李萌萌 李帆 姜凤珍

摘 要：在国家大力倡导发展装配式建筑的背景下，结合装配式建筑构造复杂性、长期性、一次性、特点以及为适应装配式建筑管理人才方面的需要，提出将成熟的BIM+VR技术应用到装配式建筑构造虚拟仿真实验教学中。从工程管理专业课程体系出发，构建基于BIM与VR技术的装配式建筑构造过程虚拟沉浸式体验平台，通过案例形象生动的向学生呈现装配式建筑从设计、场地布局、现场施工等过程，丰富课程体系内容，促进装配式建筑构造进一步向信息化方向发展。

关键词：BIM;VR;装配式建筑;虚拟仿真;实验教学

中图分类号：G642.0  文献标识码：A

BIM（Building Information Model）技术从建筑全生命周期出发，已成为建筑业备受关注的热点，推动了建筑业技术手段的变革。VR技术以其交互性、沉浸性、构想性等特点逐渐被应用到建筑行业方方面面。BIM技术的信息集成性为VR技术的实施提供了前景，二者技术的融合，能够深度优化虚拟建筑仿真效果，促进建筑行业信息化方向的发展。与此同时，我国建筑工业化、住宅产业化和绿色技术也在不断推进，不管是在工程材料上还是技术上都取得了很大的进步，这种形式下，装配式建筑应势而生。国内不少城市响应国家政策，出台促进装配式建筑发展的政策文件，并提供一定服务。由此可见，装配式建筑的应用，是未来建筑行业发展的一大趋势。

2016年国务院出台《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》，要大力培养具有装配式建筑专业知识的人才，鼓励高等院校在课程体系中合理设置相关课程，与对口企业开展校企合作，促进专业人才的培养。目前，很多高校都没有开设装配式建筑课程，虽然不少高校正逐渐将BIM技术纳入课程体系，但将BIM技术与VR技术应用到装配式建筑构造实验教学中的高校很少，造成装配式建筑专业人才的缺乏。

基于上述现状，已有部分学者对BIM技术、VR技术在建筑类专业教学中的应用进行了探索。余宏亮等提出了BIM虚拟仿真实训平台的整体架构，并将其应用于工程管理专业[1]。王凯等构建了一种新型的BIM+VR装配式建筑教学平台，进而指出装配式建筑教学平台的构建对于产业发展的意义与前景[2]。陆海燕等结合传统土木工程施工类课程，构建了基于BIM+VR的仿真教学系统，促进了教学方法的改革[3]。杨阳等结合实际工程案例，对基于BIM和VR技术的土木工程施工课程进行了研究与探索，创新了教学模式[4]。这些研究为基于BIM技术和VR技术在建筑类专业中的教育开辟了新天地。

目前不少高校的工程管理专业课程体系中虽然含有装配式建筑构造知识，但相关知识的学习仅限于传统理论教学，学生在掌握知识上较为被动，因此，引入BIM+VR技术装配式建筑构造教学平台具有显著的意义。

1 BIM与VR技术在装配式建筑构造虚拟仿真实验教学中的整体构思

随着信息技术的发展，虚拟仿真实验教学以其可视化、效率高、安全性、成本低、资源共享等特点在各高校中得到广泛应用，不仅在一定程度上解决高校实验实训的困难，还可丰富实验内容，提升实验教学效果。工程管理专业是工程技术与管理相互交叉综合性学科，主要培养从事工程方面的复合型人才[5]。通过对本校工程管理专业课程体系及对应的实践教学进行研究，发现装配式建筑的知识是穿插在传统现浇式建筑相关课程中，由专业教师通过理论知识、图画、视频等形式向学生进行讲解，加之学生校外实践机会少，学生对装配式建筑知识的学习没能及时转化为实践能力。

本研究在遵循虚拟仿真实验教学原则的基础上，以工程管理专业为依托，将BIM与VR技术相结合引入装配式建筑模型设计、场地布局、现场施工模拟的虚拟仿真实验教学中。给学生呈现出可视化的图形和交互式的场景虚拟，让学生切身感受到装配式建筑构造的施工过程，增强实验体验，加深对装配式建筑构造相关知识的理解与掌握。

