BIM技術(shù)與VR技術(shù)結(jié)合方法的研究★

李 金 云

(北華航天工業(yè)學(xué)院，河北 廊坊 065000)

隨著BIM技術(shù)的不斷發(fā)展，與VR技術(shù)相結(jié)合成為了必然，但是從目前的國內(nèi)專家研究成果來看，并非真正意義的將BIM與VR這兩種技術(shù)相結(jié)合，而是前期采用BIM技術(shù)建模分析，后期利用VR技術(shù)進行展示，嚴(yán)重制約了兩種技術(shù)相結(jié)合后作用的發(fā)揮[1]。董婉婉[2]研究發(fā)現(xiàn)BIM+VR技術(shù)對工程建設(shè)效率的提高和建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級有積極的推進作用。張學(xué)輝[3]提出了基于BIM與VR技術(shù)的“裝飾自主設(shè)計法”，周靜[4]將BIM+VR技術(shù)作為建筑設(shè)備運維管理提供了嶄新的管理方法和手段，徐晟[5]建立了融合BIM和VR的公路施工場地布置輔助決策系統(tǒng)，從上述研究可以看出，BIM與VR技術(shù)的結(jié)合已經(jīng)在工程項目多個領(lǐng)域進行了一定程度的融合，并取得了一定的成果。因此，本文綜合分析了BIM與VR技術(shù)相結(jié)合的優(yōu)勢，論述了BIM與VR技術(shù)三種結(jié)合方法，通過比較得出適用于工程實際的BIM與VR技術(shù)結(jié)合的方法。

1 BIM+VR在建筑工程領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢

1.1 設(shè)計階段

在當(dāng)今的建筑中，設(shè)計的外型越來越多樣，中規(guī)中矩的建筑逐漸退出了我們的視野，主要以造型復(fù)雜以及異性曲面的建筑形式為主。在設(shè)計階段，建筑師通過有限的想象力，設(shè)計出外型如此復(fù)雜多樣的建筑，對他們來說是極大地挑戰(zhàn)。與此同時在現(xiàn)如今的建筑效果展示方式中只能是通過多個角度的建模或沙盤來展示，但依然不能將完整的建筑信息展示出來，這樣就會給設(shè)計造成影響，甚至影響工程造價。若能在BIM技術(shù)建模過程中引入VR技術(shù)，就可以全方位的對建筑模型進行分析，避免出現(xiàn)建筑信息展示不全而造成的設(shè)計問題。在建筑設(shè)計完成以后，可以通過VR，來模擬火災(zāi)，地震等災(zāi)害，在VR場景中進行模擬自救演練，一定程度上檢驗設(shè)計的建筑在碰到突發(fā)情況下的逃生路線設(shè)計是否合理。

1.2 施工階段

建筑施工技術(shù)是一項復(fù)雜的實踐工程，每一種工程還包括了很多道工序。工序中選擇不同方法器械導(dǎo)致最后的結(jié)果也不同，所以在施工技術(shù)的實際操作前，可以利用VR技術(shù)+BIM的手段進行仿真模擬，從最后的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)施工中可能出現(xiàn)的問題，找到最優(yōu)解決方案[6]。VR技術(shù)構(gòu)建虛擬體驗場景，在施工前建筑工人就可以通過VR設(shè)備模擬施工過程，對建筑中的重難點進行提前預(yù)知，在體驗的過程中還可以對圖紙中存在的疑問進行有效反饋，這樣就達到了提高生產(chǎn)效率和降低建造成本的目的。BIM模型具有可視化、空間化，在使用過程中需要充分的發(fā)揮該優(yōu)勢，有效的進行復(fù)雜節(jié)點的可視化三維交底，并且結(jié)合VR體驗設(shè)備，從而使得整個過程變得更加真實，提高人們的真實感，對于施工人員能夠起到更好的輔助效果，更好的保障施工質(zhì)量。

1.3 樣板間階段

隨著VR技術(shù)的誕生，將結(jié)束購房者必須親臨賣房中心看樣品房的現(xiàn)狀，客戶只需通過虛擬現(xiàn)實體驗設(shè)備即可實際感知各地房源，在有限的空間內(nèi)即可實現(xiàn)提前感受生活在其中的感覺。同時對于開發(fā)商來說，VR技術(shù)打破了傳統(tǒng)的地產(chǎn)營銷方式，這極大地節(jié)約了客戶與開發(fā)商的成本。萬科、綠地、碧桂園等開發(fā)商，已將VR技術(shù)運用在項目中作為售樓處的體驗產(chǎn)品。根據(jù)高盛的研究報告，2020年歐美市場房地產(chǎn)VR的市場規(guī)模在8億美元，預(yù)計2025年為26億美元。而背靠中國巨大的房地產(chǎn)市場，相信市場規(guī)模應(yīng)該更大[7]。

2 BIM技術(shù)與VR技術(shù)的結(jié)合方法

2.1 BIM技術(shù)與VR技術(shù)通過3D Max，720云的結(jié)合

首先運用Autodesk Revit建模軟件創(chuàng)建施工現(xiàn)場的模型，將建筑、結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場場地布置模型、安全文明施工設(shè)施模型、綠化模型等全部放入一個場景，同時在Autodesk Revit建模軟件中將有貼圖的部分設(shè)置為不同材質(zhì)，且在材質(zhì)屬性中調(diào)出紋理編輯器，將其中的樣例尺寸設(shè)置與構(gòu)件實際尺寸相同，便于后期貼圖[8]。然后將Revit模型導(dǎo)出為FBX格式，再將其導(dǎo)入3D Max。在3D Max中，為模型加入燈光信息，然后打上攝像機，在渲染設(shè)置中將圖像縱橫比設(shè)置成2，同時攝像機設(shè)置成球形，并且覆蓋視野為360，最后進行渲染出圖。

