BIM的機(jī)電安裝施工模擬及分析

常熟理工學(xué)院商學(xué)院 楊 睿 韋 芳 徐文雅

建筑內(nèi)部機(jī)電系統(tǒng)不論是結(jié)構(gòu)還是樣式日趨復(fù)雜，這就對(duì)設(shè)計(jì)，施工和管理提出了更高的要求。工程項(xiàng)目全生命周期中最重要的階段是施工階段，施工交底的不明確，會(huì)導(dǎo)致施工過(guò)程中安全事故的發(fā)生，因此貫徹施工交底就顯得尤為重要。BIM技術(shù)擁有巨大的優(yōu)勢(shì)，將BIM技術(shù)與工程項(xiàng)目相結(jié)合，可以預(yù)見(jiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)化施工方案，明確技術(shù)交底，提高施工人員的安全意識(shí)，促進(jìn)施工安全有序進(jìn)行。

BIM數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)著三維信息，但是傳統(tǒng)的三維展示技術(shù)，不能真實(shí)地傳達(dá)這些信息?？梢暬摂M仿真技術(shù)的出現(xiàn)恰好給這一問(wèn)題提供了很好的解決途徑，它把傳統(tǒng)的平面單項(xiàng)交底模式轉(zhuǎn)變?yōu)榻换ナ襟w驗(yàn)?zāi)Ｊ剑梢宰屖┕と藛T沉浸式在虛擬施工現(xiàn)場(chǎng)，在VR環(huán)境中能夠更細(xì)致的觀察到施工工藝細(xì)節(jié)，并且通過(guò)交互體驗(yàn)，能夠加深施工人員的施工印象，還可以發(fā)現(xiàn)隱藏的問(wèn)題和潛在的風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)修正和預(yù)防。通過(guò)VDP制作施工動(dòng)畫(huà)，實(shí)現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實(shí)的連接，該技術(shù)核心是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的交互式工程管理實(shí)驗(yàn)臺(tái)。

1 VDP虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)平臺(tái)基本概念

1.1 VDP動(dòng)畫(huà)制作概念

虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)平臺(tái)（Virtual reality Design Platform，簡(jiǎn)稱VDP）是施工技術(shù)交底的有效方法，通過(guò)制作施工動(dòng)畫(huà)視頻進(jìn)行施工技術(shù)交底，不論是在施工階段的施工工藝傳達(dá)還是設(shè)計(jì)階段的方案決策都能發(fā)揮強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。

（1）施工動(dòng)畫(huà)模擬的共享性。在VDP中上傳ZSW文件，將各個(gè)專業(yè)系統(tǒng)的模型整合到一起，利用VDP中的動(dòng)畫(huà)制作和交互功能制作出施工動(dòng)畫(huà)模擬，之后上傳全景圖并進(jìn)行二次編輯，最后導(dǎo)出二維碼圖進(jìn)行技術(shù)交底分享，也可以利用其它設(shè)備進(jìn)行觀看，如VR眼鏡和蛋椅。

（2）施工動(dòng)畫(huà)模擬的沉浸式。使用者通過(guò)硬件設(shè)備在虛擬空間中體驗(yàn)各種場(chǎng)景，并通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等各個(gè)感官系統(tǒng)進(jìn)行逼真的體驗(yàn)。讓施工人員沉浸在虛擬的施工現(xiàn)場(chǎng)中，從而讓作業(yè)人員快速學(xué)習(xí)和鞏固施工工藝。

1.2 VDP全景圖的概念

VDP全景圖是為方便分享與觀看說(shuō)設(shè)計(jì)的功能塊，主要功能是施工工藝的解釋說(shuō)明與分享。本課題就充分利用了“全景圖”能夠快速分享施工動(dòng)畫(huà)，從而將每個(gè)二維碼放在施工現(xiàn)場(chǎng)中，不僅方便技術(shù)人員的交底而且便于被交底人的學(xué)習(xí)與理解。

（1）獨(dú)立空間性。在模型繪制的過(guò)程中通過(guò)對(duì)各個(gè)專業(yè)進(jìn)行分類(lèi)，且在Revit設(shè)計(jì)選項(xiàng)中為各專業(yè)模型建立獨(dú)立空間，互不干擾，互相不能選中。

（2）協(xié)同共享性。Revit設(shè)計(jì)選項(xiàng)不僅可以讓在共享權(quán)限范圍內(nèi)的用戶查看主模型，而且可以使其他用戶在共享主模型中創(chuàng)建的圖元構(gòu)件作為次選項(xiàng)保存在共享主模型文件中。

2 可視化施工技術(shù)交底技術(shù)難點(diǎn)及原因分析

2.1 施工技術(shù)交底描述不清楚

建筑內(nèi)部機(jī)電系統(tǒng)復(fù)雜化。工程項(xiàng)目日趨復(fù)雜，不論是從結(jié)構(gòu)上還是樣式上，這就對(duì)設(shè)計(jì)、施工和管理提出了更高的要求。

