VR+BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用

張 宓，楊 旸

(云南林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650224)

0 前 言

我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展對(duì)建筑行業(yè)起到良好的推動(dòng)作用，建筑工程的規(guī)模與數(shù)量不斷提升，對(duì)施工質(zhì)量提出全新要求，如果采用傳統(tǒng)的施工技術(shù)與管控模式，不僅無(wú)法準(zhǔn)確把握工程質(zhì)量，而且施工資源損耗嚴(yán)重，與建筑企業(yè)的精細(xì)化管控理念相悖。因此，將傳統(tǒng)施工技術(shù)與現(xiàn)代化技術(shù)相結(jié)合，打造出VR技術(shù)與BIM技術(shù)融合的裝配式建筑施工體系，對(duì)施工全過(guò)程進(jìn)行設(shè)計(jì)模擬，能提前找出施工中存在的隱患問(wèn)題，制定科學(xué)合理的應(yīng)對(duì)措施，精準(zhǔn)控制各階段的施工資源損耗，對(duì)建筑行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義。

1 VR技術(shù)與BIM技術(shù)概述

VR技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，BIM技術(shù)是建筑模型技術(shù)，二者可以在建筑工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)與施工環(huán)節(jié)，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)與建筑模型結(jié)合技術(shù)，借助可視化技術(shù)與模擬技術(shù)對(duì)施工場(chǎng)景再現(xiàn)，并且利用相關(guān)技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為具體的數(shù)字動(dòng)畫(huà)，通過(guò)視圖方法獲取到對(duì)應(yīng)的建筑參數(shù)，在此基礎(chǔ)上對(duì)建設(shè)施工情況進(jìn)行模擬再現(xiàn)，結(jié)合相關(guān)因素進(jìn)行匯總分析，找出各階段存在的質(zhì)量隱患，對(duì)技術(shù)參數(shù)與方案銜接進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，保證建筑工程項(xiàng)目的順利開(kāi)展。同時(shí)，建筑模型技術(shù)還可以對(duì)施工所需的各類(lèi)構(gòu)件進(jìn)行模擬，根據(jù)施工方案對(duì)施工全過(guò)程進(jìn)行模擬演練，一方面可以準(zhǔn)確計(jì)算出各環(huán)節(jié)所需的各類(lèi)材料數(shù)量，另一方面可以對(duì)各施工階段的銜接情況進(jìn)行分析，避免交叉作業(yè)中的質(zhì)量影響因素?？偠灾?，將VR技術(shù)與BIM技術(shù)應(yīng)用到裝配式工程項(xiàng)目中，有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑行業(yè)的整體優(yōu)化，加強(qiáng)對(duì)建筑施工的全面管控[1]。

2 VR技術(shù)與BIM技術(shù)的應(yīng)用特征

2.1 仿真模擬

隨著建筑工程規(guī)模的不斷擴(kuò)大，僅借助BIM建筑模型技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)工作需求的預(yù)期分析，為進(jìn)一步強(qiáng)化工作效果，便要融合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，根據(jù)各類(lèi)建筑數(shù)據(jù)信息，對(duì)建筑施工流程進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，例如應(yīng)用建筑模型系統(tǒng)平臺(tái)，將各類(lèi)建筑材料與施工技術(shù)信息輸入到模型中，準(zhǔn)確標(biāo)注各項(xiàng)施工的順序流程，這樣系統(tǒng)可以根據(jù)數(shù)據(jù)信息對(duì)施工場(chǎng)景進(jìn)行模擬實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)平臺(tái)不僅可以與三維建筑模型技術(shù)相結(jié)合，強(qiáng)化仿真模擬的可視化成果，而且具備良好的信息交互功能，例如技術(shù)人員在仿真模擬階段可以對(duì)相關(guān)作業(yè)進(jìn)行替換，可看到施工方案調(diào)整后的應(yīng)用效果，將施工技術(shù)的搭配方案進(jìn)行可視化轉(zhuǎn)換，以三維模型的方式進(jìn)行呈現(xiàn)，如果計(jì)劃方案可行，則可以及時(shí)對(duì)后續(xù)的施工內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，在施工過(guò)程中不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案[2]。

2.2 應(yīng)用特征

VR技術(shù)在應(yīng)用中具有渲染優(yōu)勢(shì)、顆粒特效、新材質(zhì)管道與藍(lán)圖系統(tǒng)等特征，主要優(yōu)勢(shì)如下：①可視化技術(shù)具備良好的圖像顯示效果，可以對(duì)預(yù)設(shè)數(shù)值進(jìn)行準(zhǔn)確轉(zhuǎn)化，將位移技術(shù)與鑲嵌技術(shù)相結(jié)合，使具體實(shí)物的仿真模擬效果更加鮮明清晰；②顆粒特效編輯器主要應(yīng)用于各種再現(xiàn)與仿真，根據(jù)粒子動(dòng)態(tài)特征對(duì)細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行重組，實(shí)現(xiàn)對(duì)粒子參數(shù)的有效控制，具體包括顏色、大小、密度等，可以更加全面地反映出建筑實(shí)物情況；③新材料管道為技術(shù)人員提供全新的管控方式，使虛擬仿真場(chǎng)景更加開(kāi)闊，可以根據(jù)實(shí)際需求對(duì)材料特質(zhì)進(jìn)行調(diào)整，從而得到最佳的搭配方案，使相關(guān)技術(shù)參數(shù)可以滿足建筑施工質(zhì)量要求；④藍(lán)圖系統(tǒng)可以幫助技術(shù)人員拓展想法，進(jìn)一步開(kāi)闊視野，將各類(lèi)調(diào)整方法反映到具體的可視化模型中，準(zhǔn)確判定各種設(shè)計(jì)想法的實(shí)際應(yīng)用效果[3]。

