VR技術(shù)在BIM數(shù)字平臺的應(yīng)用性研究

楊清舒 韋芳 張思琪

常熟理工學(xué)院商學(xué)院，中國·江蘇 常熟 215500

1 BIM數(shù)字平臺的現(xiàn)狀

1.1 中國BIM數(shù)字平臺的現(xiàn)狀

在中國BIM數(shù)字平臺的發(fā)展是穩(wěn)步前進(jìn)的。繼2017版BIM報(bào)告，《建筑業(yè)企業(yè)BIM應(yīng)用分析暨數(shù)字建筑發(fā)展展望（2018）》以數(shù)據(jù)分析、案例分析的形式，對當(dāng)前建筑業(yè)企業(yè)應(yīng)用BIM的現(xiàn)狀、特點(diǎn)和有關(guān)困擾因素，提出了BIM的發(fā)展思路和對策。在中國建筑企業(yè)BIM應(yīng)用現(xiàn)狀調(diào)查（2019）版中表示，在所有的調(diào)研對象中，應(yīng)用BIM技術(shù)的企業(yè)占比高達(dá)81.47%。2020年，在中國建筑業(yè)協(xié)會主辦的第五屆建設(shè)工程BIM技術(shù)應(yīng)用成果經(jīng)驗(yàn)交流會上發(fā)布的《中國建筑業(yè)BIM應(yīng)用分析報(bào)告（2020）》揭露了無論是使用了BIM還是尚未使用BIM的人，贊成「企業(yè)應(yīng)該使用BIM」的比例都超過70%，其中已經(jīng)使用BIM的人數(shù)占到了87%。由歷年的BIM應(yīng)用分析報(bào)告可以了解BIM數(shù)字平臺在中國的應(yīng)用率以及被大眾的接受度都在不斷提升。

1.2 其他國家BIM數(shù)字平臺的現(xiàn)狀

其他國家BIM發(fā)展現(xiàn)狀以英國為例。2018年12月，ISO19650—1和ISO19650—2兩本標(biāo)準(zhǔn)首次發(fā)布，分別涉及BIM的概念、原則和交付過程。2019年10月，英國BIM聯(lián)盟、英國數(shù)字建筑中心和英國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會共同啟動了英國BIM框架，這個框架對于負(fù)責(zé)交付和管理信息的人來說，是學(xué)習(xí)的第一站。在2019年的報(bào)告中，NBS發(fā)現(xiàn)BIM應(yīng)用的增速有所下降，這可能和英國數(shù)字化建設(shè)中心（CDBB）接替了原來的BIM工作組有關(guān)，也可能因?yàn)槭褂肂IM的人已經(jīng)占了多數(shù)，不過到了2020年，使用BIM的人再度增加，達(dá)到了10年來最高的數(shù)字。由此可見，BIM數(shù)字平臺在如今其他國家的工程建設(shè)行業(yè)也得到了廣泛的關(guān)注與應(yīng)用。

2 傳統(tǒng)BIM數(shù)字平臺

2.1 傳統(tǒng)BIM數(shù)字平臺的概述

BIM數(shù)字平臺是將建筑結(jié)構(gòu)與建模、建筑與實(shí)體映射的模型結(jié)合，以智慧物聯(lián)為基礎(chǔ)，以BIM模型為載體，從建筑物本身、施工工序、資源配置、造價管理等方面，使建筑全壽命周期的所有參與者共享和管理建筑信息，實(shí)現(xiàn)各參與主體的數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化、協(xié)同化管理，有效地提高建筑設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及施工的效率。幫助實(shí)現(xiàn)文件、圖紙、模型和信息的集中管理，更高效地解決跨專業(yè)、跨部門、跨區(qū)域的協(xié)調(diào)問題，實(shí)現(xiàn)建筑在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營維護(hù)等各個過程的數(shù)字化、智能化和在線化。通過BIM數(shù)字平臺可以方便地收集和查看施工現(xiàn)場和實(shí)時數(shù)據(jù)，逐步積累數(shù)據(jù)庫，整合多個項(xiàng)目和地區(qū)的有效數(shù)據(jù)，形成自己的企業(yè)數(shù)據(jù)庫，豐富自己的BIM應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，如圖1、圖2所示。

