基于BIM和虛擬現實技術的建筑工程設計優化

崔小栓

【摘 要】BIM（建筑信息模型）技術是結合虛擬現實、計算機輔助設計和計算機仿真的技術。算法利用三維建模實現施工流程的動態化管理，從而優化施工方案，對保證施工經濟性及科學性具有重要的意義，文章對基于BIM及虛擬現實技術的建筑工程優化進行分析。

【關鍵詞】BIM;虛擬現實技術;建筑工程優化

引言

建筑信息模型或建筑信息管理都是將建筑工程項目中的信息數據作為基礎，創建三維建筑模型，利用數字信息仿真模擬建筑物中的真實信息。其主要優勢就是信息完善性、一致性、可視化、模擬性、協調性等，其在建筑工程項目設計、施工到運營中貫穿，有效使用能夠提高工程的經濟效益。比如，使用BIM技術能夠使建筑工程項目設計效率及質量得到提高，使施工過程中返工率得到降低，從而使施工工期能夠順利的開展，有效節約項目資金。總體來說，BIM（Build-ingInformation Modeling建筑信息模型）技術優勢主要包括三維可視化，可模擬及可出圖。所以，將傳統建筑工程技術中的問題作為基礎，分析BIM技術與虛擬現實技術在建筑工程設計優化中的使用具有重要的現實意義。

1BIM技術和虛擬施工概述

1.1BIM技術概述

目前，國內外對BIM定義各有不同，一般都表示為BIM也就是建筑信息模型，基于三維數字，利用數字式表述建筑物理特征及功能特征，并且使建筑工程項目中的各種信息功能數據模型相互聚集。BIM技術的主要特點就是信息完整性及數據一致性，BIM會通過數字方式保存建筑項目實施過程中的信息，并且使其到同一數據庫中存儲，對信息資源共享和更新的實現是非常有利的;另外，利用BIM能夠使各個數據創建實時聯系，管理人員通過多種方式更改數據，從而提高工作效率，保證工程質量。

1.2虛擬施工概述

虛擬施工是指將計算機技術作為基礎，結合參數化設計、虛擬現實、結構仿真及計算機輔助技術等，從物、財和人等方面實現全真環境的三維模擬，以此生成可控制、無破壞、小耗費及低風險的試驗方法，從而使施工水平得到提高，對施工成本進行控制，避免出現施工事故。在實現虛擬施工過程中具有兩個重要的技術，第一種為施工組織技術，第二種就是碰撞檢測試驗。施工組織技術就是結合施工過程中的施工組織計劃，通過最小投入換得最大經濟效益。在此環節中被劃分成為3個層次，其一，實現施工組織總體設計;其二，實現單位工程施工設計;其三，實現分布工程施工設計。碰撞檢測為實現三維圖像處理過程中的主要問題，一般碰撞檢測算法包括空間分解法及層次包圍盒。此兩種算法是指使整體虛擬空間劃分成為多單元格，要求小單元格體積相同，在進行測算的過程中只需要測試相同單元格及幾何對象。

2BIM技術在建筑工程設計中的應用優勢

2.1信息化功能的提供

BIM技術具備有信息化功能的一個主要原因便是BIM模型能夠為工程設計師提供大量的信息以及數據，而BIM模型的一個最大優勢便是其攜帶的信息非常真實并且安全可靠，由此一來建筑工程設計工作效率便會獲得大幅度提升[1]。如果發現有錯誤的出現，其他相關信息也需要進行修改，此時BIM技術能夠自動展開修改工作，因此通過BIM技術傳遞出來的數據信息具備有非常高的精準性以及真實性，設計師可以放心拿這些數據來進行使用。

2.2可以對圖紙展開修改工作

在任何一項建筑工程中設計工作都是必不可少的一部分，而不管在對任何建筑工程展開設計工作時，都不可避免地會出現要對圖紙進行修改的現象，這是在設計工作中必然會經歷的一種現象，而將BIM技術應用到建筑工程設計中可以使圖紙修改次數得到控制，因為借助BIM技術能夠將原本設計好的圖紙成功地轉化成為設計信息數據[2]。如此一來一旦人們對設計圖紙展開修改，接下來的部分便會實現自動修改，這樣很大程度上提高了設計師的實際工作效率，減少了設計時在對圖紙進行修改工作時遇到的壓力，讓設計師可以有更多的時間來完善圖紙設計，提升建筑工程設計質量

