基于“BIM+VR”的建筑智能化設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用研究

秦彬

（中鐵房地產(chǎn)集團(tuán)設(shè)計(jì)咨詢有限公司）

1 引言

數(shù)字信息時(shí)代，傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域需要加快改革創(chuàng)新步伐，去解決信息表達(dá)錯(cuò)誤、閱讀理解偏差、理論與實(shí)際脫節(jié)等方面的問(wèn)題，智能化是建筑設(shè)計(jì)的重要發(fā)展方向，雖然BIM技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)具備了一定的基礎(chǔ)，但是還存在著可視化表達(dá)不足的突出矛盾，而VR技術(shù)的發(fā)展正好可以解決這一問(wèn)題，不過(guò)受市場(chǎng)因素、軟件因素、成本因素的影響，智能化設(shè)計(jì)技術(shù)推廣應(yīng)用緩慢，需要加強(qiáng)分析討論，積極將理論研究成果轉(zhuǎn)化為成功的實(shí)踐案例。

2 基于“BIM+VR”的建筑智能化設(shè)計(jì)平臺(tái)搭建

2.1 智能化設(shè)計(jì)一般流程

伴隨著B(niǎo)IM技術(shù)和VR技術(shù)的不斷成熟，越來(lái)越多的軟件得以開(kāi)發(fā)應(yīng)用，現(xiàn)階段，基于“BIM+VR”的智能化設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用平臺(tái)也逐漸增多，但是在應(yīng)用優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用范圍等方面各不相同，常見(jiàn)的如Modelo、Mars、enscape、720全景、Fuzor，等等，其中，Modelo充分利用了輕量化表達(dá)方式，在上傳模型后，能夠快速傳輸?shù)皆贫耍瑢?shí)現(xiàn)共享，Mars擁有比較完善的材質(zhì)庫(kù)，具有能夠比擬真實(shí)物理狀態(tài)的優(yōu)勢(shì)，可以從第一視角體驗(yàn)建筑空間，以這兩種軟件應(yīng)用平臺(tái)為基礎(chǔ)進(jìn)行建筑智能化設(shè)計(jì)。BIM技術(shù)在建筑行業(yè)已經(jīng)在不同方面獲得了應(yīng)用效果，通過(guò)與VR技術(shù)的融合，能夠充分利用VR引擎技術(shù)承載BIM數(shù)據(jù)和模型，可以形成更加貼合現(xiàn)實(shí)的可視化設(shè)計(jì)方法，有效的提升了BIM模型的各種應(yīng)用能力[1]。

2.2 智能化設(shè)計(jì)表達(dá)方式

基于“BIM+VR”的建筑智能化設(shè)計(jì)成果表達(dá)可以在PC端、移動(dòng)端、高逼真全景VR、交互式全息投影等設(shè)備設(shè)施進(jìn)行體驗(yàn)。其中，PC端體驗(yàn)方式需要依賴電腦、VR眼鏡、VR軟件才能實(shí)現(xiàn)，主要應(yīng)用在VR體驗(yàn)館，具有代入感強(qiáng)、漫游體驗(yàn)全面、模型兼容度高等優(yōu)點(diǎn)，移動(dòng)端體驗(yàn)方式就要使用移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行連接，主要用于局部精裝VR體驗(yàn)，對(duì)全景圖片的精細(xì)度依賴較大，如果精細(xì)度越高，那么呈現(xiàn)的效果就越逼真，高逼真全景VR表達(dá)方式需要用到的設(shè)備主要有移動(dòng)設(shè)備和暴風(fēng)魔鏡，該方式與移動(dòng)端體驗(yàn)相似，體驗(yàn)效果取決于全景圖片質(zhì)量，交互式全息投影主要利用了全息投影硬件設(shè)備的性能，可以利用手勢(shì)動(dòng)作操控三維影像，科技感十足，能夠發(fā)揮良好的輔助展示作用。隨著時(shí)代的發(fā)展，基于“BIM+VR”的建筑智能化設(shè)計(jì)將會(huì)朝著深度體驗(yàn)、精準(zhǔn)操控、視覺(jué)真實(shí)等方向發(fā)展，應(yīng)用范圍也將會(huì)越來(lái)越廣。

