VR技術在BIM數字平臺的應用性研究

楊清舒 韋芳 張思琪

常熟理工學院商學院，中國·江蘇 常熟 215500

1 BIM數字平臺的現狀

1.1 中國BIM數字平臺的現狀

在中國BIM數字平臺的發展是穩步前進的。繼2017版BIM報告，《建筑業企業BIM應用分析暨數字建筑發展展望（2018）》以數據分析、案例分析的形式，對當前建筑業企業應用BIM的現狀、特點和有關困擾因素，提出了BIM的發展思路和對策。在中國建筑企業BIM應用現狀調查（2019）版中表示，在所有的調研對象中，應用BIM技術的企業占比高達81.47%。2020年，在中國建筑業協會主辦的第五屆建設工程BIM技術應用成果經驗交流會上發布的《中國建筑業BIM應用分析報告（2020）》揭露了無論是使用了BIM還是尚未使用BIM的人，贊成「企業應該使用BIM」的比例都超過70%，其中已經使用BIM的人數占到了87%。由歷年的BIM應用分析報告可以了解BIM數字平臺在中國的應用率以及被大眾的接受度都在不斷提升。

1.2 其他國家BIM數字平臺的現狀

其他國家BIM發展現狀以英國為例。2018年12月，ISO19650—1和ISO19650—2兩本標準首次發布，分別涉及BIM的概念、原則和交付過程。2019年10月，英國BIM聯盟、英國數字建筑中心和英國標準協會共同啟動了英國BIM框架，這個框架對于負責交付和管理信息的人來說，是學習的第一站。在2019年的報告中，NBS發現BIM應用的增速有所下降，這可能和英國數字化建設中心（CDBB）接替了原來的BIM工作組有關，也可能因為使用BIM的人已經占了多數，不過到了2020年，使用BIM的人再度增加，達到了10年來最高的數字。由此可見，BIM數字平臺在如今其他國家的工程建設行業也得到了廣泛的關注與應用。

2 傳統BIM數字平臺

2.1 傳統BIM數字平臺的概述

BIM數字平臺是將建筑結構與建模、建筑與實體映射的模型結合，以智慧物聯為基礎，以BIM模型為載體，從建筑物本身、施工工序、資源配置、造價管理等方面，使建筑全壽命周期的所有參與者共享和管理建筑信息，實現各參與主體的數字化、標準化、協同化管理，有效地提高建筑設計、生產及施工的效率。幫助實現文件、圖紙、模型和信息的集中管理，更高效地解決跨專業、跨部門、跨區域的協調問題，實現建筑在設計、施工、運營維護等各個過程的數字化、智能化和在線化。通過BIM數字平臺可以方便地收集和查看施工現場和實時數據，逐步積累數據庫，整合多個項目和地區的有效數據，形成自己的企業數據庫，豐富自己的BIM應用經驗，如圖1、圖2所示。

圖1 傳統BIM數字平臺首頁

圖2 傳統BIM數字平臺圖紙查看

2.2 傳統BIM數字平臺的局限性

2.2.1 修改工序復雜

傳統BIM數字平臺中模型的修改基于建模軟件，專業性較強，不便于業外人士深入了解，導致甲方與設計師在溝通過程中相對比較費力。甲方基于現實需求提出修改意見后由設計師理解內化并在專業建模軟件中對模型進行修改展示，重新上傳至數字平臺中再由甲方驗收，但甲方由于缺乏建模相關的專業知識，無法準確根據BIM模型提出修改要求，極大限制了甲方與設計師的交流。

2.2.2 缺乏時效性

傳統BIM數字平臺中僅支持多方參與者在不同移動端查看和研究項目，在現實中仍需要線下會議或是其他線上溝通方法進行交流，不能夠做到實時有效的溝通。例如設計方出成果上傳平臺后，甲方登錄平臺進行查看和驗收并總結出修改意見后再反饋到設計方，設計方依據反饋意見再次修改圖紙出成果，若是每一步程序依次進行，多方反饋意見不同時間上傳到平臺，不僅造成了人工成本的增加與時間資源的浪費，而且在此過程中如果有一方出現錯誤將牽連多方步驟修改，阻礙進程。

