张道衢　黄树利　张桂松

摘要内容：随着科学技术的进步以及国家对BIM技术的大力推行，近年来，我国建筑行业飞速发展，建筑形式多样，施工技术不断更新，参与角色更为多元。传统的二维图纸已不能满足当今建筑行业的需求，BIM技术逐渐应用于实际工程中，实现多方协同合作，VR技术能更直观地模拟真实的环境，增加互动性 。在实际项目中，利用VR技术模拟真实的三维环境，对其在施工进度管理、成本管理、质量管理、安全管理等方面的应用进行探讨，为解决工程问题 提供有力的技术支持。

关键词：BIM技术;VR虚拟现实技术;施工管理

1  BIM与VR虚拟现实技术概述

1.1  BIM 技术

BIM（Building Information Modeling）簡称建筑信息模型，最初是由美国佐治亚技术学院建筑与计算机专业的扎克伊士曼提出的，把不同阶段、不同专业的所有建筑信息，整合集成在统一的三维模型中，实现设计方、施工方、运营方等各方在设计过程、施工过程、运营管理过程的信息共享、协同工作。BIM技术以模型作为载体，将建筑结构等各个专业的相关信息集合到模型中，使数据具有完备性、关联性、一致性，实现各专业的协同设计，建立多维度、结构化的数据库，解决建筑工程中海量数据的建立与管理、因技术造成的返工和多专业协同复杂的难题，在数据、技术和协同管理三大层面，提供了革命性项目管理手段，进而减少工程建设过程中各方信息不对等的情况，避免施工过程中可能出现的施工安全问题，从源头提升安全性和可靠性。目前，越来越多的建设工程采用BIM技术。

1.2  VR虚拟现实技术

VR（Virtual Reality）是指虚拟现实技术，是一种模拟体验虚拟世界的交互式仿真系统，利用计算机融合多源信息，通过三维动态视景去感知实体行为下的虚拟世界。虚拟现实综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并且能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互。VR技术融合了计算机仿真技术、图形技术、显示技术、人工智能、传感技术以及其他关键技术，通过 BIM模型进行沉浸、交互和体验。科学技术的进步推动了VR技术的发展，该技术已经广泛应用于游戏、电影、科教、医疗、建筑等领域，如 VR游戏、VR校园、VR教学平台、智慧工地上的 VR演示等。近来，我国国内VR成型产品加速落地，与建筑直接相关的产品包括展示设备、拍摄设备、设计软件等，目前应用主要集中于VR样板房展示、云渲染家装、设计转换VR平台等。当前，VR正逐步照进建筑设计和工程施工领域，已有效应用于西方工业设计;未来有望在中国建筑设计领域广泛推广使用，目前已在样板房展示等营销领域落地。在建筑设计上，可视性方面，VR可以增强建筑及室内设计的设计成果的展示效果，还可以以沉浸式的方式进行施工模拟演练，帮助施工方了解施工过程。交互性方面，室内设计师可以利用VR完成沉浸式的家装设计，同时VR设计软件的支持下，建筑师有望在不久的将来实现VR建筑设计。VR在工程施工中的应用，目前一般用于开始施工之前来创建和体验三维建筑模型。

1.3  BIM+VR虚拟现实技术优势

在 VR 场景中将信息管理、信息沟通问题与BIM技术融合展示，提高建筑行业的设计质量和效率，促进我国建筑行业可视化技术的迅速发展。在设计前期运用BIM+VR 技术更好地辅助设计师进行设计并提高信息传输效率，减少信息有误的损失。实现模型虚拟仿真，为模型的设计和施工方法提供了科学、快捷的手段，基于BIM模型的虚拟现实技术具有交互性、直观性、场景化等优点，综合BIM和VR的特点，更大程度地发挥“BIM+VR”优势。

