BIM+VR 的数字化创新在建筑行业中的应用分析＊

2023-11-12柳州城市职业学院信息工程系韦燕红宋伟奇王丽娟

数字技术与应用 2023年10期

柳州城市职业学院信息工程系韦燕红宋伟奇王丽娟

为解决设计与实际不统一的问题，在建筑施工中采用BIM+VR 技术将会成为一条可以解决此问题的最优道路。BIM+VR 在BIM3D 建模的基础上，增强了虚拟现实的可视性和实用性，并以一种合理的交互方式，以可视的方式呈现给建筑行业使用者。

随着我国建筑业的迅速发展，我国的工程建设已经进入了一个新的阶段，其规模日益增大，结构日趋复杂。为了进一步提升工程项目的质量，需要从多个方面，充分利用信息技术。而将BIM+VR 技术结合在一起，能够实现对建设工程的设计过程进行优化，推动了资源的整合，是提升建设质量的一种重要技术形式[1]。

1 建筑行业中引入“BIM+VR”技术的意义

1.1 有利于人才培养和提升当代建筑设计水平

“BIM+VR”技术的引进，是我国现代建筑设计界实现现代化、标准化的一个关键环节，在目前的情况下，国家和设计界都应该对这两项技术视野下的建筑设计概念的构建途径、方法、规划、措施等问题进行科学的探讨，从而在某种意义上，提高从业人员的认知、素质、工作效率、工作水准，切实推进我国建筑设计界的科学化更新和发展，在充分发挥其效益的同时，为其实现现代化提供保障[2]。

1.2 是建筑行业信息化发展的必然

“BIM+VR”的方法和手段属于先进的，更接近于建筑设计行业的本质，是当今大数据共享下的一种信息技术共享协助方式[3]。在建筑设计产业的现实科技发展过程中，相对于传统的科技和发展观念而言，两项技术不但更具有科学性和有效性，而且更符合现代建设产业的发展规律，并对传统的建设模式进行了突破，使得建设产业获得了更大的进步和发展，促进了建设产业的智能化。

2 BIM+VR 的数字化创新在建筑行业中的应用分析

2.1 BIM+VR 融合模型构建

两项技术融合模型构建先将CAD 图纸在BIM 中进行建模，之后，利用多种技术，将BIM 模型与VR 技术结合起来，再从设计到施工的整个流程进行运用，最后对两项技术在建筑工程中的应用进行了详细阐述。

2.1.1 BIM 构建模型

联合建筑行业各部门施工人员，结合结构部门、施工部门、MEP 专业人员意见，利用Revit3D 造型软件，共同合作，设计创造建筑施工BIM 模型，如图1 所示。首先对各个项目的建筑方案进行汇总，并将其CAD 版的方案输入到Revit 系统中[4]。在输入的过程中，需分学科建立作业组和中央目录，并将各个学科的数据模型进行最后的整合，并将其上传到Fuzor 的管理平台，以供校对和汇总。其次，在建模完成之后，还需采用碰撞检验等手段对其进行检验，并对其进行预判，从而为工程制定更精细的施工方案。

图1 某项目BIM 模型Fig.1 BIM model for a certain project

2.1.2 BIM 融入VR 技术

在协同设计好的BIM 系统中，以Fuzor 格式输出。利用现有的VR 转化软件，将BIM 模型转换成VR 画面，连接至移动端进行VR 模拟，如图2 所示。以计算机将VR 硬件设备连接，比如头盔、手柄等，通过VR 设备模拟BIM 系统中的建立完成模型，用户（施工人员）借助VR 系统，可以模拟出真人动画，在建好的建筑模型中行走、观看。通过直观的感受，对于设计人员来说是一个灵感来源，对于施工人员来说，可以指导现实施工，避免与设计产生严重的误差[5]。

图2 BIM+VR 模型Fig.2 BIM+VR model

2.2 BIM+VR 的数字化创新在建筑设计中的应用

建筑师在建造过程中，必须对各种建筑材质有一定的了解，并借由改善材质的配比，以增加建筑的实用性，由此可见，建筑材料的搭配和组合与户外效果的表现是息息相关的。BIM 利用虚拟现实技术，把近一千种建材的信息集成到一起，从而建立起一个高准确性的建材数据库。在该“建材库里”，可以对不同的建材进行不同的纹理大小、颜色参数等的修改，并能使设计者随时了解最终的效果。同时，设计人员能够与不同的材料进行面对面的接触，并对不同的材料对建筑整体设计方案的影响进行思考，为建筑设计带来更多的可能性[6]。

首先是对内部环境的规划。通过BIM 技术和VR 技术，可以对建筑室内环境进行仿真。在此基础上，结合建筑的节能模式，合理地布置通风孔的大小和位置，以确保室内空气的流动。此外，建筑物设计者也可以利用BIM 技术+VR 技术来设计并分析室内的灯光条件，从而达到室内建筑物对自然灯光的基本要求。