圖1 傳統(tǒng)BIM數(shù)字平臺首頁

圖2 傳統(tǒng)BIM數(shù)字平臺圖紙查看

2.2 傳統(tǒng)BIM數(shù)字平臺的局限性

2.2.1 修改工序復(fù)雜

傳統(tǒng)BIM數(shù)字平臺中模型的修改基于建模軟件，專業(yè)性較強(qiáng)，不便于業(yè)外人士深入了解，導(dǎo)致甲方與設(shè)計(jì)師在溝通過程中相對比較費(fèi)力。甲方基于現(xiàn)實(shí)需求提出修改意見后由設(shè)計(jì)師理解內(nèi)化并在專業(yè)建模軟件中對模型進(jìn)行修改展示，重新上傳至數(shù)字平臺中再由甲方驗(yàn)收，但甲方由于缺乏建模相關(guān)的專業(yè)知識，無法準(zhǔn)確根據(jù)BIM模型提出修改要求，極大限制了甲方與設(shè)計(jì)師的交流。

2.2.2 缺乏時效性

傳統(tǒng)BIM數(shù)字平臺中僅支持多方參與者在不同移動端查看和研究項(xiàng)目，在現(xiàn)實(shí)中仍需要線下會議或是其他線上溝通方法進(jìn)行交流，不能夠做到實(shí)時有效的溝通。例如設(shè)計(jì)方出成果上傳平臺后，甲方登錄平臺進(jìn)行查看和驗(yàn)收并總結(jié)出修改意見后再反饋到設(shè)計(jì)方，設(shè)計(jì)方依據(jù)反饋意見再次修改圖紙出成果，若是每一步程序依次進(jìn)行，多方反饋意見不同時間上傳到平臺，不僅造成了人工成本的增加與時間資源的浪費(fèi)，而且在此過程中如果有一方出現(xiàn)錯誤將牽連多方步驟修改，阻礙進(jìn)程。

2.2.3 輸出信息傳遞偏差

傳統(tǒng)數(shù)字平臺上通常以一個類似剖面的形式導(dǎo)入模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這個功能會將一部分模型隱藏，然而隱藏部分模型的視角容易造成建筑設(shè)計(jì)中信息的缺失，難以對模型形成整體性的認(rèn)知，也容易造成信息傳遞的偏差。并且在驗(yàn)收展示模型時，多方位角度觀察模型的操作是較為復(fù)雜的，非專業(yè)觀察人員不易找到自己需要的視角，影響了觀察者的觀感。BIM模型的外部展示無法讓觀察者直觀感受到建筑實(shí)際的尺寸大小，缺乏空間尺度感。

3 VR技術(shù)與BIM數(shù)字平臺相結(jié)合

3.1 VR技術(shù)的概述

VR（Virtual Reality）技術(shù)即虛擬現(xiàn)實(shí)，是指借助計(jì)算機(jī)和最新傳感器技術(shù)創(chuàng)造的一種人機(jī)交互手段，被認(rèn)為是現(xiàn)代多媒體應(yīng)用的最高層次。VR技術(shù)融合了先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺、視覺心理學(xué)、視覺立體仿真、數(shù)據(jù)格式、語音識別和合成等多種技術(shù)。

人們佩戴特制的虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴顯示器設(shè)備、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備，似乎置身于一個同時具有視覺、觸覺、聽覺甚至嗅覺的三維感覺世界，實(shí)現(xiàn)了人們在體驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦^程中的沉浸性、互動性、設(shè)計(jì)性。

