顾春欢

摘 要：BIM模型和虚拟现实技术是现在建筑设计和建筑施工行业中运用比较广泛的技术，这里分别介绍了BIM模型和虚拟现实技术在这个行业中的应用侧重点和具体应用方法。并主要讲述了BIM模型+虚拟现实技术在建筑的设计、建筑施工、建筑运维的全生命周期中各阶段的不同使用方法，可以完善后期建筑运维工作，推动我国建筑行业的数字化建造技术。

关键词：数字化建造；虚拟现实技术；建筑设计；建筑施工

中图分类号：TU755 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）23-0125-02

BIM建筑信息化模型和虚拟现实技术在各自的领域中都有着不同的作用和用途。BIM模型以它模型的精细程度和所带有的各种信息属性而被广泛应用于工程建设行业，虚拟现实技术以效果的真实性、场景的沉浸感被广泛应用于传媒娱乐行业。现在我们可以通过各种软件的协同操作可以把BIM模型的高精度、真实信息数据和虚拟现实的写实效果、高度沉浸感想结合，来创作出基于真实信息和真实效果的不同体验。本文通过将这两项技术的综合应用带来了几种不同方式的最终效果呈现。

1 相关介绍

1.1 BIM技术

BIM（建筑信息化模型）英文全称是Building Information Modeling，从名字来看包括两个部分：Information（信息）和Modeling（模型），他们是两个相对独立的载体，然而把各种建筑部件信息、施工信息等结合到模型中之后就形成了建筑信息化模型。BIM模型相较于其他模型多了很多建筑信息在里面，比如建筑的材质、高度、体积、构件型号、价格。所以使用BIM技术的最终目标是通过数字化建造技术，使项目在大量的工程数据中进行更好的可控化管理，数字化模拟施工进度，减少图纸和施工误差，从而缩短施工工期、节约施工成本，并能更好的进行数字化运维工作。

1.2 虚拟现实技术

虚拟现实技术是通过计算机建模、渲染出一个虚拟的物体或环境，然后通过人体佩戴设备与计算机生成的虚拟物体或环境进行三维信息交互操作的一种视听方式。

虚拟现实技术主要包括：计算机三维环境模型、人体佩戴设备（交互传感器）、虚拟现实引擎软件。目前常用的制作软件是Unity 3D、Unreal Engine 4、CryENGINE等實时渲染引擎，常规佩戴设备有HTC vive、Oculus Rift、Gear VR、Playstation VR、HoloLens等。人体通过佩戴虚拟现实的设备后可以身临其境的沉浸在数字化模型的环境中，并通过交互传感器和数字化模型进行交互操作。

2 基于BIM模型的虚拟现实技术在行业中的不同应用

2.1 在建筑设计以及城市规划中的综合应用

在常规的建筑设计初期，都会先进行设计建筑周边的测绘，在进行城市规划初期也会进行规划地的测绘，需要花费大量的时间。

现在可以通过无人机的航拍来实现测绘，也就是现在应用比较多的倾斜摄影技术，可以快速得到虚拟三维模型。针对不同大小项目及地形的大小可以变换不同的方式来实现航拍测绘，主要有以下三个方式来获取虚拟三维模型必要的数据图像，然后再进行后续处理后使用。

第一种主要针对单体项目，可以通过无人机多层次环绕需要建立虚拟三维模型的物体，进行不间断的连续拍照来得到物体的环绕图像。

第二种主要针对建筑物周边地形，相对于第一种单体而言建筑物周边地形面积大，环境更加复杂，如果只是环绕拍摄会有很多视觉死角无法拍摄到给后续建立虚拟三维模型带来错面、漏面的问题。所以可以采取单镜头5航线的方法来进行拍摄，首先可以对无人机指定需要虚拟三维建模的地形区域，然后由此来规划出5条拍摄航线，分别是1条垂直视角航线拍摄，和4条倾斜视角航线，分别由东南西北4个方向向西北东南方向飞行拍摄。由此得到5个方向不间断的连续拍摄图像。