渲染出的靜態(tài)圖，可作為設(shè)計的成果展示。渲染的360圖，用720云進行制作，在720云中設(shè)置開啟陀螺儀并制作，然后帶上VR眼鏡即可進行觀看。其在720云中制作的成品見圖1。若需要多個場景的轉(zhuǎn)化，則在渲染出圖的過程中多渲染幾個場景，之后通過720云網(wǎng)站設(shè)置不同場景切換的鏈接及特效。

此方法能夠在一定的程度上實現(xiàn)BIM模型與VR的結(jié)合，由于該方法在VR場景中所看到的物品是圖片轉(zhuǎn)換得來的，并不是單獨的模型，故而看到的東西不能進行操作，若需要進行復(fù)雜困難的管線綜合，使施工人員在VR場景中進行操作，模擬火災(zāi)，地震等災(zāi)害，在VR場景中進行模擬演練等均為不可行。

2.2 BIM技術(shù)與VR技術(shù)通過UE4的結(jié)合

UE4虛幻引擎已經(jīng)開源有幾個年頭了，因為其優(yōu)秀的畫質(zhì)所以在其開源后占據(jù)游戲/室內(nèi)VR等領(lǐng)域的地位。自1998年正式誕生至今，經(jīng)過不斷的發(fā)展，虛幻引擎已經(jīng)成為整個游戲界運用范圍最廣，整體運用程度最高，次世代畫面標(biāo)準(zhǔn)最高的一款游戲引擎。其渲染效果強大以及采用pbr物理材質(zhì)系統(tǒng)，所以它的實時渲染的效果做好了，可以達到類似vray靜幀的效果，是開發(fā)者最喜愛的引擎之一。

首先用Autodesk Revit建模軟件創(chuàng)建施工現(xiàn)場的模型，將建筑、結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場場地布置模型、安全文明施工設(shè)施模型、綠化模型等導(dǎo)出為FBX文件。其中后綴名為.Fbm文件夾攜帶著模型的各種貼圖信息，后綴名為.fbx文件即為模型文件，攜帶著模型的各種尺寸信息。將攜帶著建筑信息的FBX文件導(dǎo)入UE4，如果能夠直接使用這個模型，那么就可以在UE4中進行操作。然而這樣導(dǎo)入的模型，在UE4中為一個整體的box，既不能為其中的任意一個東西賦予材質(zhì)，也不能為其中的東西做修改，同時，由于Revit中建的模型面數(shù)過多，導(dǎo)入之后由于硬件的原因，對于比較大的建筑模型，導(dǎo)入之后電腦太卡，對電腦有極高的要求。

2.3 BIM技術(shù)與VR技術(shù)通過UE4，3D Max的結(jié)合

將Revit模型導(dǎo)入3D Max，然后用3D Max的模型導(dǎo)入UE4中。首先將Revit模型導(dǎo)出為FBX格式，然后在3D Max中導(dǎo)入，導(dǎo)入結(jié)果見圖2。

在3D Max中，通過選中構(gòu)件，右鍵，隔離選中對象將模型的各個部位分別隔離出來，然后單獨導(dǎo)出為FBX文件，隔離效果如圖3所示。

最后在UE4中進行合成組合，重新組成為一個房間。很多個房間組合在一起即為一個樓層，很多個樓層組合在一起，即為一棟樓的模型。在理想中可以這么實現(xiàn)一棟樓的建模，但是由于設(shè)備的原因，一個模型的面數(shù)達到一定的時候，電腦就會產(chǎn)生卡頓,這也是目前限制研究的原因之一。

2.4 三種BIM技術(shù)與VR技術(shù)結(jié)合方法的比較

鑒于上述表述，將三種BIM技術(shù)與VR技術(shù)結(jié)合的方式進行比較，見表1。通過表1比較三種BIM技術(shù)與VR技術(shù)結(jié)合方法可知，根據(jù)工程實際，選擇三種結(jié)合方法均可，但若想做到及時修改模型及參數(shù)，通過UE4，3D Max結(jié)合的方法更適合于BIM技術(shù)與VR技術(shù)結(jié)合，建議按照這種結(jié)合方法在建筑工程中進行推廣。

表1 三種結(jié)合方法的比較

3 結(jié)語

通過上述研究表明，BIM技術(shù)與VR技術(shù)的結(jié)合是我國建筑業(yè)發(fā)展的方向，這兩種技術(shù)的結(jié)合不能僅僅限于形式上的結(jié)合，更重要的是通過一些其他的工具實現(xiàn)兩種技術(shù)真正意義上的結(jié)合，本文總結(jié)了BIM技術(shù)與VR技術(shù)相結(jié)合在建筑工程中的設(shè)計階段、施工階段和樣板間階段的優(yōu)勢，并提出了三種結(jié)合方式：通過3D Max，720云的結(jié)合，通過UE4的結(jié)合，通過UE4，3D Max的結(jié)合，通過對比分析，提出BIM技術(shù)與VR技術(shù)相結(jié)合的最佳方法。研究成果可以為建筑工程中BIM技術(shù)與VR技術(shù)相結(jié)合提供一定的參考依據(jù)。