BIM技術(shù)與VR技術(shù)結(jié)合方法的研究★

李 金 云

(北華航天工業(yè)學(xué)院，河北 廊坊 065000)

隨著BIM技術(shù)的不斷發(fā)展，與VR技術(shù)相結(jié)合成為了必然，但是從目前的國(guó)內(nèi)專家研究成果來看，并非真正意義的將BIM與VR這兩種技術(shù)相結(jié)合，而是前期采用BIM技術(shù)建模分析，后期利用VR技術(shù)進(jìn)行展示，嚴(yán)重制約了兩種技術(shù)相結(jié)合后作用的發(fā)揮[1]。董婉婉[2]研究發(fā)現(xiàn)BIM+VR技術(shù)對(duì)工程建設(shè)效率的提高和建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)有積極的推進(jìn)作用。張學(xué)輝[3]提出了基于BIM與VR技術(shù)的“裝飾自主設(shè)計(jì)法”，周靜[4]將BIM+VR技術(shù)作為建筑設(shè)備運(yùn)維管理提供了嶄新的管理方法和手段，徐晟[5]建立了融合BIM和VR的公路施工場(chǎng)地布置輔助決策系統(tǒng)，從上述研究可以看出，BIM與VR技術(shù)的結(jié)合已經(jīng)在工程項(xiàng)目多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了一定程度的融合，并取得了一定的成果。因此，本文綜合分析了BIM與VR技術(shù)相結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，論述了BIM與VR技術(shù)三種結(jié)合方法，通過比較得出適用于工程實(shí)際的BIM與VR技術(shù)結(jié)合的方法。

1 BIM+VR在建筑工程領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

1.1 設(shè)計(jì)階段

在當(dāng)今的建筑中，設(shè)計(jì)的外型越來越多樣，中規(guī)中矩的建筑逐漸退出了我們的視野，主要以造型復(fù)雜以及異性曲面的建筑形式為主。在設(shè)計(jì)階段，建筑師通過有限的想象力，設(shè)計(jì)出外型如此復(fù)雜多樣的建筑，對(duì)他們來說是極大地挑戰(zhàn)。與此同時(shí)在現(xiàn)如今的建筑效果展示方式中只能是通過多個(gè)角度的建模或沙盤來展示，但依然不能將完整的建筑信息展示出來，這樣就會(huì)給設(shè)計(jì)造成影響，甚至影響工程造價(jià)。若能在BIM技術(shù)建模過程中引入VR技術(shù)，就可以全方位的對(duì)建筑模型進(jìn)行分析，避免出現(xiàn)建筑信息展示不全而造成的設(shè)計(jì)問題。在建筑設(shè)計(jì)完成以后，可以通過VR，來模擬火災(zāi)，地震等災(zāi)害，在VR場(chǎng)景中進(jìn)行模擬自救演練，一定程度上檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的建筑在碰到突發(fā)情況下的逃生路線設(shè)計(jì)是否合理。

1.2 施工階段

建筑施工技術(shù)是一項(xiàng)復(fù)雜的實(shí)踐工程，每一種工程還包括了很多道工序。工序中選擇不同方法器械導(dǎo)致最后的結(jié)果也不同，所以在施工技術(shù)的實(shí)際操作前，可以利用VR技術(shù)+BIM的手段進(jìn)行仿真模擬，從最后的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)施工中可能出現(xiàn)的問題，找到最優(yōu)解決方案[6]。VR技術(shù)構(gòu)建虛擬體驗(yàn)場(chǎng)景，在施工前建筑工人就可以通過VR設(shè)備模擬施工過程，對(duì)建筑中的重難點(diǎn)進(jìn)行提前預(yù)知，在體驗(yàn)的過程中還可以對(duì)圖紙中存在的疑問進(jìn)行有效反饋，這樣就達(dá)到了提高生產(chǎn)效率和降低建造成本的目的。BIM模型具有可視化、空間化，在使用過程中需要充分的發(fā)揮該優(yōu)勢(shì)，有效的進(jìn)行復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的可視化三維交底，并且結(jié)合VR體驗(yàn)設(shè)備，從而使得整個(gè)過程變得更加真實(shí)，提高人們的真實(shí)感，對(duì)于施工人員能夠起到更好的輔助效果，更好的保障施工質(zhì)量。