第三种主要是针对规划类项目，相对于第一、第二种来说需要生成的虚拟三维模型面积更大、需要拍摄的图像更多。如果采用单镜头5航线的方法，会花费过多的时间成本。所以可以采用5镜头单航线的方法来缩短无人机航拍时间。这里需要使用特殊的相机系统来实现单航线拍摄的需求，需要1个垂直相机、4个倾斜相机组成的相机系统来进行同步拍摄。只需要无人机按一条航线逐行飞行规划区域，就能得到同一位置点上同步拍摄的5张照片，一条航线上所有的位置点拍摄的5组照片就能得到5组不间断的连续拍摄图像。

通过上面三种方法得到不间断连续拍摄图像序列后，导入照片建模软件，通过软件对所有图像序列的计算分析，可以得到一个三维模型数据，然后再通过软件对图像序列的处理生成一个适合于前面得到的三维模型数据的模型贴图，就能组成最终的虚拟三维地形模型。

经过计算获取的最终虚拟三维模型可以导入BIM软件中进行运用。可以在虚拟三维模型中加入设计的BIM建筑模型查看整体风格、可以在虚拟三维模型中进行风力流动等运算、可以在虚拟三维地形模型中加入规划后的bim城市规划模型通过VR眼镜等方式浏览规划后城市整体效果。使建筑设计人员和城市规划人员能更直观的看到设计和规划方案完成后的样子，帮助设计人员和城市规划人员更好的完善他们的设计和规划方案。

2.2 在建筑施方案工策划以及建筑施工过程中的综合应用

常规的建筑施工方案策划和建筑施工都是通过使用CAD图纸来查看建筑的结构、节点、水电等信息来进行施工方案的策划以及施工，并不是特别直观。

现在我们可以通过CAD图纸在BIM软件中快速地建立好BIM模型，在建立BIM模型的同时就能进行图纸复核、碰撞检查、各专业方案协调等一系列工作。既达到了BIM虚拟三维模型的可视化效果，使CAD图纸具象化方便检查和沟通，又对设计图纸进行了查错处理，使以前只有在施工时才会发现的图纸问题得到了提前的解决，保证了施工方案策划的准确性和后续施工的顺利进行。

在BIM模型建立完成、施工方案策划完成后，可以在BIM软件中或者导入3ds max中根据施工方案的进度计划来调整模型的施工动画，并在制作工程中根据实际物体属性给予不同的物体材质属性，完成后再对场景进行光照模拟，以达到更真实的效果。

在以上动画、材质、灯光都建立完成后，可以进行施工动画浏览路径和视角的设立。浏览路径的设立主要是为了更好地看清虚拟施工中的主体流程施工步骤，以及重要节点施工和专项施工过程。路径设立完成后，可以对路径进行360度图像的渲染输出，以得到全景图像。再通过剪辑软件的编辑，就可以生成全景影像，并能输出到各种不同的VR设备，进行BIM模型虚拟施工的路径浏览。

还有另一种方法也能进行BIM模型虚拟施工的浏览，并且不设置路径像在游戏中一样畅行，可以通过VR设备进入到BIM模型的任意地方进行查看施工进度等一系列操作。我们可以把做好动画、材质、灯光的BIM模型导入到虚拟现实引擎中，比如Unity 3D、Unreal Engine 4、CryENGINE等实时渲染引擎等都可以，然后对材质灯光等进行简单的调整以适应不同的虚拟现实引擎的计算，通过引擎的校对、模拟、编程等达到可视化效果，并根据不同VR设备对BIM模型输出生成不同格式的VR文件。然后在VR设备中进行任意地点的BIM模型浏览体验。使BIM模型能更切实的被应用到VR体验中，帮助施工方案的策划人员和施工人员进行更好的沟通和讨论施工方案。

