基于BIM與VR聯(lián)合應(yīng)用的三維建模技術(shù)的研究

(江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 徐州 221000)

引言

傳統(tǒng)建筑行業(yè)使用的AutoCAD、PKPM、sap、midas、ansys只是停留圖紙的二維化。大大降低了工程的效率和各個負責(zé)人之間的配合。同時也導(dǎo)致施工現(xiàn)場的錯誤率高、造價成本高昂以及工期時間過長等問題。而從歐美國家引入的BIM這項技術(shù)就可以大大減少施工過程中出現(xiàn)的問題。用revit把圖紙導(dǎo)入到軟件當中，在原有圖紙的基礎(chǔ)上，繪畫出一個三維的圖紙。這樣就可以大大的減少現(xiàn)實中出現(xiàn)的工程與設(shè)計者的想法相悖的現(xiàn)象，而BIM內(nèi)部信息的可視化和透明化更為數(shù)字化城市的發(fā)展奠定了重要的基礎(chǔ)。

VR是20世紀發(fā)展起來的全新技術(shù)，囊括計算機、電子信息、仿真技術(shù)于一體，通過計算機技術(shù)產(chǎn)生電子信號，使其輸出的數(shù)據(jù)具化成為人們眼中的三維視圖與模型，用戶可以通過頭戴式眼鏡，真實的感受到具象化的物體，便于人們理解發(fā)現(xiàn)以及觀察事物。

在科學(xué)的不斷發(fā)展中，僅僅只將圖紙三維化已經(jīng)滿足不了人們對于建筑行業(yè)的期許。于是，將BIM的三維化與VR技術(shù)的真實感受相結(jié)合則為未來的建筑行業(yè)注入了新鮮的血液。通過三維圖紙的導(dǎo)入，讓設(shè)計者、施工者以及顧客戴上眼鏡就可以看到現(xiàn)實中的模型，讓設(shè)計者加以修改、施工者得以配合同樣顧客也可以看的到房子的樣貌不需要推銷員再加以贅述。BIM與VR相結(jié)合的這項技術(shù)，大大的提高了圖紙的利用效率，讓人們不僅僅之局限在三維的視角中，我們可以通過軟件，觀察到具體房屋的裝修以及柱梁板的安放角度和位置。而BIM保有的內(nèi)部構(gòu)件具體的屬性，通過VR我們也可以盡然的知道。通過這個技術(shù)我們甚至可以做到圖紙的四維化，可以感知與了解這個建筑真正的靈魂，是未來信息化數(shù)字化城市出現(xiàn)的大勢所趨。

一、建筑行業(yè)存在的問題

(1)傳統(tǒng)建筑行業(yè)存在著視線和角度的太過平面化的問題,容易造成溝通傳達不夠有效，建筑工程工期過長等問題,進而造成建筑設(shè)施的完成度不夠，設(shè)計師的理念傳達不全面的問題。

(2)BIM模型的可視化不足，普及度不高不能完整的貫穿一個建筑工程的全部生命周期。

(3)建筑行業(yè)內(nèi)部的溝通不足導(dǎo)致用戶對建筑工程的不理解，對圖紙施工過程的不夠理解。

二、基于BIM的三維建模

BIM(Building Information Model)在建筑行業(yè)的整個生命周期中有著不可或缺的作用，我們通過CAD和revit就可以僅僅通過圖紙就創(chuàng)造出一個立體的三維模型。所以軟件在BIM這項技術(shù)中起著舉足輕重的作用。

(一)BIM的運用

傳統(tǒng)建筑往往會產(chǎn)生信息孤島，無法保證數(shù)據(jù)的共享及可追溯性。而BIM為這個問題提供了答案。

在招投標管理方面。BIM技術(shù)的數(shù)字化可以控制經(jīng)濟指標的精確性與準確性，避免建筑面積與限高的造假。BIM模型的可視化能夠讓投標方深入了解招標方提供的條件。BIM建立的三維模型可以實現(xiàn)無紙化招投標，節(jié)約能源做到綠色環(huán)保。同樣也可以整合招投標的文件，量化各項指標。BIM產(chǎn)生的數(shù)據(jù)庫，可以對相關(guān)人員進行精準透明的評定最大程度的做到透明化精確化。

在造價工作階段。可以在施工前對建筑進行預(yù)估提供各個階段的工程量、設(shè)計參數(shù)和工程參數(shù)，用算出的估計值進行價值工程與限額設(shè)計的手段優(yōu)化設(shè)計成果。

在設(shè)計階段。通過設(shè)計模型信息的交換和傳遞將更加的直觀有效可以更好的融合設(shè)計者與實施者之間的矛盾。同樣也可以減少設(shè)計錯誤，通過設(shè)計檢查把障礙排除在出圖之前。