3 基于“BIM+VR”的建筑智能化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用過(guò)程

3.1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，數(shù)據(jù)收集

首先，了解項(xiàng)目概況，明確設(shè)計(jì)背景和設(shè)計(jì)理念，根據(jù)設(shè)計(jì)訴求，積極進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)考察，從建筑、結(jié)構(gòu)、電氣、暖通、給排水、環(huán)境等各個(gè)方面出發(fā)，找到主要影響因素，并且對(duì)潛在客戶群體的住房需求、功能要求、生活特點(diǎn)進(jìn)行了解，認(rèn)真核對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對(duì)存在缺陷的地方進(jìn)行補(bǔ)充完善，能夠?yàn)楹罄m(xù)的科學(xué)決策提供必要支撐[2]。

3.2 場(chǎng)景搭建，數(shù)字建模

搭建虛擬場(chǎng)景，對(duì)主要參數(shù)值進(jìn)行設(shè)置，然后進(jìn)行數(shù)字建模，主要工作包括建模、編輯材質(zhì)、匹配樹(shù)木、放置家具等，從滿足基本建筑功能開(kāi)始，逐步進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，添加相關(guān)元素，將模型導(dǎo)出為FBX格式，在建模過(guò)程中，需要注意一些細(xì)節(jié)問(wèn)題，比如，命名方式要標(biāo)準(zhǔn)，單位設(shè)置要統(tǒng)一。在構(gòu)建白模時(shí)，主要考慮的是建筑的空間和形體，以及場(chǎng)地與建筑之間比例、大小等方面的設(shè)計(jì)問(wèn)題，完成白模構(gòu)建之后，需要進(jìn)行材質(zhì)編輯，逐步增加場(chǎng)地和建筑材質(zhì)，包括街道、木材、水等，需要提升空間的質(zhì)感和尺度，然后在VR場(chǎng)景中添加配景，并對(duì)內(nèi)部家具進(jìn)行擺放，同時(shí)對(duì)一些具體指標(biāo)和數(shù)據(jù)信息補(bǔ)充優(yōu)化。

3.3 可視化交互協(xié)同設(shè)計(jì)

在建筑智能化設(shè)計(jì)時(shí)，可以選擇鳥(niǎo)瞰模式、人視點(diǎn)模式進(jìn)行自由漫游和多維度體驗(yàn)，也可以設(shè)計(jì)流線實(shí)現(xiàn)虛擬漫游，在漫游過(guò)程中，可以把有異議的地方標(biāo)注出來(lái)，并及時(shí)與相關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行交流溝通，無(wú)論是其他專業(yè)設(shè)計(jì)人員，還是客戶，都可以參與到建筑智能化設(shè)計(jì)過(guò)程中，大大提高了參與感，能夠以最直接的方式就關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行探討。在設(shè)計(jì)初步完成后，可以通過(guò)Modelo將模型分享到手持客戶端，為了減小模型大小和緩存速度，可以在導(dǎo)入前盡可能清除多余的點(diǎn)線面元素，通過(guò)分享的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)更大范圍的體驗(yàn)設(shè)計(jì)，廣泛收集意見(jiàn)建議，對(duì)已有建筑設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。最后將全專業(yè)模型導(dǎo)入到Mars軟件平臺(tái)中進(jìn)行匯總，開(kāi)始碰撞檢測(cè)，在VR技術(shù)的支持下，碰撞檢測(cè)可視化效果大大提升，能夠讓不同專業(yè)設(shè)計(jì)集中在一個(gè)協(xié)同顯示與設(shè)計(jì)平臺(tái)上，讓相關(guān)人員能夠簡(jiǎn)單明了的查看到問(wèn)題所在，并針對(duì)解決方案進(jìn)行全面討論[3]。

3.4 設(shè)計(jì)成果輸出與表達(dá)

