基于“BIM+VR”的建筑設計研究

劉凱迪 李濤

摘 要 建筑信息技術（BIM）正受到業界的普遍關注，其以3D技術為基礎，可以應用于建筑設計、建造、管理等階段，貫穿整個設施全生命周期。虛擬現實技術（VR）以計算機技術為核心，利用傳感技術生成一種模擬環境，使用戶在創建的虛擬世界中獲得真實感和沉浸感[1]，具備“沉浸、交互、共享”的特征。通過對BIM、VR技術相關問題進行研究，探索BIM+VR技術在虛擬建筑感知交互體驗方面的應用與實踐，洞察建筑行業未來的發展趨勢。

關鍵詞 BIMVR;建筑;Revit;Unity 3D;感知交互

引言

BIM與VR的巧妙結合，碰撞出絢爛的火花，為建筑行業注入了新的活力，BIMVR在全球建筑行業的應用是大趨勢。兩者的結合，除了能解決建筑行業棘手的“所見非所得”和“工程控制難”、整體規劃、構建等的問題，它還能實現多專業模型的集成、多部門間的協同、多階段間信息的流轉，通過碰撞檢查來發現問題，減少因設計、施工、運營多階段溝通不及時造成的信息割裂，從而提升建筑質量，降低建筑物生命周期的成本。我們有必要把握這個潮流，爭取走在數字時代的前沿，讓我國建筑業更加完善。

近年來，BIM在我國建筑領域的應用逐步興起，也引起了政府的重視，當前需要關注的一個主題就是BIM與VR的集成，即用戶借助可視化虛擬世界與之交互。我們利用BIM軟件進行三維建模，再將模型導入到VR引擎中進行渲染，這樣不僅可以解決檢索和呈現信息的問題，還可以提高合作項目中交流和處理問題的效率。

1BIM+VR在建筑行業的應用

BIM技術從出現在人們視野中開始，演變為建筑行業的主流技術是必然趨勢。BIM技術在建筑工程實踐中的應用包含了建筑行業的多個方面和不同階段。美國賓夕法尼亞州立大學的計算機集成化施工研究組發表的《BIM項目實施計劃指南》中，總結了BIM技術常見的25種應用[2]，跨越了建筑項目全生命周期的四個階段，即規劃階段、設計階段、施工階段、運營階段。

1.1 前期策劃

在項目的前期策劃階段，投資估算是不可省略的一個環節。對于應用BIMVR的項目，依托BIM的信息數據統計功能，可以獲取比較準確的工程量，不僅方便快捷，還可以給出對方案進行修改和補充所引起的成本變化。再加上VR強大的交互功能，能夠給出基于BIMVR的設計成果，包括必要的BIM模型、漫游動畫，還可以進行管線碰撞的演示。

1.2 室內設計

在傳統的裝修中，經常會出現實際效果與設計有所出入的問題，有時感到裝修效果不如意，人們會希望能在裝修之前就真實體驗到裝修效果。對于室內設計領域來說，這項技術不僅是一個演示媒介，還可以作為一種快捷的設計工具，以視覺形式較大程度實現設計師的設計構想，讓用戶得到最為真實的交互感知體驗，將以往傳統的設計模式提高到數字化的角度，大大提高了設計的效率和質量。在裝修時，用戶可以隨時更改、隨心搭配，沒有裝修就能身臨其境[3-4]。

2基于BIM+VR在虛擬建筑感知交互體驗的綜合分析

2.1 BIM+VR在建筑行業應用的價值

筆者總結了BIM+VR技術應用的價值，包括以下幾點：

（1）提高模擬的真實性。對于絕大多數人來說，平時所看到的就是眼前一定范圍、一定角度的世界，我們被現實情況限制了全方位看世界的能力，虛擬現實技術可以彌補這方面的遺憾。虛擬現實技術給我們帶來的是比以前的傳統模型更為真實、更為細致、更為完整的感受。借助必要的工具，我們可以實時了解模型的各種信息，進行指導、設計、施工、檢測等[5-6]。

（2）提高項目質量。利用BIM+VR技術，在實際動工前進行模擬演示，可以提前發現并且有效避免在實際施工期間可能會發生的問題，從而制定最佳的施工方案，提高效率，確保建筑質量，消除安全隱患，并且減少成本，縮短工期。

（3）提高模擬工作中可交互性。在實際的施工過程中，一般都會提出多種施工方案，利用BIM+VR技術，可以實時切換以便比較不同方案的優劣，以便制定最佳的施工方案。利用BIM技術建立的模型，可以對施工方案進行實時、交互、逼真的模擬;利用虛擬現實技術，可以任意選擇路徑，觀察施工過程的三維環境，看到不合理之處，及時修改，減少實際過程的返工。

