BIM+VR技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用研究

摘 ?要：目前建筑設(shè)計領(lǐng)域已有的設(shè)計方法和計算機輔助設(shè)計技術(shù)在很大程度上提高了工作效率和質(zhì)量，比如BIM技術(shù)在建筑設(shè)計應(yīng)用得較為廣泛，可以利用BIM軟件創(chuàng)建一個虛擬的3D建筑模型，然而對于非專業(yè)人員甚至建筑設(shè)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(shù)和VR技術(shù)的特點，研究這兩種技術(shù)各自的優(yōu)缺點，優(yōu)勢互補，將這兩種技術(shù)結(jié)合到一起，并根據(jù)建筑設(shè)計的流程，設(shè)計一套貫穿建筑設(shè)計全過程的BIM+VR的應(yīng)用模式，解決當前建筑設(shè)計中存在的問題。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);VR技術(shù);建筑設(shè)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(shè)計的現(xiàn)狀及問題

近年來，建筑物越來越高，建筑物的功能及結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，應(yīng)用的新材料和新技術(shù)越來越多，導(dǎo)致工程復(fù)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(shù)，實現(xiàn)對建筑工程全生命周期信息的全面管理。

目前建筑設(shè)計領(lǐng)域已有的設(shè)計方法和計算機輔助設(shè)計技術(shù)雖然在很大程度上提高了工作效率和質(zhì)量，但依然存在以下的問題：首先，傳統(tǒng)的3D技術(shù)可以設(shè)計出建筑物的3D模型，但由于缺乏專業(yè)的數(shù)據(jù)體現(xiàn)和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，經(jīng)過反復(fù)修改的模型還有可能存在錯誤;其次，視覺表達不足，傳統(tǒng)的3D技術(shù)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(yè)人員不能全面直觀地感受設(shè)計效果，造成“所見非所得”的情況發(fā)生。

2 ?BIM+VR的技術(shù)優(yōu)勢

“BIM”即“Building Information Modeling”，中文為“建筑信息模型”，BIM技術(shù)是一項應(yīng)用于建筑全生命周期的3D數(shù)字化技術(shù)，它以一個貫穿其生命周期通用的數(shù)據(jù)格式，創(chuàng)建、收集建筑所有相關(guān)的信息，并建立信息協(xié)調(diào)的信息化模型作為項目決策的基礎(chǔ)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(yè)人員不能直觀全面地認識和理解建筑師的設(shè)計意圖，僅通過三維圖像和動畫很可能會導(dǎo)致“所見非所得”。

“VR”中文為“虛擬現(xiàn)實”，是一種依靠計算機技術(shù)，通過在虛擬背景或環(huán)境下創(chuàng)造可交互的三維動態(tài)效果，讓參與者在虛擬現(xiàn)實中體驗并實時互動的技術(shù)。參與者通過佩戴VR硬件設(shè)備，即可探索虛擬建筑模型的內(nèi)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(fā)展。在建筑設(shè)計領(lǐng)域，VR技術(shù)的引入在設(shè)計師和甲方之間建立起了一架橋梁。

BIM與VR的結(jié)合實現(xiàn)了優(yōu)勢互補，對于設(shè)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(shè)計的靈活性;對于用戶或業(yè)主方來說，VR技術(shù)可以使他們更加直觀地感受建筑設(shè)計的效果，提高與行業(yè)工作人員的溝通效率。另外，BIM+VR技術(shù)的應(yīng)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(yè)的發(fā)展。

3 ?國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)

隨著BIM技術(shù)及VR技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已逐漸成為可視化技術(shù)的一種重要表達方式，如仿真模擬、三維游戲和工業(yè)設(shè)計等，國內(nèi)外建筑設(shè)計企業(yè)也逐漸開始進行BIM+VR技術(shù)應(yīng)用的研究[2]。

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

（2）國外研究現(xiàn)狀。國外的研究更側(cè)重于設(shè)計工具與設(shè)計思維的挖掘。Mikael提出讓沉浸式可視化成為當前建筑設(shè)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(xiàn)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(jié)合方式，以及通過技術(shù)優(yōu)化來實現(xiàn)BIM模型實時渲染。Westerdahl等人通過調(diào)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(fā)現(xiàn)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(tài)[4]。