在施工階段。利用模型可以提前預(yù)知施工過程中出現(xiàn)的難點，大程度上消除了施工的不可預(yù)見性和不確定性，大大的提高了工程的安全性。設(shè)計方提供三維模型可以更直觀的對技術(shù)人員進行技術(shù)交底，減少重復(fù)作業(yè)、保證質(zhì)量。

在運維階段。通過模型我們可以把圖紙、報價單、采購單、工期圖精簡到一起呈現(xiàn)出更直觀的數(shù)據(jù)信息。同時，我們也可以提供實時的數(shù)據(jù)訪問，在沒有獲取足夠的信息的情況下做出應(yīng)急的決策。

(二)BIM的軟件應(yīng)用

(1)BIM的基礎(chǔ)軟件指的是可以用于建立能為多個BIM應(yīng)用軟件所使用的BIM數(shù)據(jù)的軟件。如美國Autodesk公司的Revit軟件，其中包含了建筑設(shè)計軟件、結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件及MEP設(shè)計軟件；匈牙利Graphisoft公司的ArchiCAD軟件等。

Revit建模的流程:

(2)BIM建模的精度。建模的精度講述了一個BIM的結(jié)構(gòu)從一個模糊低級的近似化構(gòu)建發(fā)展成為一個精細化高級的構(gòu)建。為了規(guī)范BIM參與各個項目階段的界限，美國建筑師協(xié)會在2008年提供了LOD的概念。LOD技術(shù)是一個有效的加速圖形生成的方法但是對于場景生成的實時性要求很高。可以運用于確定模型階段輸出結(jié)果以及分配建模的任務(wù)。

(3)BIM的標準。IAI在1997年發(fā)布了IFC信息模型的第一個完整版本，而當前最新的模板是IFC2X3 final。IFC標準是一個類似面向?qū)ο蟮慕ㄖ?shù)據(jù)模型。IFC模型包括建筑整個生命周期內(nèi)的各方面信息。目前，IFC標準(IFC 2x platform.版本)已經(jīng)被ISO組織接納為ISO標準，成為AEC/FM領(lǐng)域中的數(shù)據(jù)統(tǒng)一標準。

(三)BIM還在處于初級發(fā)展的階段

由于建筑行業(yè)長期以來施工模式的固定，以及BIM出現(xiàn)的時間較短，所以BIM這項技術(shù)還沒有完全投入到建筑行業(yè)當中去。同時，傳播度不夠、行業(yè)的接納率過低這是BIM現(xiàn)階段發(fā)展的一大問題。

三、基于VR的虛擬技術(shù)

(一)VR的意義

VR的出現(xiàn)可以說是三維向四維的進步，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以把晦澀難懂的紙質(zhì)文字轉(zhuǎn)化成為一個計算機數(shù)據(jù)的模型，來讓人們的自然感官理解和想象。在20世紀60年代后，VR開始用于航天和軍事領(lǐng)域。科學(xué)家們可以通過VR技術(shù)來觀察和想象未知的領(lǐng)域。2014年之后，VR主要應(yīng)用于娛樂行業(yè)。隨處可見的虛擬現(xiàn)實游戲，通過VR眼鏡來讓用戶感受到真實的畫面以其沉浸式的感受給用戶帶來了極大的視覺和感官盛宴。目前，VR正在嘗試著向不同的領(lǐng)域發(fā)展，向用戶們普及這項新興的技術(shù)。

(二)VR+技術(shù)的聯(lián)想

由于VR的造價過高導(dǎo)致在用戶中的普遍率不高。所以VR必須要和相關(guān)的產(chǎn)業(yè)聯(lián)合才可以發(fā)揮出虛擬現(xiàn)實技術(shù)的效用。比如：和圖書館聯(lián)合構(gòu)成三維書籍，便于人們理解；和房地產(chǎn)經(jīng)營和汽車營銷聯(lián)合構(gòu)成實景看房看車，便于人們的溝通；和電影行業(yè)聯(lián)合構(gòu)成實景看電影，大大加強了人們的觀感以及與游樂設(shè)備聯(lián)合不用排冗長的隊伍還加強了安全系數(shù)，提高了人們生活的幸福度。此外，VR還面臨著技術(shù)發(fā)展并不完善，用低端的眼鏡設(shè)備容易造成青少年的生理不適，增大眩暈感。

四、VR與BIM的聯(lián)合應(yīng)用

通過VR技術(shù)和BIM技術(shù)的相融合，可以使建筑物整體更加的透明化，讓未來的建筑更加的信息化、數(shù)字化。

(一)VR與BIM構(gòu)成平臺的構(gòu)想

BIM面臨著的普及率與視線還存在著死角的問題。而VR也面臨著造價過高需要與相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈配合使用的問題。兩個產(chǎn)業(yè)可以相互融合取長補短。BIM的三維視圖技術(shù)加上VR的實景觀看技術(shù)，可以為VR領(lǐng)域開辟一個新型的道路也可以為BIM提高普及度和專業(yè)度。大大的提高了兩個產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益。