在建筑設(shè)計(jì)和虛擬建造之后，可以將設(shè)計(jì)成果在公眾號(hào)、網(wǎng)站等渠道同步推出，根據(jù)各種子系統(tǒng)，針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)施工工藝，抽取相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)文件，可以設(shè)計(jì)出更加符合實(shí)際需求的VR交互流程。創(chuàng)建可視化平臺(tái)，幫助技術(shù)人員、管理人員、施工人員對(duì)圖紙內(nèi)容進(jìn)行消化吸收，更好的進(jìn)行施工質(zhì)量把控，利用VR技術(shù)建立虛擬體驗(yàn)場(chǎng)景，通過(guò)穿戴相關(guān)設(shè)備，可以針對(duì)施工安全事故進(jìn)行體驗(yàn)和培訓(xùn)，讓人們直觀的感受到安全施工的重要性。建筑設(shè)計(jì)完成之后，可以通過(guò)Mars插件將Sketchup模型導(dǎo)出到Revit中進(jìn)行深層次加工檢查，導(dǎo)出施工最終所需要的各種平面、立面、剖面圖紙。

4 基于“BIM+VR”的建筑智能化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用研究

4.1 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

基于“BIM+VR”的建筑智能化設(shè)計(jì)方法能夠提供多維度建筑時(shí)空?qǐng)鼍绑w驗(yàn)，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比，擁有顯著的優(yōu)勢(shì)，使產(chǎn)品體驗(yàn)過(guò)程更加豐富多彩，在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員的思想和體驗(yàn)是受限的，不能夠完全體會(huì)到特殊人群、特殊環(huán)境的設(shè)計(jì)需求，通過(guò)智能化設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，就可以有效解決這一難題，能夠給設(shè)計(jì)人員提供一個(gè)深度沉浸式體驗(yàn)的機(jī)會(huì)。以往的建筑設(shè)計(jì)更加注重結(jié)果，而現(xiàn)在的建筑設(shè)計(jì)越來(lái)越關(guān)注過(guò)程，需要從策劃、設(shè)計(jì)、施工等全方面進(jìn)行考慮，基于“BIM+VR”的智能化設(shè)計(jì)方法非常注重過(guò)程性設(shè)計(jì)，在前期調(diào)研階段，需要積極收集各種數(shù)據(jù)信息，并讓更多相關(guān)人員參與進(jìn)來(lái)，可以從甲方需求、住戶要求、功能實(shí)現(xiàn)、美學(xué)角度等方面進(jìn)行交互設(shè)計(jì)，不斷優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，非設(shè)計(jì)人員的參與度和話語(yǔ)權(quán)大大提升，有利于真正實(shí)現(xiàn)以人為本的設(shè)計(jì)理念[4]。

4.2 設(shè)計(jì)變革

基于“BIM+VR”的智能化建筑設(shè)計(jì)方法應(yīng)用必然會(huì)加快傳統(tǒng)設(shè)計(jì)行業(yè)的變革，首先是思維方式的轉(zhuǎn)變，需要培養(yǎng)全局化、全生命周期的設(shè)計(jì)思維，充分考慮建筑設(shè)計(jì)本身的同時(shí)，需要從環(huán)境、材質(zhì)、家具等多方面進(jìn)行綜合考量，將設(shè)計(jì)前期、初步設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)有效銜接，讓建筑設(shè)計(jì)過(guò)程更加完整。其次是設(shè)計(jì)工具的轉(zhuǎn)變，“BIM+VR”是基于現(xiàn)在、面向未來(lái)而開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件，可以實(shí)現(xiàn)更好的智能化效果、更廣泛的軟件協(xié)同、更多元的表達(dá)方式。最后是工作流程的轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作需要從建筑設(shè)計(jì)開(kāi)始擴(kuò)大到不同專業(yè)，當(dāng)所有設(shè)計(jì)圖紙組合到一塊時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)沖突的情況，需要進(jìn)行反復(fù)的修改，而在智能化設(shè)計(jì)環(huán)境下，有效規(guī)避了這一問(wèn)題，形成了多線程的工作流程，有效減少了設(shè)計(jì)變更的次數(shù)，“BIM+VR”的智能化設(shè)計(jì)方法將協(xié)同設(shè)計(jì)和深化設(shè)計(jì)淋漓盡致的展現(xiàn)，能夠更好地與新型信息技術(shù)相對(duì)接。