3建筑工程設計優化分析

3.1工程質量控制

工程質量為建筑行業所重視的核心問題，對工程質量造成影響的不確定因素較多，具有較強的隱蔽性。另外，工程質量管理時間周期比較長，屬于動態過程。BIM結合虛擬現實技術能夠有效解決目前工程質量問題，從而使工程質量管理效率得到提高。BIM與虛擬現實技術本身就是數據共享平臺，占據建筑生命全周期的各階段中。其能夠便于計算建筑構件信息及設備信息的工程量、工程造價預估及建筑材料采購及管理。系統實現建筑工程全省民光周期信息及文檔資料的統一管理，變更及時反饋相應專業人員，解決工作職責混亂的問題。從設計到施工過程中的數據信息都會在構件變化過程中實時的更新，工程預算實現造價數據表格，方便工程的調用。

3.2結構構件的自動布置

建筑設計在BIM平臺中是通過三維可視化方式展現的。建筑模型包括具備建筑造型全部構件模型、不同局部做法及各部件精準的關系等。建筑設計模型結構內容為結構設計師重視的內容，基于BIM的建筑模型具備模型構件全部信息，其主要包括構件類別、種類，利用類別信息實現模型是否為墻體、窗戶、門及其他等判斷，種類信息確定模型類型，比如墻體是否為混凝土或者磚。以數據存儲和訪問接口的模型類別信息及種類信息，快速實現門、窗及非承重墻的過濾，實現結構構件的提取。通過信息過濾及判斷的豎向結構構建混凝土柱。每根柱子都具有確定給空間坐標相互對應，所以利用柱子空間坐標能夠對每根柱子空間位置進行確定，使全部柱子都在水平平面中投影，每根柱子投影屬于矩形，選擇矩形中心點作為柱子空間坐標，使三維空間框架梁自動布置轉變到二維平面空間中的空間布局設計[3]。遍歷次梁、框架梁及板中的每個元素，并且實現BIM平臺調用，實現梁和板模型的創建，根據拓撲約束關系及尺寸關系實現全部框架梁模型的設計，將其作為基礎實現次梁模型的生成，最后以建筑面層實現結構樓板模型的生成。

3.3材料用量統計模塊

在建筑模型及結構模型基本完整的背景下，需要的建筑材料為業主最終是的問題。在傳統工作流程中，工程材料使用量都是在完成施工圖之前根據估算及概算指標、經驗實現計算，其結果和實際具有較大的差別[4]。那么可以將三維建筑信息模型作為基礎，創建BIM平臺，對建筑構件物理量數據直接計算。材料統計過程是將完整三維設計模型作為基礎，此模型主要包括建筑工程全部構件，其屬于現實結構部分的模擬，基于三維設計對統計構件類型和統計條目進行確定，之后對全場景模型進行遍歷，將滿足條件模型進行過濾，提取模型屬性信息，寫入到Excel文件中，最終到統計文件中保存。在統計類別界面中的在統計類別選項中能夠選擇需要統計的類別，比如梁、墻、鋼筋等構件。

結束語

總而言之，BIM技術應用到建筑工程設計優化中，能夠使建筑工程整體工作效率得到提高，從而實現不同階段及專業之間的無縫溝通，對整體建筑行業和我國整體發展都具有重要意義。

參考文獻：

[1]明亮.BIM技術在建筑工程設計中的應用分析[J].北方建筑，2018，3（05）：22-25.

[2]蔣愛明，黃蘇.BIM虛擬施工技術在工程管理中的應用[J].施工技術，2014，43（15）：86-89.

[3]劉立軍.BIM技術在建筑工程設計中的優勢及應用探析[J].中國新技術新產品，2017（12）：98-99.

[4]劉志強，黃立鵬.BIM技術在建筑工程設計中的應用[J].工程技術研究，2017（04）：209-210.