隨著BIM在建筑行業(yè)中貫穿生命周期的效用，利用VR的眼鏡。在設(shè)計過程中，通過圖紙不僅僅只能看到一個三維化的立體圖形還可以通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)看到，設(shè)計中的具體部件，減少了損耗率同時也提高了設(shè)計者的設(shè)計感想，具化了設(shè)計者的構(gòu)思。而在招投標管理的過程中，通過VR眼鏡我們可以更詳細的了解建筑物的整體構(gòu)思和概念，并且可以具化到每一個柱梁板的數(shù)據(jù)、造價，使整個工程更加的透明化。在造價的過程中，通過虛擬現(xiàn)實和BIM技術(shù)我們可以看到更加詳細的數(shù)字信息以及更加具體的建筑框架，降低了錯誤率、提高了工期。在施工的過程中，可以通過這個技術(shù)更加精確的放入建筑物的構(gòu)建，降低了錯誤率。同時，也可以更清晰的傳達出建筑物的具體信息，減輕監(jiān)理的工作負擔。在房地產(chǎn)銷售階段我們可以通過VR和BIM技術(shù)，更清晰的向顧客傳達出建筑物的信息框架，減少了不必要的爭端。

通過兩個新興技術(shù)相結(jié)合的手段可以加大兩個行業(yè)的生產(chǎn)效益，從而帶動兩個行業(yè)的經(jīng)濟與技術(shù)的發(fā)展。通過BIM與VR技術(shù)的融合，可以為未來的數(shù)字化城市建設(shè)創(chuàng)造一個設(shè)想。

(二)國內(nèi)對此項技術(shù)的研究

(1)清華大學(xué)黃啟針對TIBIM平臺(由清華大學(xué)與清軟英泰共同研發(fā)的基于BIM的大規(guī)模建筑信息數(shù)據(jù)實時渲染和管理系統(tǒng))的不足，在清華大學(xué)軟件學(xué)院研發(fā)的GEMS和NEBULA平臺下，實現(xiàn)了基于剩余資源模型的服務(wù)器資源調(diào)度算法，能夠合理地對渲染請求進行負載均衡，有效實現(xiàn)多機渲染。同時實現(xiàn)了三維場景的可見性裁剪算法，在操作過程中實施有效的視錐體裁剪與遮擋裁剪，保證了操作的實時幀率。

(2)華南理工大學(xué)王碩以海洋公園的冰山3D結(jié)構(gòu)布局設(shè)計為例，探討了VR與BIM技術(shù)在復(fù)雜建筑項目中的應(yīng)用，描述和討論了基于Revit軟件的激光掃描技術(shù)和點云處理，BIM模型創(chuàng)建以及VR技術(shù)的具體應(yīng)用。

(3)遼寧城市建設(shè)學(xué)院王施施通過Arch2012、Revit2015、Sketchup8.0與UC-WIN-ROAD這些軟件研宄BIM和VR常用軟件平臺的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與對接，找到BIM和VR核心建模軟件之間的信息傳遞關(guān)系，保證建筑全生命過程中建筑信息的共享與轉(zhuǎn)換順暢。

五、對于建筑行業(yè)問題的解決方法

通過結(jié)合VR與BIM技術(shù)，運用到建筑行業(yè)當中能夠在BIM技術(shù)實施全過程中與BIM技術(shù)優(yōu)勢互補相互融合,無縫集成BIM模型成果,形成一套全新實用的技術(shù)解決方案。從方案階段到設(shè)計階段再到施工階段再到后期運維階段,BIM+VR的作用就是在整個建筑工程還未建成的任何一個階段,每一個參與項目的人都可以看到建成后的實際效果。這樣做及時避免了資源浪費,又使每個階段的過程都可以高質(zhì)量和高效率的完成。

而VR更加貼近于用戶的真實感受，可以讓看起來復(fù)雜難懂的建筑行業(yè)變得貼近大眾。VR與BIM相結(jié)合的技術(shù)，可以通過透明化的數(shù)據(jù)和構(gòu)建便于施工的實施，但它也不僅僅只局限于看建筑物內(nèi)部的構(gòu)建，可以通過圖紙的三維化，結(jié)合地形光照，為顧客分析出更適合自己的住房，大大的提高了人們生活的幸福度。同時，也增加了顧客對建筑物的理解，融合了消費者與銷售者之間的關(guān)系。

雖然BIM與VR技術(shù)的傳播力度并不夠大，但是數(shù)字化城市是未來建筑行業(yè)的大勢所趨，如何能加大傳播力度、提高技術(shù)性能創(chuàng)建綠色信息城市，是我們每一個從事建筑行業(yè)人員的面臨的問題。