基于BIM+VR技術(shù)在建筑類課程中的應(yīng)用與實踐

陳淑靜

摘 要：建筑類課程大多較為抽象，傳統(tǒng)平面型教學(xué)手段的效果提升空間有限。為了更有效地化解課程難點、突出課程重點、調(diào)動學(xué)生積極性、提升教學(xué)質(zhì)量和效率，可以將BIM技術(shù)應(yīng)用在《建筑制圖與識圖》課程的教學(xué)中。將BIM技術(shù)與VR技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于建筑類課程教學(xué)，可以實現(xiàn)二維到三維的轉(zhuǎn)化，根據(jù)教學(xué)進度，利用BIM建模、VR制作模塊和項目周期管理虛擬化的認知學(xué)習(xí)，完成對施工現(xiàn)場虛擬場景的研究與分析，為學(xué)生畢業(yè)后從事打下堅實的專業(yè)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：建筑模型信息;虛擬現(xiàn)實;建筑類課程

0 引言

建筑類課程的傳統(tǒng)教學(xué)手段一般采用多媒體教學(xué)方式，靜止的畫面表現(xiàn)方式不利于學(xué)生將二維圖像與理論要點進行聯(lián)系，難以激發(fā)充足的學(xué)習(xí)熱情，不能很好地實現(xiàn)“做中教、做中學(xué)”教學(xué)長遠的目標。此外，一些學(xué)生基礎(chǔ)知識較薄弱、空間想象力不強、專業(yè)知識儲備不多和工程實際經(jīng)驗較少，會認為建筑類課程抽象難懂、枯燥無味。隨著建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)在土木與建筑工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，在建筑類課程的教學(xué)中，利用BIM技術(shù)可以描述、建立課程相關(guān)知識對象和教學(xué)過程模型。在此基礎(chǔ)上，通過增強現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）與虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）技術(shù)，實現(xiàn)專業(yè)課程的知識對象在教學(xué)過程中二維圖形與三維信息模型的無縫對接，從而較為客觀地構(gòu)建一個接近真實情境的課程知識體系。通過教學(xué)過程中虛擬的三維建筑信息模型環(huán)境進行多感知性、沉浸性和交互性體驗，構(gòu)建建筑類課程虛實一體的教學(xué)模式和方法，可解決目前建筑類課程的教學(xué)難點[1]。以建筑類專業(yè)一門重要的基礎(chǔ)課程《建筑制圖與識圖》為例，該課程不僅包含大量的理論知識，還是一門實踐性非常強的課程。

1 BIM與VR技術(shù)簡述

BIM技術(shù)，英文全稱為Building Information Modeling，即建筑信息模型，該技術(shù)是以項目各項相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進行建筑模型建模的，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。BIM模型具有完備的數(shù)據(jù)，信息的直觀性、關(guān)聯(lián)性、一致性、可視化、易協(xié)調(diào)、易模擬、易優(yōu)化、可出圖性是它的八大特點。通過共享統(tǒng)一的建筑模型，建設(shè)單位、設(shè)計單位、施工單位、監(jiān)理單位等項目參與方可以在同一平臺上共享數(shù)據(jù)信息，協(xié)同完善施工過程，相比傳統(tǒng)建設(shè)過程可以更迅速的傳遞信息、管理、調(diào)整施工。BIM不僅僅是類似于計算機輔助設(shè)計（CAD）的軟件，而是一種工程管理手段，是實現(xiàn)建筑業(yè)精細化、信息化管理的重要技術(shù)工具[2]。

在建筑領(lǐng)域應(yīng)用，VR技術(shù)高仿真、高沉浸、低成本的技術(shù)特點使其應(yīng)用廣泛。以裝配式建筑為例，該項技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)了裝配式建筑相關(guān)技術(shù)施工前的高仿真檢驗和施工中的快速檢查，減少了裝配式建筑的建設(shè)誤差且節(jié)約了成本，推動了裝配式建筑的廣泛應(yīng)用。

將BIM與VR技術(shù)相互結(jié)合，運用到建筑行業(yè)中，不僅是信息技術(shù)載體和應(yīng)用工具的升級，而且使整個施工過程隨著技術(shù)的深入發(fā)展而發(fā)生實質(zhì)性的變化。VR技術(shù)的有效運用，將BIM信息與真實的施工環(huán)境進行直觀交互。設(shè)計人員依據(jù)BIM模型數(shù)據(jù)，結(jié)合相關(guān)的信息，通過VR技術(shù)提供指導(dǎo)，以確保施工設(shè)計與實際施工平穩(wěn)對接，實現(xiàn)BIM技術(shù)在施工質(zhì)量控制中的最大價值。

目前BIM和VR技術(shù)都受到了國家的大力支持，并頒布了非常多的支持政策，隨著國家出臺了《推進BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域應(yīng)用指導(dǎo)意見》，一些企業(yè)正積極將BIM逐步推廣開來，而在BIM方面一些領(lǐng)先企業(yè)正在將BIM和VR技術(shù)進行整合，行業(yè)內(nèi)漸漸出現(xiàn)如萬間網(wǎng)絡(luò)科技等BIM+VR、BIM+MR技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)企業(yè)[3]。