2.3 成果展示

在實(shí)際應(yīng)用中，VR技術(shù)與BIM建筑模型技術(shù)都可以與操作平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接，數(shù)據(jù)信息有效通用。例如采用藍(lán)圖系統(tǒng)對(duì)裝配式建筑施工效果進(jìn)行分析，技術(shù)人員可以根據(jù)模型的再現(xiàn)情況，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合優(yōu)化，使建筑模型整體更具生動(dòng)效果與真實(shí)效果。對(duì)于施工材料來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)各施工階段的損耗情況，對(duì)后續(xù)的材料剩余進(jìn)行計(jì)算，從工程項(xiàng)目整體層面入手，對(duì)各項(xiàng)施工資源的損耗情況進(jìn)行準(zhǔn)確統(tǒng)籌，技術(shù)人員可以從多方面對(duì)不同計(jì)劃方案進(jìn)行橫向?qū)Ρ龋页鲂詢r(jià)比最優(yōu)的建筑方案。此外，VR技術(shù)與BIM技術(shù)的結(jié)合系統(tǒng)中，平臺(tái)還可以對(duì)施工人員與具體流程進(jìn)行嚴(yán)格管控，例如施工人員佩戴定位裝置，便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的全員位置控制，大幅度提升施工安全質(zhì)量。

2.4 流程模擬

裝配式工程的流程模擬先要采用BIM建筑模型技術(shù)，對(duì)施工階段的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合再現(xiàn)，隨后對(duì)施工全過(guò)程進(jìn)行模擬仿真，該類(lèi)技術(shù)主要應(yīng)用于各施工階段的銜接與交叉作業(yè)，技術(shù)人員可以根據(jù)建設(shè)對(duì)應(yīng)構(gòu)件，對(duì)施工流程與展示系統(tǒng)進(jìn)行查詢，準(zhǔn)確把握各項(xiàng)施工技術(shù)所需的材料，對(duì)施工流程進(jìn)行全面掌控，再將其轉(zhuǎn)化為具體的可視化系統(tǒng)。同時(shí)，流程模擬要嚴(yán)格按照施工方案中的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行，這樣才能準(zhǔn)確反映出設(shè)計(jì)方案中存在的不足。

3 VR+BIM技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用

3.1 裝配式施工全過(guò)程拆分設(shè)計(jì)

裝配式建筑施工中應(yīng)用VR技術(shù)與BIM技術(shù)，可以采用全過(guò)程拆分設(shè)計(jì)模式，也就是對(duì)施工全過(guò)程進(jìn)行精細(xì)化管控，著重對(duì)空間環(huán)境信息進(jìn)行分析，同時(shí)可以準(zhǔn)確判定各類(lèi)建筑構(gòu)件的應(yīng)用效果，合理減少外墻構(gòu)件與樓板構(gòu)件種類(lèi)，提高施工質(zhì)量與效率。拆分設(shè)計(jì)流程如圖1所示。先要對(duì)CAD圖形信息進(jìn)行識(shí)別，將相關(guān)數(shù)據(jù)提取到BIM建筑模型中，成功讀取BIM建筑模型數(shù)據(jù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)各施工流程與構(gòu)件情況，在對(duì)具體施工階段進(jìn)行細(xì)化分析時(shí)，可以拆分預(yù)制構(gòu)件的組合方案，形成準(zhǔn)確清晰的拆分圖，技術(shù)人員可以對(duì)各類(lèi)構(gòu)件進(jìn)行調(diào)整替換，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工材料方案的優(yōu)化[4]。

圖1 建筑工程拆分設(shè)計(jì)流程

3.2 基于BIM與VR技術(shù)的應(yīng)用流程

應(yīng)用BIM建筑模型技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各施工階段預(yù)制結(jié)構(gòu)的拆分，對(duì)梁、板、柱、墻等構(gòu)件進(jìn)行重組，形成全新的CAD平面圖形。例如對(duì)預(yù)制梁板進(jìn)行拆分，要根據(jù)裝配式建筑的BIM模型，建立各種梁柱節(jié)點(diǎn)的BIM模型族，根據(jù)不同節(jié)點(diǎn)之間的連接情況，在節(jié)點(diǎn)族中顯示參數(shù)情況，通過(guò)優(yōu)化算法對(duì)建筑模型進(jìn)行拆分，準(zhǔn)確體現(xiàn)剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用系數(shù)。此外，一方面可以從應(yīng)用質(zhì)量入手，通過(guò)對(duì)各類(lèi)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行替換，對(duì)裝配式建筑的整體質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算，另一方面可以從施工資源損耗與成本支出入手，選擇施工資源應(yīng)用最少的方案，以提升建筑企業(yè)的利潤(rùn)效益[5]。

