基于BIM 的VR 技术在场布设计中的应用探究

张 颖，陈 虹，唐映年

(成都工业学院，四川 成都 611730)

1 概述

BIM 即建筑信息模型(Building Information Modeling) ，是对设施的物理特征和功能特性的数字化表示，它可以作为信息的共享源从项目的准备阶段为项目提供全生命周期的信息服务，这种信息的共享可以为项目决策提供可靠的保证[1]。

VR 即虚拟现实技术(Virtual Reality) ，这种技术把真实度极高的视觉、触觉、听觉有机结合，营造一种虚拟环境，让置身其中的人们体验感极强，与此同时，结合一些技术设备，使得使用者在现实环境中，可以进行信息反馈，并在虚拟环境中得以体现[2]。

BIM 为VR 技术提供了虚拟仿真所必要的模型和信息，VR 技术替BIM 技术解决了最大化的视感和触感。VR 和BIM 的结合使得场布更具信息化、可视化的特点，加强对施工过程的管理能力。二者结合，可以切实地通过视觉、触觉对实际工程的问题进行解决。本文着重研究基于BIM 的VR 技术在场布设计中的应用。

2 BIM 与VR 相结合

在国家行业信息发展的影响下，二者的结合也成为了必然的发展导向，以全面优化建筑工程的各项环节。BIM 需要VR 提供虚拟场景以提升用户体验，VR 需要BIM 提供模型数据和信息，BIM 优势是能够让信息数据化，而VR 优势是能够把信息反馈出来，二者需求互补，优势互补，市场需求极大，两种技术的结合可以使得建筑行业更加长远的发展。

2．1 结合方式

根据当下发展状况，BIM 技术与VR 技术结合从形式上来说可分为间接效果结合与直接数据结合，即分为“BIM+VR”与“BIMVR”两种形式。其中，“BIMVR”形式致力于场景环境综合效果和画面帧率，但这种结合方式完全抛弃BIM 模型本身的信息，只对外观效果进行优化。而“BIMVR”形式可以体验BIM 模型的空间与外在展示效果，还可以直接选择、读取、修改BIM 模型中的构件属性等操作，更符合基于BIM 技术的VR 技术在场布设计方面的未来发展趋势，本文以“BIMVR”形式着重讨论基于BIM 技术的VR 技术在场布设计中的应用。

2．2 “BIMVR”形式的优势

VR 技术所带来的虚拟场景、视觉和触觉的全新体验是传统的场布设计过程中所不具有的。以VR 技术所含有的基本特征为基础，以下是基于BIM 对于VR 技术在场布设计中特点的详细分析。

2．2．1VR 将BIM 的可视化完美展示

VR 将BIM 的数字模型完美展示，对数据信息进行模式化处理。在场布布置中，可以利用VR 技术高度还原真实世界，通过仿真动态展示将周围原有建筑、原有景观、原有道路等方面流畅展示，它可以细致到草本植物、广告牌、标语等提供准确具体的分析数据，保证施工方案最优化。例如，如果将此应用到汽车站内，则可以带入乘客身份，你将看到在立体化的环境，并且可以随意走动，你能切身感受到售票厅是否便捷、候车室座椅是否舒适、扶梯的高低、站台是否美观。你可以注意到每个细节，就如身处其中一样，感受将完全与传统的想象不同。

2．2．2VR 技术可以协助设计更好的景观

VR 给BIM 模型赋予颜色、材质，给人良好的交互式体验。VR 技术的融入绝对不仅仅是视觉上的不同，它还可设置一草一木、材质、地砖铺设的方法等，设计师可以直观感受植物布置是否合理，整体布置是否符合要求，帮助设计师更为直观的创意设计。例如，如果将此应用到公园之中，设计师可以直观感受到设计方案，包括公园里的花草树木、建筑物墙面的装饰、公园椅子的设计等。VR 技术的融入，可以从各个不同的小细节协助设计师设计更优美的景观。