1.3 樣板間階段

隨著VR技術(shù)的誕生，將結(jié)束購(gòu)房者必須親臨賣房中心看樣品房的現(xiàn)狀，客戶只需通過虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)設(shè)備即可實(shí)際感知各地房源，在有限的空間內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)提前感受生活在其中的感覺。同時(shí)對(duì)于開發(fā)商來說，VR技術(shù)打破了傳統(tǒng)的地產(chǎn)營(yíng)銷方式，這極大地節(jié)約了客戶與開發(fā)商的成本。萬科、綠地、碧桂園等開發(fā)商，已將VR技術(shù)運(yùn)用在項(xiàng)目中作為售樓處的體驗(yàn)產(chǎn)品。根據(jù)高盛的研究報(bào)告，2020年歐美市場(chǎng)房地產(chǎn)VR的市場(chǎng)規(guī)模在8億美元，預(yù)計(jì)2025年為26億美元。而背靠中國(guó)巨大的房地產(chǎn)市場(chǎng)，相信市場(chǎng)規(guī)模應(yīng)該更大[7]。

2 BIM技術(shù)與VR技術(shù)的結(jié)合方法

2.1 BIM技術(shù)與VR技術(shù)通過3D Max，720云的結(jié)合

首先運(yùn)用Autodesk Revit建模軟件創(chuàng)建施工現(xiàn)場(chǎng)的模型，將建筑、結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地布置模型、安全文明施工設(shè)施模型、綠化模型等全部放入一個(gè)場(chǎng)景，同時(shí)在Autodesk Revit建模軟件中將有貼圖的部分設(shè)置為不同材質(zhì)，且在材質(zhì)屬性中調(diào)出紋理編輯器，將其中的樣例尺寸設(shè)置與構(gòu)件實(shí)際尺寸相同，便于后期貼圖[8]。然后將Revit模型導(dǎo)出為FBX格式，再將其導(dǎo)入3D Max。在3D Max中，為模型加入燈光信息，然后打上攝像機(jī)，在渲染設(shè)置中將圖像縱橫比設(shè)置成2，同時(shí)攝像機(jī)設(shè)置成球形，并且覆蓋視野為360，最后進(jìn)行渲染出圖。

渲染出的靜態(tài)圖，可作為設(shè)計(jì)的成果展示。渲染的360圖，用720云進(jìn)行制作，在720云中設(shè)置開啟陀螺儀并制作，然后帶上VR眼鏡即可進(jìn)行觀看。其在720云中制作的成品見圖1。若需要多個(gè)場(chǎng)景的轉(zhuǎn)化，則在渲染出圖的過程中多渲染幾個(gè)場(chǎng)景，之后通過720云網(wǎng)站設(shè)置不同場(chǎng)景切換的鏈接及特效。

此方法能夠在一定的程度上實(shí)現(xiàn)BIM模型與VR的結(jié)合，由于該方法在VR場(chǎng)景中所看到的物品是圖片轉(zhuǎn)換得來的，并不是單獨(dú)的模型，故而看到的東西不能進(jìn)行操作，若需要進(jìn)行復(fù)雜困難的管線綜合，使施工人員在VR場(chǎng)景中進(jìn)行操作，模擬火災(zāi)，地震等災(zāi)害，在VR場(chǎng)景中進(jìn)行模擬演練等均為不可行。

2.2 BIM技術(shù)與VR技術(shù)通過UE4的結(jié)合

UE4虛幻引擎已經(jīng)開源有幾個(gè)年頭了，因?yàn)槠鋬?yōu)秀的畫質(zhì)所以在其開源后占據(jù)游戲/室內(nèi)VR等領(lǐng)域的地位。自1998年正式誕生至今，經(jīng)過不斷的發(fā)展，虛幻引擎已經(jīng)成為整個(gè)游戲界運(yùn)用范圍最廣，整體運(yùn)用程度最高，次世代畫面標(biāo)準(zhǔn)最高的一款游戲引擎。其渲染效果強(qiáng)大以及采用pbr物理材質(zhì)系統(tǒng)，所以它的實(shí)時(shí)渲染的效果做好了，可以達(dá)到類似vray靜幀的效果，是開發(fā)者最喜愛的引擎之一。