2.2.3 輸出信息傳遞偏差

傳統數字平臺上通常以一個類似剖面的形式導入模型內部結構，這個功能會將一部分模型隱藏，然而隱藏部分模型的視角容易造成建筑設計中信息的缺失，難以對模型形成整體性的認知，也容易造成信息傳遞的偏差。并且在驗收展示模型時，多方位角度觀察模型的操作是較為復雜的，非專業觀察人員不易找到自己需要的視角，影響了觀察者的觀感。BIM模型的外部展示無法讓觀察者直觀感受到建筑實際的尺寸大小，缺乏空間尺度感。

3 VR技術與BIM數字平臺相結合

3.1 VR技術的概述

VR（Virtual Reality）技術即虛擬現實，是指借助計算機和最新傳感器技術創造的一種人機交互手段，被認為是現代多媒體應用的最高層次。VR技術融合了先進計算機技術、計算機視覺、視覺心理學、視覺立體仿真、數據格式、語音識別和合成等多種技術。

人們佩戴特制的虛擬現實頭戴顯示器設備、數據手套等傳感設備，似乎置身于一個同時具有視覺、觸覺、聽覺甚至嗅覺的三維感覺世界，實現了人們在體驗模型過程中的沉浸性、互動性、設計性。

3.2 VR技術在BIM數字平臺的應用

3.2.1 虛擬現實中設計修改

在設計階段中，業主不易把自己的意見和想法融入到設計中，信息無法及時反饋，常常因業主與設計師相互錯誤理解而造成交付成品不滿意的問題。為避免此類問題發生，可在設計階段由設計方根據業主要求制作BIM模型并應用VR技術。通過VR技術創造一個直觀、具體的模擬展出環境，業主可以根據自己的需求添加和刪除構件，并且精確地移動和放置構件以達到最佳的設計效果。還可以調整采光條件，對比光照對不同設計方案的影響，實時編輯材質與更改構件位置，并將這些修改反向同步到BIM數字平臺。設計師在數字平臺中的修改也會同步到BIM模型中，業主可通過平板、手機、電腦等多平臺，完成模型查看、構件信息查看、對比分析等。由此實現模型與BIM數字平臺的雙向實時同步，消除了對信息的誤解所造成的各種質量危害，減少返工量，提高業主滿意度，如圖3所示。

圖3 定制化設計修改

3.2.2 實時點對點協作

在協作過程中，將VR技術與BIM數字平臺相結合，能夠實現多個參與方與客戶同時在同一個項目的中漫游及討論問題，并創建協作會話，打破空間上的交流壁壘。在VR模式中，參與方可擁有虛擬化身參觀瀏覽BIM模型，遇到設計不合理或不滿足要求的方面，可在軟件提供的聊天窗口中提出自己的修改意見并在虛擬環境中進行標記、設計和修改，所有參與人員都可以查看并保存最新的模型。在會議結束以后，還可以將聊天記錄和修改生成報告，方便整理、記錄、存檔并上傳到BIM數字平臺進行建筑信息的完善與改進，實現了人工成本和時間資源的節省，有效縮短工期，降低出錯率和返工率，提高項目完成效率。

3.2.3 交互式VR視頻輸出

在成果輸出階段，可以依靠VR技術進行漫游動畫的制作。通過漫游動畫，可以跟蹤和記錄主要人物的行走路徑與相機的縮放和方向，通過視點動畫，創建和記錄關鍵幀路徑，再通過關鍵幀記錄動畫狀態、場景特效、自定義字幕等。進行渲染視頻的輸出，不僅可以更直觀地欣賞到建筑的外觀，還可以體會到建筑真實的空間感覺，方便企業的給業主展示設計項目的空間間距，也可以展示施工場地的規模。用戶可通過網頁、小程序、APP、VR傳感設備等多終端設備進行BIM數據實時訪問和交互，如圖4所示。

圖4 室內設計渲染視頻截圖

4 結語

論文介紹了傳統BIM數字平臺的設計修改專業性強、協作溝通成本高、信息傳遞易造成偏差局限性，引入VR技術與BIM數字平臺相結合的概念，闡述了VR技術對于數字平臺可以起到實現實時點對點的協作，在虛擬環境中精確的移動和放置構件，輸出空間感更為直觀的VR渲染視頻的作用。相信隨著科技的不斷發展進步，建筑信息化是未來建筑發展方向的必然趨勢，VR技術與BIM的融合將引領建筑領域走向信息化，數字化和統一化的未來，BIM終將成為土木工程領域高效率增長的引擎，再次煥發建筑業的無限活力。