4 ?BIM+VR在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

（1）BIM+VR以3D數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)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(shù)據(jù);實體模型除了具有三維幾何形狀信息，還包含很多其它數(shù)據(jù)信息，如建筑物某處用料的種類、型號，建筑構(gòu)件的相關(guān)數(shù)據(jù)，構(gòu)件之間的空間關(guān)系等。這些數(shù)據(jù)可以用來模擬現(xiàn)實世界的行為。

（2）項目方案討論階段，因傳統(tǒng)3D技術(shù)在實體模型和數(shù)據(jù)上的表達不足，忽視各個專業(yè)協(xié)調(diào)溝通，很容易產(chǎn)生沖突問題。在BIM+VR的沉浸式虛擬環(huán)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(xié)商優(yōu)化設(shè)計方案，以協(xié)同的理念完善建筑的設(shè)計，為設(shè)計效果和質(zhì)量提供保障。

（3）建筑方案設(shè)計階段，方案設(shè)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(yè)部門之間使用的軟件不一樣，會造成溝通上的困難。傳統(tǒng)的做法是各不同部門根據(jù)建筑專業(yè)的CAD圖紙再繪制出自己專業(yè)的圖紙。這樣勢必會產(chǎn)生大量重復(fù)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(shù)的加入使設(shè)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(shù)據(jù)變動具有聯(lián)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(dǎo)致的問題。用戶體驗后，將自己的親身感受反饋給設(shè)計人員，從而使設(shè)計人員更有效地對建筑模型進行修改完善，實現(xiàn)用戶的“所見即所得”。

（4）網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計。這是利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及信息技術(shù)共同完成工程項目設(shè)計的新手段，它可以使不同地理位置、不同的各方人員，如設(shè)計師、客戶、業(yè)主和施工人員等共同參與到項目的討論及設(shè)計中，多方的共同參與有利于發(fā)現(xiàn)設(shè)計模型的不足或錯誤。另外，協(xié)同設(shè)計有利于加快項目設(shè)計的進度，提高設(shè)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(shè)計過程中涉及到很多不同領(lǐng)域的知識，比如需要對建筑環(huán)境進行調(diào)研，需要建筑功能需求信息，需要專業(yè)人員進行建筑設(shè)計、虛擬場景搭建、沉浸式交互設(shè)計等，因此，必須將熟悉不同領(lǐng)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(shè)計周期變長和成本升高的風(fēng)險。通過BIM+VR的應(yīng)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(yōu)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(jié) ?論

總地來說，伴隨計算機技術(shù)的日益發(fā)展，BIM技術(shù)以及VR技術(shù)日趨成熟，通過BIM+VR技術(shù)的應(yīng)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(shè)計的展示效果，提高行業(yè)工作人員的溝通效率。我國發(fā)布的《2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》（住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2016）中將BIM列為五大信息技術(shù)之首，并積極推進建筑業(yè)與虛擬現(xiàn)實、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)的密切合作。這充分說明“BIM+VR”模式已受到建筑行業(yè)的極大關(guān)注，并積極推進兩者之間的合作，使兩者優(yōu)勢互補，促進建筑行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

[1] 譚勝，王劍賓，吳漣，等.BIM+VR技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)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(shù)在杭州東站中的應(yīng)用 [J].土木建筑工程信息技術(shù)，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(xié)同設(shè)計新方法 [A].中國圖學(xué)學(xué)會BIM專業(yè)委員會.第二屆全國BIM學(xué)術(shù)會議論文集 [C].中國圖學(xué)學(xué)會BIM專業(yè)委員會.中國廣東廣州：中國建筑工業(yè)出版社數(shù)字出版中心，2016：139-145.

[4] 郭文強.基于“BIM+VR”的建筑可視化設(shè)計方法及應(yīng)用研究 [D].北京：北京交通大學(xué)，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(yīng)用。