2 BIM+VR在《建筑工程制圖與識圖》中的教學(xué)實踐

2.1 《建筑制圖與識圖》課程教學(xué)現(xiàn)狀

《建筑制圖與識圖》涉及兩種類型的知識：一類是畫法幾何，另一類是建筑工程制圖。畫法幾何是建筑工程制圖基礎(chǔ)，也是建筑制圖乃至所有空間三維立體轉(zhuǎn)化為二維平面圖紙的基本手段，其特點是入門比較簡單，但是深入學(xué)習(xí)比較困難，學(xué)習(xí)的內(nèi)容又比較繁雜，各個內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)性不是特別強，要求學(xué)生具備很強的空間邏輯思維能力與想象能力。通過多年的教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，對于很多學(xué)生來說，由于受到空間想象能力和工程實踐經(jīng)驗的限制，實現(xiàn)從二維圖紙到三維實體的轉(zhuǎn)變非常困難。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，借助多媒體課件、視頻、縮尺模型以及施工現(xiàn)場教學(xué)等多種教學(xué)手段相結(jié)合，在一定程度上提升了課程的教學(xué)效果。但在實際操作過程中，也受到了各種限制，如縮尺模型成本高，現(xiàn)場教學(xué)存在安全隱患等等[4]。

2.2 構(gòu)建教學(xué)實訓(xùn)平臺

基于BIM技術(shù)和VR技術(shù)的可視化、沉浸式體驗的特點，依照“理論+虛擬仿真實訓(xùn)+職業(yè)技能實踐”的設(shè)計思路，創(chuàng)新了《建筑制圖與識圖》課程的教學(xué)模式。在課程的理論環(huán)節(jié)中，教學(xué)內(nèi)容嵌入虛實一體的教學(xué)模塊。實訓(xùn)教學(xué)綜合管理系統(tǒng)的組成主要包括教學(xué)統(tǒng)一管理平臺、漫游客戶端、5D虛擬平臺、移動端。教學(xué)管理平臺，可在線組課、在線授課、在線管理教學(xué)資源，允許資源上傳下載在線查看。模型管理模塊，支持模型上傳下載，提供漫游客戶端，支持FBX、DAE模型的漫游。圖紙等以文件形式上傳下載，漫游客戶端主要功能是對模型進行虛擬漫游。5D虛擬平臺的主要功能是查看BIM模型以及質(zhì)量安全信息等。

2.3 培養(yǎng)優(yōu)秀的師資力量

高職院校培養(yǎng)與社會接軌的學(xué)生，除了配備現(xiàn)代化的教學(xué)硬件外，還需要培養(yǎng)出具有先進建筑技術(shù)教學(xué)能力的雙師型教師。優(yōu)質(zhì)的建筑制圖與識圖教師需要具備扎實的專業(yè)知識和技能，同時對BIM+VR有透徹的了解和掌握，具有豐富的應(yīng)用經(jīng)驗，才能將BIM及VR技術(shù)將課程相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)知識的同時增強學(xué)生的實踐能力[5]。

3 結(jié)束語

隨著BIM、VR、AR等信息技術(shù)的發(fā)展，多樣化的虛擬現(xiàn)實硬件設(shè)備、豐富的教學(xué)資源使虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑類課程教學(xué)中發(fā)揮著重要的作用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為新的教學(xué)手段以強大的教學(xué)優(yōu)勢和潛力，在建筑類課程視聽教學(xué)領(lǐng)域中正逐步成為新的趨勢。實踐表明，基于BIM和AR技術(shù)的虛擬仿真教學(xué)方法，符合建筑類專業(yè)課程，尤其是《建筑制圖與識圖》課程的教學(xué)特點，可讓學(xué)生系統(tǒng)地掌握職業(yè)技能，了解、熟悉建設(shè)工程項目管理中的內(nèi)容、方法及具體措施中場景和業(yè)務(wù)知識點，為建筑類專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后從事工程項目管理工作打下堅實的專業(yè)基礎(chǔ)[6]。

參考文獻：

[1]李麗，史學(xué)民，張帆.基于BIM和AR/VR技術(shù)的建筑類課程教學(xué)改革[J].改革與開放，2017（8）：28-29.

[2]李茜.地方高校BIM素質(zhì)培養(yǎng)的建筑教育研究[J].2016全國建筑教育學(xué)術(shù)研討會論文集，2016（11）.

[3]張瑾.BIM+VR在《建筑制圖與識圖》課程中的應(yīng)用研究[J].裝備技術(shù)，2019（8）：142-143.

[4]劉曉鋒.BIM技術(shù)下的建筑設(shè)計課程改革實踐探析[J].教育觀察，2016，5（11）：112-113.

[5]唐徐林.BIM技術(shù)在《建筑識圖與構(gòu)造》課程教學(xué)中應(yīng)用研究[J].長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2018，35（2）：52-54.

[6]張璐.基于BIM和AR/VR技術(shù)的建筑類課程教學(xué)改革[J].黎明職業(yè)大學(xué)學(xué)報，2019（3）：62-66+76.