及发展理念，“BIM+VR”技术引导下的建筑设计服务，不仅科学有效，且更加符合当代建筑行业的发展本质，更突破了传统模式，使建筑设计行业得到了更加长足的提升与发展，推动了建筑设计行业智能化的发展。

2 基于BIM 的建筑整体设计的应用现状与存在问题

2.1 BIM 的发展

BIM 借助数字模型将各种信息组成一个整体，改变了建筑业的传统思维模式及作业方式，建立了设计、建造和运营的新方式，实现了信息在全生命周期的有效利用，显著提高了工程质量和效率，为建筑业带来巨大的变革。1974 年“BIM 之父”查尔斯·伊斯曼开发了BDS 建筑描述系统，其所采用的数据库技术，实际上就是BIM 的雏形。2002 年，Jerry Laiserin 发表《比较苹果与橙子》（被看作BIM 发展史上的一个里程碑），BIM这一术语被广泛接受。2008 年奥运会之后，我国的BIM 理论与技术逐渐在行业内推广与实践，2011 年清华大学软件学院发布了《中国建筑信息模型标准框架研究（CBIMS）》。2016 年，我国发布的《2016-2020 年建筑业信息化发展纲要》中将BIM列为五大信息技术之首，并积极推进建筑业与虚拟现实、云计算、大数据等新兴技术的密切合作，构建基于BIM 技术的项目协同管理平台。

2.2 基于BIM 的建筑整体设计可能存在的问题

（1）方案设计阶段：BIM 能够有效提升设计质量，实现三维集成协同设计。然而，在实际设计中，由于对BIM 技术了解不足、操作技术不娴熟，所以大部分建筑师在进行设计时，并未直接采用BIM 技术，而是先采用灵活度较高的设计软件进行创造，然后使用BIM 对其进行加工。此外，建筑师在设计图纸与甲方对接时，主要使用的也是二维图纸，若甲方对于图纸不满意，建筑师难以在原来的图纸上进行加工，使得整个设计过程需要重新进行。这样不仅会导致建筑师的工作效率低下，也使得建筑工期被延长，浪费了大量的人力和物力。

（2）施工图设计阶段：建筑图纸设计完成后，并不能马上开始施工，而是应该与排水、电器等部门，就图纸进行交流、沟通，确定不同部分的施工方案。然而，在实际沟通中却存在较大的困难，其主要原因就是对于图纸的使用软件，业界并没有统一的规定，使得各个企业、部门所使用的软件存在较大的不同。

（3）工程实施阶段：三维图像无疑比二维图像更为形象，所展示的建筑信息也更加具体。故此，在施工阶段使用三维图像，也可以实现各个部门的高效率沟通，能够有效缩短施工工期，降低生产成本。然而，部分施工企业在实际施工中，却并未以三维图像代替二维图像，使得施工人员对于施工过程的信息把握不够全面，从而导致施工过程容易出现偏差，工程成本增加，出现较多安全隐患等。

（4）运维阶段：当工程交付后，按照模型中提供的信息，甲方就可以了解整个工作环境，并对全部设施进行维护。但是通过对甲方企业的综合实力进行调查，可以发现虽然甲方承担着该项工程项目，但是对于BIM 技术的了解程度不够，导致他们在观看、审查以及操作建筑物模型的时候，很容易出现不理解、误解偏差以及资源浪费的现象，进而导致工程运维阶段出现一定的问题。

（5）项目展示阶段：三维效果图能够使建筑呈现出一个良好的效果，吸引消费者的目光。在实际展示阶段，企业并未利用BIM 技术认真制作效果图，而是仅对室内设计、建筑物外形等进行简单设计。故此，企业人员只能通过平面图或者二维效果图进行展示，这无疑会严重降低展示的效果。

3 VR 在建筑整体设计的应用

3.1 VR 的特性与发展历程

虚拟现实技术，即VR 技术，是一种利用计算机进行交互的三维动态演示软件。在这种虚拟背景下，虚拟现实技术可以为设计者创设一个虚拟的环境，进而使参与人员可以在虚拟与现实的交错中体验真实情景，并与建筑设计人员以及参与体验人员进行交流互动。体验人员需要佩戴相应的虚拟现实设备，如虚拟现实的头部跟踪设备、虚拟仿真式交互手套、适用于眼部的定向跟踪设备等硬件追踪设施。这种VR 设备属于高端产品，无论是价格还是功能都可以称之为上等。但正是因为其价格昂贵且功能强大，在建筑设计之中具有强大的功效，可以让体验人员感受到虚拟世界中的仿真效果。其实，早在1993 年，美国科学家便在有关于计算机的书中阐述了VR 技术以及其基本特点，这种特点可以概括为三个词汇，即沉浸、交互以及想象。虚拟现实技术发展到今天已经成为一种可能。

3.2 基于虚拟现实的建筑设计

随着虚拟技术的不断发展，它在当今的建筑设计、审批、施工展示等环节中发挥着越来越重要的作用，而如果想要更广泛地发挥其作用，还需要克服一定的障碍。虚拟现实技术目前仍处于初级阶段，开发者都有着各自的演示方法，虽然他们对虚拟现实充满了热情，但是目前还没有一个统一的标准和数据库。此外，虚拟现实中镜头的加速移动，会带来不同的焦点，如果运用不当，会给用户带来恶心眩晕的感觉。对于这项新兴技术而言，想要成长为参天大树，真正进入消费市场，还有很长的路要走。但随着技术的进步和市场的成熟，虚拟现实在建筑领域定将成为更加重要的表现手段，充分地发挥其特有的功能。