交底內(nèi)容描述不清楚。機(jī)電安裝項(xiàng)目專業(yè)多，不免要?jiǎng)?chuàng)新或者引進(jìn)許多的新工藝，對(duì)新技術(shù)認(rèn)識(shí)的不充分必然會(huì)引起技術(shù)交底的不正確和不清楚，這會(huì)造成嚴(yán)重的返工現(xiàn)象，減慢了施工的進(jìn)度和降低了工程質(zhì)量。

2.2 施工交底信息更新不及時(shí)

傳統(tǒng)機(jī)電安裝施工技術(shù)交底形式是平面的、單向的。對(duì)于紙質(zhì)形式技術(shù)交底，由于一些施工技術(shù)人員語(yǔ)言表達(dá)能力和文字能力有限，從而造成描述不清或者錯(cuò)誤，工人弄不清施工的重點(diǎn)。又由于施工技術(shù)人員技術(shù)術(shù)語(yǔ)不統(tǒng)一，導(dǎo)致施工人員不能正確理解施工技術(shù)工藝，對(duì)于一般的工程問(wèn)題都可能帶來(lái)長(zhǎng)時(shí)間的溝通修改，延誤工期；若是相對(duì)復(fù)雜的工程問(wèn)題，則可能因?yàn)椴荒芗皶r(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，最終形成安全質(zhì)量隱患。

3 技術(shù)難點(diǎn)解決方法

本文以廣聯(lián)達(dá)信息大廈項(xiàng)目為例開(kāi)展研究分析，本項(xiàng)目位于北京市海定區(qū)中關(guān)村軟件園二期。建筑總面積為30504m2。建筑層數(shù)為地上6層，地下2層，建筑主體高度為24m，建筑結(jié)構(gòu)形式為框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震等級(jí)為四級(jí)。

3.1 制作施工動(dòng)畫(huà)

VDP動(dòng)畫(huà)制作功能是可利用VR眼鏡、蛋椅等，讓被交底人沉浸式接受交底信息，在施工技術(shù)交底中起到提高作業(yè)人員作業(yè)水平的作用，加強(qiáng)了被交底人的交底意識(shí)，還方便交底信息的傳達(dá)。因此利用動(dòng)畫(huà)制作對(duì)施工技術(shù)交底，能夠在一定程度上解決交底不清楚的問(wèn)題。

（1）創(chuàng)建施工動(dòng)畫(huà)

機(jī)電專業(yè)繁多，體量龐大，對(duì)電腦的運(yùn)行內(nèi)存要求高，影響動(dòng)畫(huà)的制作速度和質(zhì)量。因此VDP動(dòng)畫(huà)制作，應(yīng)先將其他專業(yè)的模型隱藏，提高電腦的運(yùn)行速度。以廣聯(lián)達(dá)信息大廈VDP暖通施工動(dòng)畫(huà)為例，在進(jìn)行動(dòng)畫(huà)制作時(shí)，先進(jìn)行模型的導(dǎo)入，再找到相關(guān)位置，進(jìn)行交互的賦予并確定每一幀的先后順序，最后進(jìn)行渲染（見(jiàn)圖1）。

圖1 動(dòng)畫(huà)制作

（2）具體操作方法

①處理模型。首先模型處理，針對(duì)大模型，刪除多余模型，將模型分割成多個(gè)文件；之后導(dǎo)出模型，在Revit中導(dǎo)出ZSW格式；最后導(dǎo)入模型，對(duì)于BIM模型，點(diǎn)擊“導(dǎo)入BIM”模型。

②添加效果。首先賦予材質(zhì)，如加貼圖、調(diào)參數(shù)；然后添加燈光和濾鏡。

③賦予交互。創(chuàng)建觸發(fā)物，常為空物體，再為觸發(fā)物添加交互，點(diǎn)擊菜單欄，交互選項(xiàng)實(shí)現(xiàn)，在交互腳本中拖拽影響的構(gòu)件。

④打包上傳。一鍵打包上傳到BIMVR展示端口上，一個(gè)工程首次打包必須點(diǎn)擊一鍵打包上傳，對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的可以先VR(PC)打包，再上傳。

⑤瀏覽場(chǎng)景。在BIMVR中選擇對(duì)應(yīng)案例進(jìn)行瀏覽，對(duì)于有問(wèn)題的部分再返回場(chǎng)景中進(jìn)行編輯優(yōu)化。

