虛擬現實下建筑施工進程的BIM系統優化設計

王斌

摘? 要： 為了解決傳統建筑施工進程中BIM系統存在穩定性差，無法針對不同施工階段進行有效控制的問題，提出虛擬現實下建筑施工進程的BIM系統優化設計。系統硬件設計采用虛擬現實技術審核建筑施工進程的數據，軟件設計時，考慮到子系統的連接性，應用SD方程反映BIM優化方案系統結構。在此基礎上，設計虛擬現實可視化虛擬場景用于判斷建筑施工進程潛在質量風險。軟、硬件結合，完成基于虛擬現實的建筑施工進程的BIM系統優設計。實驗結果表明，所提系統穩定性更佳。

關鍵詞： 建筑施工進程; 虛擬現實技術; 系統優化; 系統設計; 虛擬場景設計; 質量風險判斷

中圖分類號： TN911.73?34; TM46? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號： 1004?373X（2020）10?0160?03

Optimization design of BIM system for construction building process in virtual reality

WANG Bin

（Sanjiang University， Nanjing 210012， China）

Abstract： In allusion to the problems that the BIM system of traditional construction building process has poor stability and cannot be controlled effectively for different construction stages， the optimization design of BIM system for the construction building process in the virtual reality is proposed. In the system hardware design， the virtual reality technology is adopted to audit the data of the construction building process. In the system software design， the connectivity of the each subsystem is considered， so the SD equation is used to reflect the system structure of BIM optimization scheme. On this basis， the virtual reality visualization scene is designed to judge the potential quality risk of the construction building process. In combination of the hardware and software， the virtual reality based optimization design of BIM system for construction building process is completed. The experimental results show that the proposed system has better stability.

Keywords： construction building process; virtual reality technology; system optimization; system design; virtual scene design; quality risk judgement

0? 引? 言

隨著計算機技術的不斷發展，虛擬現實技術用一種全新的方式出現在人們的面前。它是通過計算機生成模擬環境，使用戶可以模擬出現實中的世界。虛擬現實技術可以優化BIM方案系統設計，實現施工過程動態模擬的目標[1]。傳統建筑施工進程的BIM系統是對業主前期的策劃進行可行性研究[2]，在將其轉換為施工圖，由施工方按照圖施工，這樣的系統模式無法針對不同階段進行有效的溝通和控制，而且無法實現信息共享。基于傳統方法存在的問題，提出虛擬現實下建筑施工進程的BIM系統優化設計。該系統通過硬件和系統軟件的設計，通過環境模擬，拓寬可視化的范圍，實現虛擬施工。

1? BIM系統優化設計

1.1? 硬件結構設計

在傳統BIM系統的基礎上，設計虛擬現實下建筑施工進程的BIM系統的硬件結構，如圖1所示。

1） 數據可關聯：系統的硬件具備3D模型數據和設計數據以及施工時間信息等關聯整合，它能夠根據設計的要求獲取與線路相關聯的數據，主要包括沿線地質數據和氣象數據等，BIM附加信息格式必須要符合建筑施工數據存儲的標準要求，在初期準備時，可以保證建模數據與傳統設計保持一致，以便于設計師建模[3]。

2） 智能化三維設計：其功能主要確定支柱布置位置坐標和吊弦位置等工作，在施工的過程中需要很多設備，為了提高設計效率，在設計時，要使系統功能具備一定的智能性[4]。

3） 標準化數據接口：它具有良好的數據信息兼容能力等。

4） 參數設計約束：將自定義可量化設計規范標準作為BIM 約束條件，主要包括線路條件和氣象條件相關的集合參數約束，在應用時，要對約束條件進行設計校驗，對設計中不符合規定的部分進行錯誤提示[5]。

5） 動態化設計校驗：該功能充分利用了BIM系統中三維模型和附加信息的優勢對設計進行靜態參數校驗[6]。

6） 線路模型可測量：該功能除了能夠對不規則表面進行測量外，還能根據建筑施工項目的特點進行設計審核[7]。

7） 權限管理：具有確定信息權限、模型權限管理和數據權限管理的能力，另外，還能針對建筑施工進程進行遠程訪問權限管理。

8） 符合標準的數據輸出：將采用二維圖紙設計的建筑工程項目轉換成三維模型，在將其輸入到BIM系統中經過設計校驗和性能分析，得到合格的圖紙[8]。

為了保證所提系統正常運行，設計系統配置，見表1。應用表1配置的系統能夠流暢地進行圖像渲染和遠程監控[9]。

[配置項 配置要求 操作系統 推薦配置：64 bit Microsoft? Windows? 7 with Service Pack 1 or Windows 8.1 or Microsoft Windows 10