3 基于BIM 的VR 技术在场布设计中的应用

3．1 工程概况

本工程为养老康复中心工程A 座(养护中心——介护) ，地上6 层，耐火等级一级，基地位于先农坛路以南，千佛山路以东。建筑总面积12 043． 89 m2，建筑高度23．98 m，本工程结构形式为框架结构，走廊及疗养室均采用吊顶。康复中心的功能分区主要包括康复医疗区、培训科研区、办公与后勤保障区，还可根据自身发展和立项情况设立居住生活区和预留发展区。医疗康复区位于园区主体，居中心位置，且临近主要交通要道，其他功能沿周边布置，同时应充分预留发展用地。以本工程为例说明基于BIM 技术的VR 技术在场布设计中的应用。

3．2 工程特点和难点

该工程质量标准高，要求符合疗养、盥洗、配电等多方面要求; 且不同于常见的方正建筑，外墙倾斜，且为折线形建筑，具体外观形态如图1 所示。该建筑的特征为工程量大，施工流程复杂，尤其建筑物独特外形，需要专业的技术把控。

图1 养老康复中心工程A 座模型图

3．3 实际应用

根据实际应用和操作，分为建模阶段和BIM 融入VR 阶段。

3．3．1建模阶段

在BIM 建模阶段，利用Revit 2018 对模型进行创建。在Revit 2018 中，先识图，然后分为两个部分绘制。第一部分为土建部分，导入CAD 图纸，绘制标高、轴网，再绘制基础、柱等承重结构，接着绘制梁、墙、楼板、楼梯、室外台阶、屋等等。第二部分为安装部分，根据安装图纸的电气、暖通、给排水的布置具体绘制电气线路，给排水管道、暖通管道，并严格按照管线布置原则，对安装模型整合时进行调整。将土建、安装等模型信息进行整合，完成模型创建。在绘制完成后对模型进行扣减，进行管线的碰撞检查、外墙装饰、室外散水等一系列精细化处理。

3．3．2BIM 融入VR

BIM 融入VR 需要对模型的光线、画面、天气等进行深化设计。首先，将完成的BIM 模型导入相关软件创建模型。其次，对灯光效果进行设置，包括平行光的设置、点光源的设置、聚光灯的设置、照明设置等，确保昼夜光线充足。接着，还需要对场内各类构件的材质进行调整，比如公共座椅、水池、地砖等，增加视觉效果。然后，需要添加滤镜，对画面进行增强处理、树木和风区场景设置、天空场景设置，并且，还可对四季天气场景进行设置。此外，还需要进行交互设计，例如移动路径交互、观察点交互等。最后，需要将场景打包上传浏览、检查VR 场景。在这个场景中，设计师可以按照想法输出效果，可任意导出漫游路线、漫游视频等。

在整个设计过程中，设计师需要根据设计思路或者客户需求设计，在设计时参照已有建筑风格、昼夜不同使用需求、疗养院特殊需求设计，设计道路、电路、管道、照明、材质等，弥补BIM 技术静态可视化缺陷，进行深化设计，将场布设计更为精细和美观。通过计算机程序的运作处理之后，画面还可以传送到手机和电脑上，体验者只需要带上专业设备，就可以在虚拟场景下任意走动，提前感知设计方案细节以及其合理性，充分保证方案的最优化。

3．4 场布设计的具体应用

在实际操作过程中，“BIMVR”形式可以融入到场布设计的各个阶段，都可以协助设计，美化场景。下文将通过场布设计的准备阶段、初步运用阶段、深化阶段、总结阶段阐述。

3．4．1准备阶段

在准备阶段，帮助设计人员对内外环境充分了解，初步设计施工阶段的场布。在场布设计的准备阶段，可先模拟已有建筑的分布以及具体的外观形态，建筑结构以及使用功能等因素，模拟出一个虚拟场景。这不仅可以根据原有建筑设计，兼顾场布内外布置，而且如果存在一些特殊性质物体，例如场地内有电线杆或者高压线、当地特色植物种类时，在场布的设计中还需要考虑安全和特色植物保护等，充分考虑设计方案的合理性。

在准备阶段，尤为需要全局、整体考虑。首先，需要考虑电线、管道的布置和道路的走向:将临时用电和永久用电相结合，将临时用水和永久用水相结合，将临时道路使用和永久道路相结合，以便节省投资，减少浪费。然后，需要考虑材料堆放、给排水布置、板房布置等，既要保证安全防火，保护环境，又要做到有利施工，方便生活。在设计完成后，可以利用VR 技术对施工现场进行安全测试。设计人员可以模拟施工人员，在场内模拟施工，考虑可能会出现的安全事故，提前做好防范措施。

