基于BIM的虚拟现实技术在工程项目中的应用

发表时间:2019/4/4   来源:《知识-力量》2019年7月上   作者:甘鱼倩
[导读] 近年来BIM与虚拟现实技术在各个领域不断发展,越来越多的工程项目在建设过程中采用这两种技术。

(重庆交通大学经济与管理学院,重庆 400074)
摘要:近年来BIM与虚拟现实技术在各个领域不断发展,越来越多的工程项目在建设过程中采用这两种技术。本文首先介绍了BIM与虚拟现实技术的概念以及两种技术在工程项目中的应用理念与方法,以江苏省无锡市滨湖区的蠡湖校区专家楼工程项目为基础,以Revit和Fuzor两种软件为工具结合实例来探讨BIM与虚拟现实技术给工程项目建设带来的效益,最后对BIM与虚拟现实技术在工程项目领域的发展前景做出展望。
关键词:BIM;虚拟现实;工程项目

 
        1 引言
        1.1研究背景
        如今数字信息不断发展,工程项目在规划、设计、施工到运营维护阶段,已经陆续使用数字信息工具来辅助管理工程项目。传统费时费力的计算方式逐步被数字程序取代,传统的绘图方式也已被电脑数字绘图取代。数字信息工具的使用离不开三维立体技术,三维立体技术发展到如今成为能够给用户带来五感效果的虚拟现实技术。而工程项目在建设工程全过程运用BIM及虚拟现实技术,可得到项目质量提高、效率提升以及节省成本等效果,本课题就是在这一背景下产生,深入探讨BIM及虚拟现实技术在建设工程项目中的应用。
        1.2研究目的和意义
        在工程项目中,会经常发生设计主题不符合要求、图纸说明矛盾、工程数量核算错误及设计内容不清晰等问题,这些问题经常造成工期拖延,设计成果质量低,施工过程中变更频繁等问题,严重损害参与工程的各方利益。
        BIM技术可以实现3D可视化模型、4D模拟演示、5D成本实时动态管理等,提供协同设计的平台防止设计冲突,还可模拟施工流程。
        在工程项目建设全过程中加入BIM技术并通过使用虚拟现实工具可达到提高设计效率、提高项目质量、节约成本等效果。
        1.3国内外研究现状
        国外研究现状:BIM与虚拟现实技术的概念都是于美国发展起来的,所以在国外两项技术的研究发展都较为成熟。早在2003年美国就实现4D可视化施工模拟而推出了相关计算机系统PM4D;Bentley公司开放了一套依附于中央信息模型数据库的建筑工程数据共享系统,也是BIM与虚拟现实发展的一大进步。
        国内研究现状:中国大陆接触到BIM技术概念的时间比较晚,在“十一五”规划中BIM被列入国家科技支撑计划重点项目。虚拟可视化技术在国内的真正兴起要追溯到上世界八十年代[1]。此后,虚拟技术在发展的过程中也逐渐的引起了政府的重视,国家相继在“九五”攻关计划、国家“863”计划、国家自然科基金会等都资助项目中都把虚拟现实技术列入到国家科研基金的资助范围之内[2]。国家发展和改革委员会发展规划司正式发布《国家教育事业发展“十三五”规划》规划明确提出要支持各级各类学校建设智慧校园,综合利用互联网、人工智能和虚拟现实技术驾驭教学新模式。此规划说明未来我国虚拟现实技术将在国家政府的支持下不断发展,前景光明。
        2 BIM及虚拟现实技术
        2.1BIM
        美国国家BIM标准将BIM定义为:“BIM是设施物理和功能特性的数字表达;BIM是一个共享的知识资源,是一个分享有关这个设施的信息,为该设施从概念到拆除的全寿命周期中的所有决策提供可靠依据的过程;在项目不同阶段,不同利益相关方通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息,支持和反映各自职责的协同工作”[3]。利用这种新型虚拟建造流程可以对整个项目全生命周期的不同阶段技术性难点、关键节点部位进行质量把控[4]。
        2.2虚拟现实技术
        2.2.1 虚拟现实技术的概述
        虚拟现实技术就是包含虚拟现实VR、增强现实AR、混合现实MR的一种先进的人机交互技术。通过建立一个包含实时信息、三维静态图像或者运动物体的完全仿真的虚拟空间,实现空间的一切元素按照一定的规则与使用者进行交互。
        2.2.2 人机交互
        目前适用于VR的交互技术包括空间追踪、动作捕捉、手势识别、眼球追踪以及实现五感交互。实现五感交互就是指让用户在虚拟环境中仍如现实环境中一样对环境产生视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉各方面的感知。要完成建筑模型的虚拟仿真,必须要解决实现VR的空间定位技术、动作捕捉、体感手势识别、眼球识别等问题。
        2.2.3 VR引擎
        一般虚拟现实技术的实现是在原始的三维模型基础上结合主流的VR引擎进行场景制作,也就是能够实现在计算机上设计改造可呈现在屏幕上的虚拟场景的软件程序。目前国内市场的主流的VR引擎有UE4引擎、CryEngine3、Unity 3D、Cocos 3D等。其中Fuzor集成了BIM和VR两种技术,作为与Revit直接联系的VR插件,利用Fuzor完成模型的可视化时则不需要简化模型。
        2.2.4 VR设备
        目前虚拟现实技术的实现方式主要有两种:一种是专业的VR头戴显示设备,通常指VR眼镜;一种是类似于Cardboard这样的手机眼镜。
        以HTC Vive系列的VR设备为例。如图2-1所示,HTC Vive通过一个头戴式显示器、两个单手持控制器、一个能于空间内同时追踪显示器与控制器的定位系统给使用者提供沉浸式体验。头戴式显示器将用户对外界的视觉听觉封闭,通过头显上对应左右两只眼睛的屏幕产生的带有差异的图像给用户带来虚拟体验。