2.3 在建筑运维中的综合应用

常规的建筑运维管理中如果某个设备损坏需要维修，那必须通过相关工作人员去查找该设备的身材产商、型号等资料，然后再联系生产厂商或者供货商来进行设备的维护维修工作，操作的过程时间较长，效率较差。

现在可以运用基于BIM模型的混合现实技术（MR）来实现快捷的建筑运维管理。不管在建筑设计阶段是否建立了BIM模型，都可以在后期重新建立BIM模型来实现混合现实技术的建筑运维管理。

用于建筑运维管理的BIM模型相较于普通BIM模型，需要更多Information（信息）來支持后续的操作需要，比如设备的厂商信息、设备型号、供应商联系方式等都需要在建立BIM模型时就将这些信息建立进去，所以建立用于建筑运维管理的BIM模型的工作量会比建立普通BIM模型的工作量大很多，而且对信息的需求更加的多和细致。模型建立完成后，需要和已经建成的建筑进行点对点的定位绑定操作，使BIM模型能和已建成建筑叠加显示，这样才能进行后续的交互操作。绑定完成后可以导入MR设备中，通过佩戴MR眼镜可以在现实建筑中叠加看到虚拟的BIM模型，比如看到现实建筑中的设备时可以通过显示菜单来查看该设备的生产厂商、型号、供应商联系方式等一系列参数，这样设备需要维护维修时就可以立即找到供应商来进行维护维修。再比如对着现实建筑中的墙体可以叠加看到BIM模型中预埋在墙体里的管线设备等，在墙上打洞或安装其他设备时可以避开墙中的管线，避免不必要的误操作引起的管线损坏及维修。

2.4 在建筑展览、展示中的综合应用

在展览、展示中经常用到沙盘来展示建筑及城市规划，传统的沙盘展示都是通过等比例缩放来制作建筑模型及城市规划模型。制作周期长，改动不方便。

现在可以通过BIM模型配合VR设备来实现数字城市的沙盘展示效果。可以通过无人机倾斜摄影建立虚拟三维地形，然后把BIM建筑或是BIM城市规划模型在BIM软件中嵌入到虚拟三维地形中，并在BIM模型中加入相应的信息，制作成一个数字沙盘需要使用的BIM模型。接着通过导入到虚拟现实引擎中，比如Unity 3D、Unreal Engine 4、CryENGINE等实时渲染引擎等，然后对数字沙盘BIM模型的材质、灯光等进行调整计算，通过虚拟现实引擎的编程加入可以显示的菜单、显示的信息、显示的图像视频等，生成可用于数字沙盘显示屏的数字沙盘BIM模型文件，并打包输出到数字沙盘显示屏中。参观者佩戴数字沙盘配对的虚拟现实设备后就可以观看到实时显示的数字沙盘，并能通过互动设备来调取数字沙盘中各建筑的建筑信息、图像、视频等信息。如果需要改动BIM模型的方案，改动完成后能实时在数字沙盘上刷新改动后的BIM模型，方便快捷。

3 结语

将基于BIM模型的虚拟现实数字化建造技术用于建筑设计规划，建筑施工方案的策划、施工，建筑运维，建筑展览展示等方面，不仅能够以虚拟三维模型及图像、影视等方式实时的展示设计规划方案、施工过程、运维资料等信息，而且可以通过BIM信息模型的数字化建造来给技术人员、施工人员等进行施工技术培训，提前对施工方案进行熟悉。随着BIM技术和虚拟现实技术的不断发展和融合，在今后的建筑领域必定会带来更多的应用方向和应用前景，使建筑行业发展成为更具信息化与数字化的产业。

参考文献

[1]王胜，王树利，臧家凯.基于BIM技术的混凝土结构实体表观质量可视化应用研究[J].施工技术，2018，47（10）：138-141.

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[3]武艳丽，王博铭，赵鹏，等.基于BIM的区域建筑全生命周期信息管理系统研究[J].建筑技术，2018，49（05）：465-468.