2  BIM技术在施工管理中的优势

2.1  可视化

在传统的工程项目管理过程中，对于甲方、设计方、施工方等各参与方，在项目实施前和实施过程中建筑产品是“不可见不可触”的，且各方更多的是通过二维图纸、CAD模型、现场实地考察等方式沟通交流。利用BIM技术可以实现建筑产品的可视化，“不可见”变“可见”，2D变3D。利用revit软件创建3D数字化信息模型，二维到三维的转变，不仅使得建筑产品可视化，而且所有构件信息参数化，且具有互动性和反馈性，便于项目实施过程中实时沟通交流，及时反馈信息，减少信息差。通过BIM，都可以高效地建立工程数字模型，BIM软件系统既能快速精准地进行工程量造价等数据分析，也可以实现如碰撞检查、剖面图砌体排布等技术问题解决，最后实现基于互联网的项目级企业级的协同管理。

2.2  协调性

一个工程项目的顺利完成，需要各方通力协作，不同专业协调沟通。施工过程中的沟通不畅、反馈不及时等，均可能造成施工效率降低、成本增加、工期拖延。项目前期建立BIM模型的过程中，通过碰撞检查，可避免硬碰撞和软碰撞问题产生。且在前期模型建立过程中，从结构、机电、水暖等的设计到施工，都可以利用三维模型信息进行沟通协调，及时发现并解决问题，减少返工、缩短工期、节约成本。

2.3  模拟性

BIM技术不只是模型的可视化展示，还可以进行虚拟动态模拟，比如进行主体结构施工，可以基于refit导出的GCI文件进行4D施工模拟，预先了解施工过程，优化施工方案。基于施工4D模拟可以进行成本控制5D模拟，在水电暖设计时，可以进行水流、节能等模拟，预估可能发生的安全问题可进行紧急疏散模拟等。

3  BIM+VR虚拟现实技术在施工管理中的优势

长久以来，建筑行业存在如下两个痛点，一是建筑效果未知，二是工程质量控制难。建筑效果未知指的是建筑效果不可预测，施工方很难把握设计示意图，客户难以预知施工状况;工程质量控制难是指建筑过程缺乏统筹规划与项目组之间的沟通，难以控制工期、质量和成本。为了解决上述两个痛点，BIM应用而生。那么相比单纯的BIM应用，VR在BIM三维模型的基础上，加强了可视性、具象性和交互性。

BIM+VR的使用，可利用VR技术提升BIM应用效果并加速其推广应用。BIM是以建筑工程项目各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，具有可视化，协调性，模拟性，优化性和可出图性五大特点。VR沉浸式体验，加强了具象性及交互功能，大大提升BIM应用效果，从而推动其在建筑业的推广和应用。

不仅如此，BIM+VR还能加速推进建筑行业转型，让建筑触手可及。BIM+VR除了能解决建筑行业最大的痛点“所见非所得”和“工程控制难”，统筹规划、资源整合、构建具象化联系和平台外，系统化的BIM平台还能将建筑设计过程信息化、三维化，同时加强建筑施工过程的项目管理能力。VR在BIM的三维模型基础上，加强了可视性和具象性。通过构建虚拟展示，为使用者提供交互性设计和可视化印象。

对于BIM厂商而言，如果搭载了VR技术，BIM系统就能提供沉浸式体验，从而有效提高资源整合能力，提高产品的竞争能力。例如，正在开展VR技术结合基建BIM系统的研发，将BIM技术贯穿基建项目的设计到施工、运营阶段，通过强大的数据、协调、3D可视技术，减少项目变更，减少材料浪费，缩短工期，为项目带来巨大效益;并通过引入强大的新型3D引擎，大幅提高画面的渲染效果，实现构件的真实物理属性和机械性能;基于VR技术与基建BIM系统的对接，使工程模型和数据实时无缝双向传递，在虚拟场景中对构件进行任意编辑。