其次，在进行室内设计时，而且是对建筑物的水体和草坪进行设计时，建筑师可以利用BIM 技术和虚拟现实技术，对水体和草坪的相关信息进行收集，然后在这些信息的基础上，对建筑物的整体效果进行分析，得出最佳的设计方案。

最后，两项技术在建筑与环境协同设计中，能够实现对协同方案的透明化，科学、合理地安排建设项目的工期，确保施工进度的顺利完成，以及施工结果的安全性和稳定性，从而有效地防止重大施工事故的发生。

2.3 BIM+VR 的数字化创新在建筑施工中的应用

两项技术是基于三维数字信息技术，它的建模既能展现工程的实物状态，又能反映工程在实际应用中所面临的各种问题，如图3 所示。通过三维模型的建立，可以有效地控制工程造价，调节工程建设的进度，有效地解决了目前我国建筑物结构比较复杂的问题。利用BIM技术，以数据的形式，完成施工平面布置，同时，按照工程计划，实现了工程的可视化模拟。利用BIM 技术，可以在桩基上建立一个三维的实体模型，从而使桩基的设计得到更加直观、清晰的表现。在架设模板支架时，利用3D 模型，可直接观测到模板支架的空间位置。在施工前的每一道工序中，通过BIM+VR 技术，虚拟地呈现出各个施工工艺，尤其是对一些复杂节点的展示，更加直观、客观地让各专业人员对建筑工程中各管线的走线方式有一个完整的了解。在此过程中，可以有效地降低各专业间对工作认识上的偏差，以及由于个人的主观原因而引起的误会，使得各专业间的沟通更为融洽，效率更高[7]。

图3 BIM+VR 在施工阶段的应用Fig.3 The application of BIM+VR in the construction phase

2.4 BIM+VR 的数字化创新在装修阶段的应用

两项技术拥有互联网连接功能，可以外置一些材料的数据库，比如，装修材料数据库、装修风格数据库等，这极大的方便了装修设计人员的选材与设计。两项技术还可以用一种交互的形式将设计的效果展现出来，并且装修设计人员还可以在这个空间里进行漫游，这样我们就可以在很短的时间内达到我们需要在未来的数个月里才能见到的装潢效果。在设计方案结束之后，用户能够提前感觉到室内的精装，以客户满意为前提，保证装修符合客户要求。

2.5 BIM 融入VR 技术在施工质量管理中的应用

尤其是在项目建设的实施中，充分利用BIM 技术和VR 技术，可以很大程度上帮助工作人员认识并掌握施工中的问题，减少工程实际操作中的人力、物力、财力浪费。在具体的仿真过程中，将BIM 技术的质量管理与VR 虚拟现实技术有机地结合起来，可以让他们对整个建筑的施工周期都有一个完整的了解，这对于提升施工质量管理水平有很大帮助。

3 BIM+VR 的数字化创新在建筑行业绿色施工中的应用

3.1 设计层面

通过对BIM 模型的研究，将虚拟现实技术与虚拟现实技术相结合，为建筑行业的参与者提供一个便捷的人机交互平台。通过VR 技术，可以很好地获得用户的体验，并利用系统的评价功能，对其设计、结构、功能等进行评价和推荐，通过一系列的比较分析，可以得出最好的设计方案来实现绿色工程。

3.2 生产层面

两项技术不但可以使施工人员对建筑设计的原理有着更加深入的认知，还可以对建筑行业使用材料有着更加清晰的认知，对材料的选用有一定的把握，还可以通过模块参数来对制造特定类型的装配式预制构件的绿色生产技术有更多的了解。首先，制造方可以直接获取预制件模型参数，实现精确制造，并实时反馈制造过程中的情况，既确保了制造过程的连贯性，又基本确保了预期的制造质量；其次，增加人力、物力和科技的投资，持续提升制造体系，使预制块的制造不但能够达到更高的自动化程度，而且能够更好地和模型参数的数据进行更高的连接；最终，要严格控制好预制构件的生产质量关，并逐渐将施工质量标准和验收要求统一起来，与此同时，还可以对构件的基本信息进行准确的定位，这样才能更好地满足后续工程质量的溯源需要。

3.3 施工层面

利用两项技术，不但可以帮助建筑行业施工材料的设计和生产，还可以对建筑施工的整个施工过程进行优化。在建筑预制件的施工方面，施工现场的工作重心是材料的运输和安装，其中也包括建筑主体的预制件。利用两项技术，可以事先对整个施工流程演练，通过仿真进行精确定位，同时，BIM+VR 技术还可以及时纠正施工中可能会出现的偏差以及提前发现设计中所产生的问题，从而对整个施工过程进行优化和改进，从而能够有效地避免出现不必要的安全问题。

3.4 运维层面

通过两项技术，可以为装配式项目在竣工、投产、使用过程中所面临的各类质量问题提供服务，既可以调取构件型号、参数及生产厂家等关键信息，也可以对问题产生的可能原因进行追溯，避免责任归属不清。两项技术还可以对使用过程中的环保性能指标进行动态监控和管理，可以通过实时动态监测数据判断出能耗不合理的主要影响因素。