（4）多元化營銷模式。建筑施工的最終目的就是得到成品，從而進行銷售以實現其價值，高明的營銷手段是建筑利益最大化的有力保證。VR技術打破了傳統的房地產銷售死板、僵硬的模式，樣板房更加靈活，現如今，許多大型的房地產商，比如綠地、碧桂園等已經在售樓處運用了BIM+VR技術，以滿足購房者的體驗需要[7]。

2.2 BIM+VR在虛擬建筑感知交互體驗應用過程中存在的問題

（1）主觀方面

1）思維模式轉變困難。傳統的建筑體系發展了很長的時間，業主方、設計方、施工方、監理方等相關的各單位早已形成了一種習慣的流程，因此，讓他們接受BIM+VR這個新興的理念，轉變傳統的思維模式并不容易，很多單位不愿嘗試，也不愿采用不熟悉的方式。

2）應用工具理解偏差。仍然有許多與建筑領域相關的人不了解BIM技術，不觸碰VR技術，甚至并不涉足虛擬建筑領域，他們對BIM的理解還停留在統籌規劃，VR在建筑領域的地位還是可有可無的。同時，BIM模型的準確度直接決定了后續施工、運營等過程的效果，如果前期模型不夠準確，必將引起施工進度計劃安排、樣板房裝修的誤差，與最初設想的效果出現偏差。

3）各方聯系交流問題。將BIM技術比作多米諾骨牌，其中任何一個環節準備不足，都會影響其后續的過程，以至于無法實現BIM價值的最大化。因此，除向整個過程的參與人員灌輸全局思想，做好自己平常工作外[8]，還需要為整個團隊考慮，為他人的BIM模型出力，這一點也是BIM無法全面快速發展的原因之一。

（2） 客觀方面

1）缺乏BIM+VR真正完善的平臺。時至2019年的今天，對于BIM與VR結合的研究依舊不夠徹底，BIM與VR怎么結合、在什么平臺上結合，仍然沒有統一的認知。沒有一款真正意義上的BIMVR軟件，還是需要先拆分后結合，就如本次設計，受到軟件以及硬件的制約，“江南大學行政樓”項目仍是利用Revit建立模型，通過VDP平臺在Unity3D中渲染，連接VR設備，事實上，仍有些許煩瑣。

2）前期資金投入問題。任何一項技術的發展普及度多多少少都與“成本”有關，目前市面上的高級VR設備并不便宜，中等偏上的VR頭盔需上萬。BIMVR人才的聘用、必要設備的添置等是不可避免的，甚至整個建筑設計施工流程都要發生改變，這不是短時間可以改變的，前期必不可少的投入成本，在一定限度上阻礙了VR技術的發展與普及。

2.3 BIM+VR在虛擬建筑感知交互體驗應用于實踐的發展趨勢

目前，操作者利用VR設備體驗虛擬世界，利用鍵盤、語音、手勢等操控物體或角色。此外，要實現BIM和VR的結合必須依靠VR開發引擎或平臺來實現。現在，越來越多的高校、企業、研究機構在BIM+VR方面進行探索和研究，這是一個廣闊的新世界，向我們展現的只是冰山一角，有充分的理由相信，未來的虛擬世界將會是生動而逼真的，有著超越裸眼3D的無限可能。

3結束語

本文遵循從獨立研究到整體結合的方式，探討了BIM與VR在建筑行業的設計流程及應用四個階段，包括規劃階段、設計階段、施工階段、運營階段。在計算機高速發展的21世紀，以計算機為工具，將BIM技術和VR技術應用到建筑領域是一個必然趨勢，而人機交互作為BIM+VR技術的絕對亮點，必推動虛擬建筑迎來另一片嶄新的天地。

參考文獻

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（15）：145-146.

[2] 王廣斌，劉守奎.建筑項目BIM實施策劃[J].時代建筑，2013（2）：48-51.

[3] 王秀琴，賈虎.大型體育場館低碳規劃策略研究——以第七屆農運會為例[J].西安建筑科技大學學報：社會科學版，2012（2）：34-39.

[4] 邵正達，宋天任.基于BIM的建筑VR交互技術研究與應用[J].土木建筑工程信息技術，2018（3）：17-21.

[5] 朱林海，孫璐."BIM+"虛擬數據空間探索[J].建筑技藝，2017（9）：

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[6] 饒平平，廖巧，劉佳新，等.BIM結合VR技術在城市地下工程中的應用[J].土木建筑工程信息技術，2018，（3）：13-16.

[7] 張承霖，曾飛國，劉韜，等.VR技術在工程訓練中的應用實踐[J]. 高等繼續教育學報， 2017（3）： 48-51，59.

[8] Mohamed Marzouk， Ahmed Abdelaty. BIM.based framework for managing peformance of subway stations[J].AutomationinConstruction，2014，（41）：70-77.