首先用Autodesk Revit建模軟件創(chuàng)建施工現(xiàn)場(chǎng)的模型，將建筑、結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地布置模型、安全文明施工設(shè)施模型、綠化模型等導(dǎo)出為FBX文件。其中后綴名為.Fbm文件夾攜帶著模型的各種貼圖信息，后綴名為.fbx文件即為模型文件，攜帶著模型的各種尺寸信息。將攜帶著建筑信息的FBX文件導(dǎo)入U(xiǎn)E4，如果能夠直接使用這個(gè)模型，那么就可以在UE4中進(jìn)行操作。然而這樣導(dǎo)入的模型，在UE4中為一個(gè)整體的box，既不能為其中的任意一個(gè)東西賦予材質(zhì)，也不能為其中的東西做修改，同時(shí)，由于Revit中建的模型面數(shù)過多，導(dǎo)入之后由于硬件的原因，對(duì)于比較大的建筑模型，導(dǎo)入之后電腦太卡，對(duì)電腦有極高的要求。

2.3 BIM技術(shù)與VR技術(shù)通過UE4，3D Max的結(jié)合

將Revit模型導(dǎo)入3D Max，然后用3D Max的模型導(dǎo)入U(xiǎn)E4中。首先將Revit模型導(dǎo)出為FBX格式，然后在3D Max中導(dǎo)入，導(dǎo)入結(jié)果見圖2。

在3D Max中，通過選中構(gòu)件，右鍵，隔離選中對(duì)象將模型的各個(gè)部位分別隔離出來，然后單獨(dú)導(dǎo)出為FBX文件，隔離效果如圖3所示。

最后在UE4中進(jìn)行合成組合，重新組成為一個(gè)房間。很多個(gè)房間組合在一起即為一個(gè)樓層，很多個(gè)樓層組合在一起，即為一棟樓的模型。在理想中可以這么實(shí)現(xiàn)一棟樓的建模，但是由于設(shè)備的原因，一個(gè)模型的面數(shù)達(dá)到一定的時(shí)候，電腦就會(huì)產(chǎn)生卡頓,這也是目前限制研究的原因之一。

2.4 三種BIM技術(shù)與VR技術(shù)結(jié)合方法的比較

鑒于上述表述，將三種BIM技術(shù)與VR技術(shù)結(jié)合的方式進(jìn)行比較，見表1。通過表1比較三種BIM技術(shù)與VR技術(shù)結(jié)合方法可知，根據(jù)工程實(shí)際，選擇三種結(jié)合方法均可，但若想做到及時(shí)修改模型及參數(shù)，通過UE4，3D Max結(jié)合的方法更適合于BIM技術(shù)與VR技術(shù)結(jié)合，建議按照這種結(jié)合方法在建筑工程中進(jìn)行推廣。

表1 三種結(jié)合方法的比較

3 結(jié)語

通過上述研究表明，BIM技術(shù)與VR技術(shù)的結(jié)合是我國(guó)建筑業(yè)發(fā)展的方向，這兩種技術(shù)的結(jié)合不能僅僅限于形式上的結(jié)合，更重要的是通過一些其他的工具實(shí)現(xiàn)兩種技術(shù)真正意義上的結(jié)合，本文總結(jié)了BIM技術(shù)與VR技術(shù)相結(jié)合在建筑工程中的設(shè)計(jì)階段、施工階段和樣板間階段的優(yōu)勢(shì)，并提出了三種結(jié)合方式：通過3D Max，720云的結(jié)合，通過UE4的結(jié)合，通過UE4，3D Max的結(jié)合，通過對(duì)比分析，提出BIM技術(shù)與VR技術(shù)相結(jié)合的最佳方法。研究成果可以為建筑工程中BIM技術(shù)與VR技術(shù)相結(jié)合提供一定的參考依據(jù)。