3.3 虚拟现实对于建筑设计的意义

（1）规划与设计阶段

VR 设备可以实现从方案设计到室内效果呈现整个过程的漫游和体验，使建设方在虚拟现实中感受外部建筑造型、内部空间营造、整体功能布局等，这种体验感更强，可以在前期找到不满意的地方进行反馈。这使得建设方和设计方都可以用更小的成本，得到自己想要的产品。因为 VR 对建筑模型做实时渲染，因此给设计方减少了许多不必要的工作量，强化了设计灵活性。

（2）施工图设计与节能计算阶段

在施工设计阶段，第二设备可以使BIM 模型操作可视化，将BIM 模拟碰撞检测等数据可视化，可以将不同的部门整合到一个平台上，实现协同工作。这样甲方和设计师可以更清晰地观看工作过程，更方便甲方和设计师找到问题。

（3）工程实施阶段

在工程实施阶段，VR 技术可以辅助工程质量管理工作。VR 技术可以在场景模型系统、考核评分系统等子系统，根据国家标准的实施工艺文件和其他技术文件的要求，设计VR 交互流程。在VR 技术中建立虚拟模拟场景，对人物的全身动作进行捕捉，提前预料到可能会发生的安全事故以及事故出现的原因，进而做好提前预防工作。

（4）运维阶段

VR 技术可以在工程试运行管理设备维修管理过程中，进一步发挥BIM 数据的管理功能，集成VR 虚拟现实场景。这可以使得设备维护，消防应急等工作过程直观化，进而强化对这些工作过程的控制。应用VR 系统可以对接现场的传感器设备，将实时数据转化成 VR 的3D 虚拟现实场景进行展示。

（5）项目展示阶段

在项目展示阶段，VR 技术可以代替传统样板间，让参观人员进行参观体验。VR 可以使参观人员在前期查看项目的效果。用户可以在建设的全过程通过VR 终端查看，这样参观者的体验感更强，可以提高房屋建筑效果。另外在这一过程中，VR 系统也可以整合用户的需求，使得建筑与用户需求匹配。

4 BIM 技术和VR 技术的具体应用方案

在建筑设计阶段，设计人员首先需要正确认识不同的建筑材料，从而通过提升建筑材料的搭配方式来提高建筑物实际的应用价值。这就说明建筑材料的搭配以及组合方式对于室外成果的展示有着十分密切的联系。将VR 技术融入到BIM 系统之中，可以将近千种的建筑材质信息结合在一起，进而塑造成为一个高精的建筑材料库。在此建筑材料库中，不同材质的建筑材料均可以编辑纹理尺寸、参数色彩等内容，并且可以让设计人员随时观看到渲染的结果。设计人员在VR 技术所构建的虚拟方案之中，可以面对面地接近不同材料，并且思考不同材料对于建筑整体设计方案的影响效果，从而为建筑设计提供更多的可能性。

光与色的结合应用在建筑设计上是非常关键的，借助VR技术和BIM 技术可以实现建筑模型的光影效果测试，VR 技术可以对BIM 技术构建形成的建筑模型进行调试，如灯光的强度、明亮色、色温，甚至还可以对光照的效果进行模拟，如晴天、雨天场景效果。将自然光照与人工光照进行结合，可以最大程度地将建筑材料的色相以及条纹等特点生动地展现在设计人员眼中，从而深度实现色、光、形三者的高度结合统一，赋予建筑物更强的生命力。

首先，室内环境设计。在设置建筑物室内环境的时候应用BIM 技术与VR 技术可以模拟室内通风的状况。根据建筑物节能模型的运行情况，对通风口的尺寸、位置进行合理规划，从而保证室内空间流通的效果。同时，建筑物设计人员还可以借助BIM 技术+VR 技术对室内的采光条件进行设计和分析，满足室内建筑物对于自然采光的基本需求。

其次，在室内设计中，在设计建筑物的水体以及草地这两个主体时，建筑设计人员可以尝试通过BIM 技术+VR 技术对水体、草地的相关数据进行采集，并且根据不同数据所呈现出来的建筑效果，寻找最优设计方案。

最后，在对建筑物以及环境协调度上的设计进行分析的时候，BIM 技术+VR 技术可以让设计出来的协调方案透明化地呈现出来，并且对建筑项目工期进行科学合理的安排，确保工期能够正常完工，以及建筑成果的安全稳定，有效预防了重大建筑事故的出现。

5 结语

通过对上述内容的分析与总结，可以发现BIM+VR 技术在建筑设计之中具有广阔的应用前景，但是因为这些技术在国内的应用尚且没有做到普及，仍然处于一个发展的萌芽阶段，具体表现为缺乏系统性、完整性的理论支撑以及成熟的经验可以供参考，这就导致BIM+VR 技术在建筑设计之中的应用存在着很大的进步空间。BIM 系统不与备案设备进行连接，只能提供基础效果，与VR 设备搭载使用，可以提供更强烈的体验。将二者进行结合，能够有效实现基础功能以及设计效果的深度融合，弥补二者各自的不足。BIM 系统相较于CAD 系统效果更强，体验感也更强，但是 BIM 在具体施工层面的效果，还有待进一步的发展。基于此，在具体施工过程中，实施部门可以搭载VR 技术，更清晰地展示各部位在图纸中的具体位置，提供交互式沉浸体验。这提高了资源的整合性，加强了产品的竞争力，使得建筑展示效果更好，为建筑行业人员高效沟通提供了平台，促进了建筑行业的发展。相信在不久的将来，建筑行业中应用BIM+VR 技术将会愈发成熟，极大地推动建筑行业的现代化发展。