3.2 VR技術(shù)在BIM數(shù)字平臺的應(yīng)用

3.2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)中設(shè)計(jì)修改

在設(shè)計(jì)階段中，業(yè)主不易把自己的意見和想法融入到設(shè)計(jì)中，信息無法及時反饋，常常因業(yè)主與設(shè)計(jì)師相互錯誤理解而造成交付成品不滿意的問題。為避免此類問題發(fā)生，可在設(shè)計(jì)階段由設(shè)計(jì)方根據(jù)業(yè)主要求制作BIM模型并應(yīng)用VR技術(shù)。通過VR技術(shù)創(chuàng)造一個直觀、具體的模擬展出環(huán)境，業(yè)主可以根據(jù)自己的需求添加和刪除構(gòu)件，并且精確地移動和放置構(gòu)件以達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)效果。還可以調(diào)整采光條件，對比光照對不同設(shè)計(jì)方案的影響，實(shí)時編輯材質(zhì)與更改構(gòu)件位置，并將這些修改反向同步到BIM數(shù)字平臺。設(shè)計(jì)師在數(shù)字平臺中的修改也會同步到BIM模型中，業(yè)主可通過平板、手機(jī)、電腦等多平臺，完成模型查看、構(gòu)件信息查看、對比分析等。由此實(shí)現(xiàn)模型與BIM數(shù)字平臺的雙向?qū)崟r同步，消除了對信息的誤解所造成的各種質(zhì)量危害，減少返工量，提高業(yè)主滿意度，如圖3所示。

圖3 定制化設(shè)計(jì)修改

3.2.2 實(shí)時點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)作

在協(xié)作過程中，將VR技術(shù)與BIM數(shù)字平臺相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)多個參與方與客戶同時在同一個項(xiàng)目的中漫游及討論問題，并創(chuàng)建協(xié)作會話，打破空間上的交流壁壘。在VR模式中，參與方可擁有虛擬化身參觀瀏覽BIM模型，遇到設(shè)計(jì)不合理或不滿足要求的方面，可在軟件提供的聊天窗口中提出自己的修改意見并在虛擬環(huán)境中進(jìn)行標(biāo)記、設(shè)計(jì)和修改，所有參與人員都可以查看并保存最新的模型。在會議結(jié)束以后，還可以將聊天記錄和修改生成報(bào)告，方便整理、記錄、存檔并上傳到BIM數(shù)字平臺進(jìn)行建筑信息的完善與改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了人工成本和時間資源的節(jié)省，有效縮短工期，降低出錯率和返工率，提高項(xiàng)目完成效率。

3.2.3 交互式VR視頻輸出

在成果輸出階段，可以依靠VR技術(shù)進(jìn)行漫游動畫的制作。通過漫游動畫，可以跟蹤和記錄主要人物的行走路徑與相機(jī)的縮放和方向，通過視點(diǎn)動畫，創(chuàng)建和記錄關(guān)鍵幀路徑，再通過關(guān)鍵幀記錄動畫狀態(tài)、場景特效、自定義字幕等。進(jìn)行渲染視頻的輸出，不僅可以更直觀地欣賞到建筑的外觀，還可以體會到建筑真實(shí)的空間感覺，方便企業(yè)的給業(yè)主展示設(shè)計(jì)項(xiàng)目的空間間距，也可以展示施工場地的規(guī)模。用戶可通過網(wǎng)頁、小程序、APP、VR傳感設(shè)備等多終端設(shè)備進(jìn)行BIM數(shù)據(jù)實(shí)時訪問和交互，如圖4所示。

圖4 室內(nèi)設(shè)計(jì)渲染視頻截圖

4 結(jié)語

論文介紹了傳統(tǒng)BIM數(shù)字平臺的設(shè)計(jì)修改專業(yè)性強(qiáng)、協(xié)作溝通成本高、信息傳遞易造成偏差局限性，引入VR技術(shù)與BIM數(shù)字平臺相結(jié)合的概念，闡述了VR技術(shù)對于數(shù)字平臺可以起到實(shí)現(xiàn)實(shí)時點(diǎn)對點(diǎn)的協(xié)作，在虛擬環(huán)境中精確的移動和放置構(gòu)件，輸出空間感更為直觀的VR渲染視頻的作用。相信隨著科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，建筑信息化是未來建筑發(fā)展方向的必然趨勢，VR技術(shù)與BIM的融合將引領(lǐng)建筑領(lǐng)域走向信息化，數(shù)字化和統(tǒng)一化的未來，BIM終將成為土木工程領(lǐng)域高效率增長的引擎，再次煥發(fā)建筑業(yè)的無限活力。