BIM+VR技術在建筑設計中的應用研究

摘 ?要：目前建筑設計領域已有的設計方法和計算機輔助設計技術在很大程度上提高了工作效率和質量，比如BIM技術在建筑設計應用得較為廣泛，可以利用BIM軟件創建一個虛擬的3D建筑模型，然而對于非專業人員甚至建筑設計師來說，這樣的模型在視覺效果和感受方面還有待提高。本文通過分析BIM技術和VR技術的特點，研究這兩種技術各自的優缺點，優勢互補，將這兩種技術結合到一起，并根據建筑設計的流程，設計一套貫穿建筑設計全過程的BIM+VR的應用模式，解決當前建筑設計中存在的問題。

關鍵詞：BIM技術;VR技術;建筑設計

中圖分類號：TU17 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）05-0105-02

Abstract：At present，the existing design methods and computer-aided design technology in the field of architectural design have greatly improved the efficiency and quality of work. BIM technology is widely used in architectural design，we can use BIM software to create a virtual 3D architectural model. However，for non-professionals and even architects themselves，such a model is far from enough in terms of visual effects and feelings. By analyzing the characteristics of BIM technology and VR technology，this paper studies the advantages and disadvantages of the two technologies，gives full play to their advantages and disadvantages，combines the two technologies together，and according to the process of architectural design，This paper designs a set of application mode of BIM plus VR which runs through the whole process of architectural design to solve the problems existing in the current architectural design.

Keywords：BIM technology;VR technology;architectural design

1 ?建筑設計的現狀及問題

近年來，建筑物越來越高，建筑物的功能及結構越來越復雜，應用的新材料和新技術越來越多，導致工程復雜程度越來越高，工程項目的信息量也隨之加大。因此，迫切需要引入新的信息技術，實現對建筑工程全生命周期信息的全面管理。

目前建筑設計領域已有的設計方法和計算機輔助設計技術雖然在很大程度上提高了工作效率和質量，但依然存在以下的問題：首先，傳統的3D技術可以設計出建筑物的3D模型，但由于缺乏專業的數據體現和數據關聯，經過反復修改的模型還有可能存在錯誤;其次，視覺表達不足，傳統的3D技術雖然能夠制作出3D效果圖和3D動畫，但由于固定的視角和路線，非專業人員不能全面直觀地感受設計效果，造成“所見非所得”的情況發生。

2 ?BIM+VR的技術優勢

“BIM”即“Building Information Modeling”，中文為“建筑信息模型”，BIM技術是一項應用于建筑全生命周期的3D數字化技術，它以一個貫穿其生命周期通用的數據格式，創建、收集建筑所有相關的信息，并建立信息協調的信息化模型作為項目決策的基礎和共享信息的資源[1]。BIM模型解決了建筑項目全生命周期中多工種、多階段的信息共享問題，但它也有缺點，即空間和時間感比較弱，甲方或非專業人員不能直觀全面地認識和理解建筑師的設計意圖，僅通過三維圖像和動畫很可能會導致“所見非所得”。

“VR”中文為“虛擬現實”，是一種依靠計算機技術，通過在虛擬背景或環境下創造可交互的三維動態效果，讓參與者在虛擬現實中體驗并實時互動的技術。參與者通過佩戴VR硬件設備，即可探索虛擬建筑模型的內部和外部空間。2014年Google I/O大會推出Cardboard后，VR迅速進入普通大眾的生活，其軟硬件均向著輕量化方向發展。在建筑設計領域，VR技術的引入在設計師和甲方之間建立起了一架橋梁。

BIM與VR的結合實現了優勢互補，對于設計方來說，VR對BIM模型的實時渲染減少了不必要的工作量，提升了BIM設計的靈活性;對于用戶或業主方來說，VR技術可以使他們更加直觀地感受建筑設計的效果，提高與行業工作人員的溝通效率。另外，BIM+VR技術的應用可以有效地整合資源，提高資源的利用率，有利于建筑行業的發展。

3 ?國內外研究現狀和發展動態

隨著BIM技術及VR技術在各行各業的應用，虛擬現實技術已逐漸成為可視化技術的一種重要表達方式，如仿真模擬、三維游戲和工業設計等，國內外建筑設計企業也逐漸開始進行BIM+VR技術應用的研究[2]。

（1）國內研究現狀。近年來，BIM和VR技術在建筑領域的應用得到越來越多的關注。中國建筑科學研究院高永剛通過基于BIM可視化技術在杭州東站工程項目中的成功應用，在實施中利用三維建模和施工模擬等技術，很好地解決了樞紐工程結構的復雜空間關系以及施工方案的制定[2]。西南交通大學楊騏麟針對國內BIM可視化應用誤區提出了一種新的可視化協同設計方法，并將該方法應用于成都地鐵4號線二期東三環站實際工程項目的設計階段，提出的新型可視化協同設計方法有助于設計階段更加快速、精確地進行，以達到縮短設計周期、減少返工和節約成本的目的，為地鐵站的可視化協同設計提供了參考[3]。