 
        图2-1 HTC Vive系列VR设备
        Fig.2-1 HTC Vive series VR devices
        3 BIMVR技术在工程项目中的应用
        BIM与虚拟现实技术(BIMVR)是将BIM和VR结合起来的一种技术手段。BIM软件做出的BIM模型虽有一定的可视化功能,但在视觉效果上和真实的建筑有很大的差距,而VR可以弥补这一缺陷,通过渲染可以让模型达到很高的真实度,实现虚拟现实。
        3.1 项目的决策阶段
        在项目的决策阶段,运用BIM技术事先建立各个设计方案的建筑模型,可以较为完整的计算出建筑的各项工程量,在建筑模型的基础上估算建筑成本,模拟施工进度,选择符合时间、质量、进度、成本要求的最好的方案。
        利用 BIM 虚拟施工技术,在图纸会审阶段实现各专业协作和图纸优化,施工前通过仿真合理划分施工段、施工过程及流水作业面; 施工中将时间维度融入到三维立体模型,实时掌握施工计划与实际进展之间进度偏差,便于各工程参与方协同动态纠偏[5]。
        3.2 项目的实施阶段
        BIM具有相同工程项目数据源,可解决分布式以及不同工程数据之间的一致性和整个周期的共享问题,支持建设项目生命期中所有相关的工程信息创建、管理和共享[6]。
        BIM+VR技术建立的三维模型相较于传统的设计图纸更为直观更加容易理解,三位模型中包含项目的全部信息,可以定义每一个构件的大小、材质、位置,施工人员通过建筑模型事先模拟建筑完成后的样子,能够避免一些不必要的错误,提高施工效率、减少施工事故、提高施工质量、节约成本。发生施工变更的情况可根据变更要求直接在模型上修改,使变更的内容更清晰,更便于施工,也避免了很多繁琐的步骤。
        3.3 使用前准备阶段和保修期
        在工程项目竣工前,可借助BIM+VR技术进行房地产销售。借助VR设备让业主进入到构建的虚拟仿真的楼盘项目中,给顾客带来最好的用户体验,促进销售业绩。
        利用BIMVR技术可以建立出项目的三维模型,贯穿工程项目全生命周期,在不同的阶段有着不同的作用,利用BIMVR技术建立三维模型可以培养团队合作能力,同时将理论技术付诸实践,直观的了解项目的空间布局、材质、构件等信息;对实际工程项目来说,BIMVR技术可加快设计的效率,同时在施工过程中能够系统进行工程项目管理,减少施工错误,同时还有利于节能建筑的开发和可持续设计的优化。
        4 结论与展望
        4.1结论
        BIM+VR技术现在是各个行业领域赤手可热的技术。BIM技术是推动建筑业信息技术到更高层次的一种新技术,BIM的全面应用将大大提高建筑工程的集成化程度[7]。VR引擎可用于游戏、绘画、建筑空间设计、城市空间设计、景观环境设计、道路内部结构设计、建筑遗产模拟修复等项目。在建设工程项目领域,基于BIM的虚拟施工技术是一个新的主题。虚拟施工技术可以实现传统施工方法的全面转型,施工企业组织管理和生产方面的改变[8]。
        4.2不足之处及未来展望
        BIM+VR技术虽不断在发展,但在我国该技术使用范围还比较局限,主要应用于大型游戏以及大型建筑项目,一般建筑项目主要还是使用BIM技术,并未将BIM与VR结合起来,部分房地产公司会在房地产销售时运用BIM可视化技术建立楼盘模型,并让顾客戴上VR设备进入到仿真的楼盘环境中。但总体来说BIM+VR技术的使用还有很大的空间可以发展,随着科技的进步,相信基于BIM的可视化技术将不断地应用在各个行业,越来越多的人类将会接触到这门技术。
参考文献
[1]付朝阳.市政工程项目建设三维虚拟动态管理技术研究[D]. 石家庄铁道大学,2013.
[2]李娟.用数字技术再现圆明园全貌[N]. 光明日报,2002-3-24.
[3]Jerry Laiserin,Comparing Pommes and Narajas[J],The  LaiserinletterTM,the 16th,December,2002.
[4]吴吉明.建筑信息模型系统(BIM)的本土化策略研究[D].北京:清华大学,2011.
[5]蒋爱明,黄苏.BIM虚拟施工技术在工程管理中的应用[J].施工技术,2014,43(15):86-89.
[6]于松涛,徐振成.精通SQL Server 2000数据库管理与开发.第1版.北京:人民邮电出版社,2001: 65-88
[7]Kroner W M. An Intelligent and Responsive Architecture. Automation in Construction,1997(6): 386 - 393
[8]Siwen Bai.Secondary Developments Based on BIM Virtual Technology[M].Springer Berlin Heidelberg:2013

 

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