3.2 全景圖二次編輯

全景圖是將三維模型、圖片、視頻、音樂(lè)等運(yùn)用廣角手段表現(xiàn)出來(lái)，盡可能的還原周?chē)沫h(huán)境。進(jìn)行360°環(huán)繞瀏覽模型，用于虛擬現(xiàn)實(shí)瀏覽，呈現(xiàn)給瀏覽者。全景圖的輸出首先加載“全景模塊”，然后確定好觀察點(diǎn)位置，生成全景圖并上傳后完成全景圖輸出，之后再進(jìn)行全截圖的二次編輯，導(dǎo)出二維碼，這就解決了動(dòng)畫(huà)分享形式的限制，可以實(shí)現(xiàn)隨處分享，隨處獲取。具體見(jiàn)圖2。

圖2 全景圖二次編輯

（1）創(chuàng)建廣聯(lián)達(dá)信息大廈暖通施工工藝全景圖

全景圖制作出來(lái)后，可進(jìn)行二次編輯，在二次編輯時(shí)可進(jìn)行語(yǔ)音、音樂(lè)、視頻、圖片、文字、特效掛接。提高了動(dòng)畫(huà)的真實(shí)感，之后可直接在手機(jī)上掃碼觀看，也可以利用VR眼鏡觀看。

（2）具體操作方法

①加載全景模塊。在菜單欄中選擇工具—全景模塊安裝，進(jìn)行全景模塊的加載。

②設(shè)置觀察點(diǎn)。在層級(jí)中選擇全景圖節(jié)點(diǎn)，在菜單欄中全景圖——增加觀察點(diǎn)；選中新增的觀察點(diǎn)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)移動(dòng)后到達(dá)理想地點(diǎn)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)確定進(jìn)入全景圖的初始朝向，在觀察點(diǎn)屬性中進(jìn)行全景圖名稱命名，完成觀察點(diǎn)的添加。如需要對(duì)觀察點(diǎn)進(jìn)行效果的優(yōu)化，可拖拽濾鏡相機(jī)到全景圖屬性欄中攝像機(jī)編輯界面；對(duì)全景圖進(jìn)行名稱進(jìn)行命名。

③生成并上傳全景圖。在菜單欄中“全景圖”中點(diǎn)擊“生成全景圖”；生成成功后，在菜單欄中中點(diǎn)擊“上傳”；彈出上傳窗口，點(diǎn)擊“確定”則開(kāi)始上傳全景圖。完成上傳后點(diǎn)擊刷新?tīng)顟B(tài)；點(diǎn)擊“x”鍵關(guān)閉上傳窗口，進(jìn)入VDP主界面，點(diǎn)擊我的云端——我的全景圖庫(kù)；進(jìn)入后耐心等待狀態(tài)為“處理成功”后，點(diǎn)擊二維碼，出現(xiàn)二維碼圖標(biāo)，通過(guò)手機(jī)微信進(jìn)行二維碼掃描，可在手機(jī)端查看制作的全景圖。

④進(jìn)入展視網(wǎng)。賬號(hào)登錄后，進(jìn)入全景工程，點(diǎn)擊編輯，再點(diǎn)擊可視化編輯，進(jìn)行編輯。最后手機(jī)端掃碼進(jìn)入瀏覽。

3.3 施工工藝交底與作業(yè)人員交底意識(shí)的加強(qiáng)

結(jié)合BIM動(dòng)畫(huà)的動(dòng)畫(huà)分析，BIMVR技術(shù)可以避免很多施工過(guò)程中不可預(yù)測(cè)的問(wèn)題，提前進(jìn)行施工模擬，可以讓工人們對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行了解，避免了很多安全事故的發(fā)生，也讓工人更好地展開(kāi)作業(yè)。利用虛擬技術(shù)進(jìn)行沉浸式施工工藝技術(shù)交底，這對(duì)于一些技術(shù)不精湛的施工人員是一大福音，用BIMVR技術(shù)可以快速的進(jìn)行技術(shù)交底，讓施工人員鞏固和學(xué)習(xí)施工技術(shù)知識(shí)，不僅提升了工人的個(gè)人施工能力和對(duì)工藝的理解水平，還大大減少了工程質(zhì)量隱患。

軟件是可視化施工交底的主要工具，是提高技術(shù)交底準(zhǔn)確率的主要前提。本文選擇的VDP虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)平臺(tái)相比于其他施工模擬制作軟件發(fā)展較方便，功能比較全，并且處于動(dòng)畫(huà)制作的發(fā)展階段。因此本文對(duì)技術(shù)交底時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的交底不清楚和施工交底信息更新不及時(shí)的問(wèn)題進(jìn)行了研究，并通過(guò)實(shí)際案例提出了對(duì)“制作動(dòng)畫(huà)”和“全景圖二次編輯”這兩個(gè)問(wèn)題的相應(yīng)解決方法。希望能對(duì)施工交底作業(yè)人員給予幫助，提高工作效率。