（2）國外研究現狀。國外的研究更側重于設計工具與設計思維的挖掘。Mikael提出讓沉浸式可視化成為當前建筑設計過程的一部分，研究了建筑信息模型的實時可視化和虛擬現實的人體交互式漫游界面，闡述了未來信息建模的潛力，研究軟硬件的結合方式，以及通過技術優化來實現BIM模型實時渲染。Westerdahl等人通過調查辦公人員在虛擬辦公建筑里和真實建成辦公樓中的體驗，發現相比于在真實建筑里的體驗，人們更偏向于在VR模型里工作的狀態[4]。

4 ?BIM+VR在建筑設計中的應用

（1）BIM+VR以3D數字技術為基礎，設計的模型不僅展示工程項目的實體，還包含了功能特性的數據;實體模型除了具有三維幾何形狀信息，還包含很多其它數據信息，如建筑物某處用料的種類、型號，建筑構件的相關數據，構件之間的空間關系等。這些數據可以用來模擬現實世界的行為。

（2）項目方案討論階段，因傳統3D技術在實體模型和數據上的表達不足，忽視各個專業協調溝通，很容易產生沖突問題。在BIM+VR的沉浸式虛擬環境中，各方人員均可以參與進來，多角度、多方位、多層次地掌握工程項目的情況，從而共同協商優化設計方案，以協同的理念完善建筑的設計，為設計效果和質量提供保障。

（3）建筑方案設計階段，方案設計階段的模型需要與其它部門，比如施工、給排水等部分進行對接，不同的專業部門之間使用的軟件不一樣，會造成溝通上的困難。傳統的做法是各不同部門根據建筑專業的CAD圖紙再繪制出自己專業的圖紙。這樣勢必會產生大量重復性工作，造成各種資源浪費，周期延長，成本升高。因此，需要搭建一個能夠貫穿整個建筑周期的3D虛擬場景。VR技術的加入使設計人員、用戶、施工單位均可以對信息模型進行漫游體驗，同時可以進行直觀地標記和修改，數據變動具有聯動性，從而保證建筑模型信息的一致性和完整性。盡可能避免因各方人員溝通不及時或不到位而導致的問題。用戶體驗后，將自己的親身感受反饋給設計人員，從而使設計人員更有效地對建筑模型進行修改完善，實現用戶的“所見即所得”。

（4）網絡協同設計。這是利用現代網絡技術以及信息技術共同完成工程項目設計的新手段，它可以使不同地理位置、不同的各方人員，如設計師、客戶、業主和施工人員等共同參與到項目的討論及設計中，多方的共同參與有利于發現設計模型的不足或錯誤。另外，協同設計有利于加快項目設計的進度，提高設計各方人員的工作效率。

（5）項目團隊組建。BIM+VR模式在建筑設計過程中涉及到很多不同領域的知識，比如需要對建筑環境進行調研，需要建筑功能需求信息，需要專業人員進行建筑設計、虛擬場景搭建、沉浸式交互設計等，因此，必須將熟悉不同領域知識的人員組織起來。然而在實際項目中，不管某一階段人員多還是少，都可能帶來返工率增加、設計周期變長和成本升高的風險。通過BIM+VR的應用，可以更加直觀地了解每個階段的人員參與情況，查找問題，從而對人員配備進行優化，在保證每一階段工作順利開展的同時，盡可能降低成本。

5 ?結 ?論

總地來說，伴隨計算機技術的日益發展，BIM技術以及VR技術日趨成熟，通過BIM+VR技術的應用，可以有效地整合資源，提高資源的利用率，并全面提升建筑設計的展示效果，提高行業工作人員的溝通效率。我國發布的《2016-2020年建筑業信息化發展綱要》（住房和城鄉建設部，2016）中將BIM列為五大信息技術之首，并積極推進建筑業與虛擬現實、大數據等新興技術的密切合作。這充分說明“BIM+VR”模式已受到建筑行業的極大關注，并積極推進兩者之間的合作，使兩者優勢互補，促進建筑行業的發展。

參考文獻：

[1] 譚勝，王劍賓，吳漣，等.BIM+VR技術在建筑施工中的應用 [J].建筑安全，2018，33（1）：72-74.

[2] 高永剛，李光金.基于BIM可視化技術在杭州東站中的應用 [J].土木建筑工程信息技術，2010，2（4）：55-58.

[3] 楊騏麟，文志彬，楊萬理，等.一種基于BIM的可視化協同設計新方法 [A].中國圖學學會BIM專業委員會.第二屆全國BIM學術會議論文集 [C].中國圖學學會BIM專業委員會.中國廣東廣州：中國建筑工業出版社數字出版中心，2016：139-145.

[4] 郭文強.基于“BIM+VR”的建筑可視化設計方法及應用研究 [D].北京：北京交通大學，2017.

作者簡介：左悅（1981-），女，漢族，遼寧盤錦人，碩士研究生，講師，研究方向：圖形圖像處理、計算機應用。