3.3 強(qiáng)化施工信息交流

將VR技術(shù)與BIM技術(shù)應(yīng)用到裝配式建筑施工中，還可以強(qiáng)化施工信息交流，例如在早期的方案設(shè)計(jì)、調(diào)整優(yōu)化、施工部署中，需要投入較多的人力與物力，而且實(shí)際執(zhí)行效果較差，需要反復(fù)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，而VR虛擬仿真技術(shù)可以準(zhǔn)確對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行可視化展現(xiàn)，將施工內(nèi)容明確劃分為具體的崗位與人員身上，與施工責(zé)任管理體系進(jìn)行掛鉤，使精細(xì)化管理工作具有明確方向。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)時(shí)溝通交流，促使相關(guān)人員對(duì)施工方案進(jìn)行考察，將意見(jiàn)及時(shí)反饋到技術(shù)部門(mén)，可以提前對(duì)各項(xiàng)施工質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行處理，大幅度減少施工過(guò)程中的隱患問(wèn)題。

3.4 實(shí)現(xiàn)精細(xì)化成本管控

對(duì)于當(dāng)代建筑企業(yè)來(lái)說(shuō)，想要保證良好的行業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，便要對(duì)施工技術(shù)與材料進(jìn)行優(yōu)化革新，不斷提升建筑工程質(zhì)量，然而各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)與新材料會(huì)涉及到更多的成本支出，而且各施工階段面臨大量的施工資源損耗。因此，利用VR技術(shù)與BIM技術(shù)，還要針對(duì)施工成本進(jìn)行精細(xì)化管控，在施工前期對(duì)全過(guò)程進(jìn)行模擬仿真，準(zhǔn)確計(jì)算出各施工環(huán)節(jié)所需的材料數(shù)量及損耗程度，可以為施工現(xiàn)場(chǎng)管理提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。此外在大規(guī)模的建筑工程施工中，各施工環(huán)節(jié)的管理決策也要借助BIM建筑模型技術(shù)，通過(guò)對(duì)施工量進(jìn)行計(jì)算，合理部署施工人員及工作內(nèi)容，裁汰冗余的施工團(tuán)隊(duì)，實(shí)現(xiàn)人力資源的最優(yōu)配置，具有良好的應(yīng)用價(jià)值與實(shí)踐價(jià)值。

3.5 分析施工計(jì)劃執(zhí)行效果

最后要保證施工計(jì)劃的執(zhí)行效果，在VR虛擬再現(xiàn)中，逐步對(duì)施工計(jì)劃內(nèi)容進(jìn)行展現(xiàn)，例如決策者與技術(shù)人員可以進(jìn)入到建筑模型中，從任意視角對(duì)建筑整體進(jìn)行觀察，從材料應(yīng)用、采光情況、真實(shí)位置等方面細(xì)致觀察建筑成果，利用BIM技術(shù)建立工程模型，施工人員也可以直觀感受施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，找出施工環(huán)節(jié)可能存在的問(wèn)題，這樣不僅能夠提升施工質(zhì)量與效率，而且可以加強(qiáng)施工人員對(duì)工程項(xiàng)目的安全質(zhì)量認(rèn)知，在實(shí)際作業(yè)環(huán)節(jié)能夠按照前期部署的方案進(jìn)行落實(shí)，對(duì)施工技術(shù)、設(shè)計(jì)原理、受力分析情況有著準(zhǔn)確掌握。因此，建筑企業(yè)還要加強(qiáng)施工人員的技術(shù)水平培訓(xùn)，使其可以更加熟練地借助VR技術(shù)與BIM技術(shù)提升施工團(tuán)隊(duì)的綜合素質(zhì)。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，借助VR技術(shù)與BIM技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)施工模式進(jìn)行革新，可以加強(qiáng)施工計(jì)劃方案與實(shí)際執(zhí)行的契合度，準(zhǔn)確把控各施工階段的資源損耗情況，將兩種技術(shù)相結(jié)合不斷向深層次拓展，有利于大型建筑工程的順利開(kāi)展。本文針對(duì)VR技術(shù)與BIM技術(shù)背景下裝配式建筑技術(shù)應(yīng)用展開(kāi)研究，首先闡述VR技術(shù)與BIM技術(shù)的概念與特征，其次分析兩種技術(shù)的應(yīng)用情況，最后提出先進(jìn)施工技術(shù)在當(dāng)前建筑工程中的實(shí)際應(yīng)用成果，即裝配式施工全過(guò)程拆分設(shè)計(jì)?；赩R技術(shù)與BIM的應(yīng)用流程，強(qiáng)化施工信息交流，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化成本管控，分析施工計(jì)劃執(zhí)行效果，為建筑企業(yè)的良好發(fā)展提供助力。

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