基于BIM+VR技术的装配式建筑构造虚拟仿真实验教学平台的开发，主要分为两个阶段：第一阶段是以本校工程管理专业为参考，梳理工程管理专业教学大纲与课程体系，搜集装配式建筑项目相关案例;第二阶段是实验教学平台建立的主要阶段，首先依托工程管理专业的工程制图、房屋建筑学等课程，对装配式建筑的构造模型进行设计，选取比较成熟的建模软件Revit进行三维建模，三维模型建好后一键导入Fuzor软件进行VR渲染体验，两个软件可实现同步修改变化，方便学生对装配式建筑的每个构件有直观的认识与体验，在虚拟逼真的环境中可做进一步的深化设计。在三维模型建立基础上，根据工程项目管理、施工组织等课程的理论知识，进行场地布置，选取广联达BIM施工现场布置软件进行虚拟模拟布置，通过软件自带的图元或导入CAD图纸、GCL文件等可快速建立直观、形象的場地模型[6]。最后将三维模型与场布模型导入广联达BIM5D软件，结合土木施工技术等课程，添加进度信息后与模型相关联，可完成装配式建筑施工模拟，配合VR设备可进行虚拟漫游VR体验。

2 BIM与VR技术在装配式建筑构造虚拟仿真实验教学平台的应用

本实验教学平台按照学生认知到实践再到创新设计的原则出发，将理论知识与实践教学相结合，通过BIM与VR技术，让学生清晰地了解装配式建筑构造形式和施工工序。以某装配式建筑为例，实验教学平台主要从以下几方面设置。

2.1 装配式建筑模型的建立

装配式建筑与传统现浇式建筑相比，装配式建筑的大部分构件需要预制加工，且构件是在构件加工厂生产完成，然后运到施工现场，吊装就位拼接完成，因此在建模前，应熟悉相关施工图示、构件平面图及构件连接要点等。结合预制构件模块化和标准化的特点，利用Revit软件建立重复利用的预制装配式墙、柱、楼梯、窗等构件，形成构件标准模型族库（见图1），为方案设计和调整、变更提供依据。为保证Revit建立的模型能够导入广联达BIM5D软件，建模时遵循《Revit导入广联达GCL建模交互规范》的构建命名规则进行命名[7]。

构件族创建好后，利用Revit软件进行构件拼装，形成具有参数化信息的三维模型。为了让学生更加真实地体验所建立的模型，将Revit软件所建立的三维模型，一键同步到VR技术下的Fuzor软件中（见图2），两个软件可实现同步变化与修改，一个软件对构建进行了修改都会同步到另一个软件中。在Fuzor软件中通过操作可进入模型内部进行VR虚拟漫游，结合软件中的冲突分析，及时发现模型存在的问题，导出报表做进一步的深化设计。

2.2 施工场地的布置

施工现场布置图设计是单位工程开工前准备工作的重要内容之一。在装配式建筑施工现场平面布置时，考虑到装配式建筑多由预制构件现场浇筑或机械固定组装而成，因此在对施工场地规划时，应着重考虑预制构件堆放区、机械布置、临建设施等的位置。广联达BIM施工现场布置软件，内置丰富的施工场地构件库，可快速建模并对场地布置进行合理性分析，图3为建立的施工现场布置图。软件中的虚拟施工功能，可让学生形象、直观地了解到场地布置的流程，对装配式建筑的施工流程有个前期的了解。此外成果文件可直接输出形成BIMVR，通过AR台、3D大屏再现VR场景，实现情景化教学。

2.3 装配式建筑施工模拟

施工模拟是在三维模型的基础上添加时间轴，随时间的变化模拟建筑物从开工到竣工的施工过程。建筑模型和场布模型建好后，导入BIM5D软件，附着上施工进度计划，施工进度计划可由Microsoft Project软件制作或斑马梦龙网络计划软件制作，便可让学生不出教室，就可直观体验到装配式建筑施工过程（如图4所示），同时也可培养学生的施工组织设计和管理能力。在BIM5D软件中进行的施工模拟可导出视频，配合VR硬件设备，可实现虚拟教学，提升教学效果。对于预制构件的吊装、拼接等程序，可由教师提前做好案例，导出视频，在仿真的现场条件下，让学生真实感受施工现场环境，理解作业过程，观察学习施工工艺。