CPU型號 推薦配置：Intel? Xeon? E3 or Core i7 or equivalent，

3.0 GHz或更快 內存 推薦配置：16 GB RAM或更高 硬盤 推薦配置：250 GB free disk space or more 顯卡 推薦配置：Microsoft? Direct3D 11? or capable

graphics card or higher 其他 顯示器分辨率：1 280 ×1 024或更高 ]

1.2? 軟件功能設計

傳統BIM系統的子系統連接性差，無法保證模擬結果的置信度，為此，采用SD方程，確保模擬數據的置信度[10]。SD方程為：

[A·KL=F]? ? ?（1）

式中：[A]表示輔助變量名;[K]表示狀態變量;[L]表示輔助變量;[F]表示常量;[KL]表示一段出現在[K]時刻的單位時間間隔。應用式（1）可以清晰地反映BIM優化方案系統的結構，以此保證模擬結果的置信度[11]。

虛擬現實下建筑施工進程的BIM優化系統軟件是通過數據的形式在不同的計算機代碼轉化中創建的。因其建模軟件和結構分析軟件的數據標準和接口不同，因此，采用Revit系列的分析軟件建立BIM優化方案系統的核心[12]。系統軟件操作基本流程如圖2所示。

在完成BIM系統優化軟件流程的設計后，需要模擬建筑施工進程中可能出現的質量風險。因此，建立虛擬現實可視化模擬場景，用于快速分析建筑施工進程的質量問題，以此預防工程中潛在的質量風險[13]。虛擬現實可視化整體框架如圖3所示。

在預防和抵御工程方面，虛擬現實可視化模擬的主要表現[14]：

1） 在對建筑施工進程進行質量監控時，可以提前模擬施工過程，為施工方提供一個虛擬施工環境，以此確保建筑施工的質量。

2） 在計算機模擬施工環境時，無法擺脫現實環境中不利因素的影響，因此，利用參數化腳本模型對生成的3D 模型進行虛擬場景的交換，在3D模型特定的數據下，最大程度地進行極限施工操作，為實際應用提供可靠數據。

3） 虛擬現實可視化模擬利用了結構和力學的仿真對建筑物進行科學的虛擬仿真計算，在最少的成本下對施工補救方案進行判斷[15]。

由此，完成基于虛擬現實的建筑施工進程的BIM優化方案系統的軟件設計。

2? 實驗分析

為驗證虛擬現實下建筑施工進程的BIM優化系統設計的可行性，設置對比實驗，對比傳統BIM系統與所提系統的穩定性。

2.1? 實驗平臺

為驗證所提系統的穩定性，設置實驗研究平臺，用于對比兩個系統的穩定性，具體內容見表2。

Analysis軟件 NET框架 NET Framework 4.0 開發平臺 Microsoft Visual Studio 2010，C# ]

依據表2開展仿真實驗，驗證基于虛擬現實的建筑施工進程的BIM 優化方案系統開發流程中的關鍵環節，同時，驗證該系統的設計是否滿足實際需求。

2.2? 實驗結果

基于虛擬現實的建筑施工進程的BIM 優化方案系統的組件是開放的，在實驗中便于擴展。當某個組件需要修改時，可以最大額度地減輕系統開發的壓力，其應用軟件也是一個通用化可擴展的虛擬模擬平臺，能夠復用，圖4為此次仿真實驗的對比結果。分析圖4可知，所提系統穩定性更高，可以在本次設計的實驗平臺完成仿真工作;而采用傳統的BIM系統穩定性差，其軟件缺乏可擴展性，無法完成后續的改進和更新。

3? 結? 語

針對傳統BIM系統存在的問題，提出虛擬現實下建筑施工進程的BIM 系統優化設計。在硬件的設計上考慮到了系統流暢度的問題，并分別推薦了最佳配置，以此確保系統的穩定性。在軟件的設計上，為加強子系統的連接性，利用SD方程，保證系統虛擬模擬場景的置信度。在此基礎上，設計虛擬現實可視化場景，預防潛在風險。實驗結果表明，所提系統的穩定性更佳，更適合推廣使用。

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