VR作为一种新兴的可视化沟通技术和沟通平台，与BIM技术的结合应用，能够发挥出二者的优势。二维图纸到BIM模型是“2D”到“3D”，“不可见不可触”到“可见不可触”的转变，而BIM到BIM+VR的应用是“可见不可触”到“可见可触”的转变。VR不仅能使体验者能够身临其境的体验施工的过程，清晰明了地查看工程结构的每一个部件、也可以全方位掌握施工过程中的工艺工法，有助于实现虚拟与现实的穿越。由于工程施工行业是出了名的利润率低和效率低下，对企业来讲，任何能够降低成本并使建筑物更快完成施工的技术将是一大优势。虚拟现实还可以减少施工错误，因为包括环境因素的设计可行性测试可以在VR模型中进行，这样可以突出设计和施工的潜在错误。

BIM与VR技术的结合应用，使得原来“可视化”的模型“场景化”，参与者可以进行场景漫游，预览建筑实体，观察施工过程，了解施工进度，掌握成本控制，查看构件状态信息等。BIM与VR的关系中，BIM模型是内核，提供建筑信息，VR是外观，提供建筑信息的直观表现。

4  BIM+VR虚拟现实技术在施工管理中的应用

技术可面向的对象多样化，涵盖的阶段全面化，覆盖的过程动态化，二维到三维可视化动态控制管理，有利于项目实施管理最终达到工期短、成本低、质量高、安全好等目标。

4.1  进度管理

在refit建立的BIM模型的基础上，结合编制的网络进度计划，可以形成4D虚拟施工模拟。例如，将实体模型、场地模型、施工进度计划导入BIM5D软件中，通过模型整合、划分流水段等操作，可以完成基于BIM的4D虚拟施工。4D虚拟施工实现了施工动态化模拟，施工现场三维化可视化，网络进度计划的调整，场地方案的改变等均可在虚拟施工过程中实现。对于实际过程中遇到的有关施工进度、施工操作等问题，可以做到提前发现，及时优化。

4.2  成本管理

工程项目成本控制涉及整个项目过程各方面的资源消耗， 如人工、设备、材料等。BIM模型中包含各构件相关属性信息， 基于4D虚拟施工模拟，模型与数据挂接关联，从而通过5D模拟实现成本预算和成本控制。如需进行模型修改或施工方案调整，相应关联的成本可以进行动态调控，便于施工单位做好成本控制及信息化管理。

4.3  质量管理

工程项目质量管理需全周期、全过程、全方位把控。基于BIM的4D虚拟施工可以实时监控和跟踪各个阶段施工质量，实时监控和调控，实现各参与方信息共享，避免信息偏差，提高效率和质量。

4.4  安全管理

在安全管理制度健全的基础上，建立BIM安全信息模型和平台，线上线下定期巡查各个环节安全问题。同时，基于BIM的4D、VR等技术可以使参与人通过可视化场景、侵入式漫游等方式进行安全培训，真实化的安全情景模拟利于增强当事人安全意识，锻炼安全应急管理能力。

5  结语

BIM技术在国内已经得到普遍重视和应用，也是近些年建筑行业的发展趋势。BIM已渗透到建筑设计领域，并在建造方式上改变了传统的施工方法，VR的诞生给人们带来了不一样的感知交互体验，两者的结合势必会增强相互领域间的技术层次。在数字信息飞速发展的时代，BIM技术和VR技术相结合，有利于提高建筑工程效率，更有益于建筑模型信息化的常态化发展。BIM+VR的结合在设计前期方案评审中有助于规避设计风险，并在施工中进行三维方案模拟，模拟存在安全风险的方案，减少事故率，从而提高整个项目管理的水平。样板房、家装设计等只是VR与BIM相融合的开始，未来利用BIM与VR系统平台打造虚拟城市，为城市创造更多的新空间，推动超大型城市的形成与改变，辅助智慧城市建设，才是其发展的长远道路。在此过程中，无论是在设备硬件研究上，还是在内容填充上和交互功能体验上，BIM与VR都还有很长的道路需要走。但是现有专业BIM从业人员有限，BIM技术应用深度不够，硬件需求跟不上等问题也是BIM技术发展道路上需要解决的问题。当BIM与VR真正相互融合，带给我们的将不只是虚拟世界与现实世界的无痕切换，施工过程实时监控，而是一场全方位感知的盛宴，是一场建筑技术的新革命！

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