4.3 存在問(wèn)題

智能化設(shè)計(jì)方法的發(fā)展和應(yīng)用需要一個(gè)過(guò)程，其中會(huì)遇到許多問(wèn)題，從主觀層面上講，由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)工具形成的思維慣性，建筑設(shè)計(jì)行業(yè)變革不會(huì)一蹴而就，需要打破原有利益鏈條，重新塑造設(shè)計(jì)流程和工作方式，許多設(shè)計(jì)院創(chuàng)新動(dòng)力不足，很少愿意采用不熟悉的設(shè)計(jì)方法和流程，那樣可能會(huì)影響設(shè)計(jì)效率、增加時(shí)間成本，而且一些設(shè)計(jì)人員對(duì)智能化設(shè)計(jì)工具存在理解偏差，認(rèn)為VR應(yīng)用華而不實(shí)，存在著炫技的成分，忽略了設(shè)計(jì)本身。從客觀層面上講，基于“BIM+VR”建筑智能化設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用實(shí)踐不成熟，缺乏統(tǒng)一的運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有足夠的成功案例，仍然處于摸索時(shí)期，同時(shí)，協(xié)同設(shè)計(jì)應(yīng)用平臺(tái)不完善，缺少一個(gè)能夠完成所有建模、模擬、體驗(yàn)等功能的協(xié)同設(shè)計(jì)應(yīng)用平臺(tái)，另外，受軟硬件條件制約的影響，投入的成本較高，而且后續(xù)服務(wù)方面跟不上，在基本操作上仍然存在許多問(wèn)題需要解決[5]。

4.4 發(fā)展趨勢(shì)

BIM和VR都是功能非常強(qiáng)大的技術(shù)工具，也是智能化設(shè)計(jì)的重要支撐，作為一種新的設(shè)計(jì)方法，需要在同一個(gè)平臺(tái)中讓相關(guān)人員共同進(jìn)行交互設(shè)計(jì)和問(wèn)題反饋，實(shí)現(xiàn)一種多方平衡的狀態(tài)，這樣能夠減小設(shè)計(jì)誤差、整合設(shè)計(jì)資源，但是，這種方法應(yīng)用依然要以專業(yè)設(shè)計(jì)人員為主，更加關(guān)注設(shè)計(jì)本身，充分發(fā)揮輔助設(shè)計(jì)作用，更加直接的收集數(shù)據(jù)、信息表達(dá)，將設(shè)計(jì)思想從二維平面向三維空間去轉(zhuǎn)變。由于參與建筑設(shè)計(jì)的人員眾多，涉及到的責(zé)任和利益比較復(fù)雜，所以應(yīng)該在智能化設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)置相應(yīng)權(quán)限，將不同深度建筑模型分享給相關(guān)人員，降低設(shè)計(jì)本身的復(fù)雜性。AR技術(shù)能夠在現(xiàn)實(shí)世界中融入虛擬世界，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)互動(dòng)的效果，在“BIM+VR”技術(shù)的基礎(chǔ)上引入AR技術(shù)，可以更加直觀的進(jìn)行交互設(shè)計(jì)和信息體驗(yàn)。人工智能是現(xiàn)代社會(huì)的熱點(diǎn)話題，在不久的將來(lái)，可以將AI技術(shù)引入的建筑智能化設(shè)計(jì)中，通過(guò)實(shí)時(shí)對(duì)話就可以完成復(fù)雜的設(shè)計(jì)工作，這些都是在現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)上進(jìn)行的美好展望[6]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文首先闡述了基于“BIM+VR”的建筑智能化設(shè)計(jì)平臺(tái)搭建，然后分析了該智能化設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用過(guò)程，最后從應(yīng)用優(yōu)勢(shì)、設(shè)計(jì)變革、存在問(wèn)題、發(fā)展趨勢(shì)等方面進(jìn)行了研究。希望能夠起到積極的現(xiàn)實(shí)意義，充分認(rèn)識(shí)BIM和VR結(jié)合運(yùn)用在建筑設(shè)計(jì)方面的必要性，加快應(yīng)用平臺(tái)開(kāi)發(fā)，正確認(rèn)識(shí)發(fā)展過(guò)程中存在的不足之處，找到行之有效的解決辦法，提高技術(shù)應(yīng)用的規(guī)范性和合理性。