3 实验平台在工程管理专业中的应用点

3.1 丰富专业课程体系

实验平台在原课程体系的基础上，添加了装配式建筑施工过程相关内容，同时将工程制图、房屋建筑学、土木施工技术、工程项目管理等课程统筹规划，丰富了课程体系内容。实验平台的各环节还可将部分专业理论知识进行凝练和优化，加强课程之间的内在联系，以综合实训为主体，便于学生系统高效掌握理论知识，提高实践能力。

3.2 提高学生识图建模能力

在裝配式建筑模型设计时，利用Revit软件进行参数化三维建模，在三维模式下，学生可以清晰了解到每个构件的形状及组成，加深对图形构造的理解。借助Fuzor软件的VR漫游技术将模型直观展示出来，让学生全情投入模型中进行设计和观察，在逼真的实践情景中夯实理论知识，提高建模能力与创新能力。

3.3 实现装配式建筑施工流程的可视化教学

高校装配式建筑相关知识的学习中，想要深入了解装配式建筑施工流程，在理论知识扎实的基础上，必须实际参与到项目中才能达到目标。而借助实验平台，在完成BIMVR建模与场地布置的基础上，链接上进度计划信息，便可实现施工流程的模拟，配合使用VR设备可在虚幻的情景下全方位了解到装配式建筑的施工流程。在有限的课时内以低成本、安全、高效的形式解决实践难、不确定性因素多等难题。实验平台创建的虚拟环境，改善了传统教学情景，以可视化的教学方式使学生的思维、创新度充分舒展，获得更好的学习实践体验。

结语

工程管理专业是一门综合性的专业，其培养目标是为社会培养出既懂管理又会技术的专业性人才。装配式建筑是建筑行业新的方向。通过BIM与VR技术将装配式建筑构造过程以虚拟实验的形式应用到工程管理专业的教学中，不仅可将理论知识串联起来提高教学效果，也是建筑行业对新时代专业人才提出的新要求。通过实际调研发现，将BIM与VR技术应用到工程管理专业的装配式建筑构造虚拟仿真实验教学中是可行的，BIM技术和VR技术的综合应用，可让学生直观形象、沉浸式地了解到装配式建筑构造的全过程，加深对理论知识的理解，提高实践能力。

参考文献：

[1]余宏亮，刘玲，许媛媛.工程管理专业BIM虚拟仿真实训平台构建研究[J].土木建筑工程信息技术，2018，10（3）：5156.

[2]王凯，蔡瑞，刘秋元，等.基于BIM+VR的装配式建筑教学平台构建研究[J].中国教育信息化，2019（12）：8185.

[3]陆海燕，鲍文博，宁宝宽，等.BIM与VR技术在土木工程施工教学改革中的探索与实践[J].高等建筑教育，2018，27（5）：127131.

[4]杨阳，姚刚，沈鑫，等.基于VR和BIM技术的场景沉浸式土木工程施工课程建设[J].教育教学论坛，2020（7）：248250.

[5]缪燕燕，陈红艳.关于设置工程管理专业方向的思考[J].高等建筑教育期刊，2005（2）：2932.

[6]蒋斯粟，单敏，陈超，等.BIM技术在毕业设计中的应用探索[J].价值工程期刊，2018（33）：159161.

[7]钱涛.基于广联达BIM 5D平台的Revit房建结构建模技术初探[J].工程建设与设计，2019（22）：1618.

基金项目：2020年度国家自然科学基金委资助项目“多虚拟社区环境下员工工作激情演化的突变及控制机制”（72001121）;青岛理工大学2020年学校实验技术研究项目“BIM VR技术在装配式建筑构造虚拟仿真实验教学中的应用研究”（[2020]20号）

作者简介：李萌萌（1988— ），女，山东青岛人，硕士，实验师，主要从事建筑工程管理研究。