3．4．2初步运用阶段

在初步运用阶段，可协助设计人员快速直观查看模拟方案。尤其在初步运用阶段，可以根据当地的文化习俗、居民习惯、使用者的情绪因素，适当考虑添加一些特色元素、特色景观或者人性化设计。例如，可以根据建筑物实际应用，满足使用者对白天和夜间不同的使用需求，白天则需要模拟太阳光照射，晚上则需要模拟路灯等照明设备，帮助设计人员合理设置座椅位置和路灯位置，既需要保证白天的行人的休息，也要保证夜晚的灯光效果，还需要保证安全运行、节能运行，而虚拟场景可以给设计人员带来一个很直观的感受作为设计参考，例如，图2 为养老康复中心A 座模拟白天光照图。不仅如此，虚拟场景也可以帮助设计人员及时调节方案需要达到的硬性要求，例如标高要求，道路要求，噪声源要求，绿化要求等。除此以外，还有在设计过程中，可以根据虚拟场景合理选择材料、材质，比如道路材质、公园椅子材质和健身设备材质等等[3-4]。

图2 模拟白天光照图

3．4．3深化阶段

在深化阶段，可解决设计中存在的管线碰撞等问题，优化设计方案。管道冲突或者安装不合理，是由于设计人员的信息不能及时共享，造成不合理的设计。后期的修改会延长设计阶段的时间，甚至可能达不到预期效果。在虚拟设计中，设计人员可以根据使用功能来设置相应的燃气、排水以及供电供暖管道设施，合理设计管道。首先，在设计过程中，基于虚拟场景，可以打破传统设计信息的共享不充分、不及时，各专业管道信息可以得到整合并且共享给各个设计人员观看，实时变换，多角度观察，方便设计人员之间的讨论和修改。如果发生碰撞，首先可以在虚拟场景内进行碰撞检查，分别对给排水、暖通、燃气管道碰撞原因进行分析，得到碰撞点结果，根据碰撞的图元，对碰撞的通道做出合理的处理，消除解决碰撞问题的同时，控制保证其基本功能，达到精细化设计。其次，由于信息的共享不及时，在设计工程中，各专业的设计人员可以互相监督有没有设计达到预埋管道的要求，并及时和其他设计人员沟通，做出更改，避免反复碰撞，反复更改。

3．4．4决策阶段

决策阶段可协助体验者直观体验和了解设计方案。在这个阶段，基于BIM 技术的VR 技术仍然有独特的优势。不仅设计人员可以直接体验设计方案，而且，VR 技术可以给甲方带来一种全新的认知和感知，快速在场布内漫游，直观感受到设计方案的要点和特点。同时，VR技术可以提前设计好漫游路线，还可以根据现场需求，快速现场设置漫游路线，相较于传统的展示方式，避免视频流水般的展示，需要体验者人为想象，VR 融入可以带来身临其境的感觉。除此以外，他们可以切换季节、天气、昼夜等，从各个不同的角度直观感受整体设计，还可以查看设计的材质，帮助他们对整个设计方案短时间内全面了解，提升他们的体验感和满意度。如果方案还需要再次更改，也为双方的沟通提供了保障，双方都可以在场布内快速、准确理解对方想法，为二者沟通带来便捷。

3．4．5总结阶段

总结阶段可保存数据作为案例，用于学习和交流。由于数据保存较传统资料保存更加易于保存，也更为便捷和直观。某些公司会对设计人员进行长期培训，尤其是在某些大型项目设计之前。对于一些优秀的设计方案，公司可以利用BIM 技术和VR 技术建立虚拟模型，多组织相关的设计人员学习优秀场布设计项目的施工经验，虚拟场景带来的真实的质感也很能帮助相关设计人员快速直观感受优势和劣势，提升他们的设计水平。并且，这些数据可以反复多次使用，长久平均下来投入较小。同时，保存的数据也可为后期设计阶段的改造方案的编制提供有力依据，也可用于各个单位之间或者行业与行业之间的沟通交流，方便后期应用于建筑改造和行业内外交流。设计阶段的场布全景图见图3。

图3 设计阶段的场布全景图

4 运用存在的问题

虽然二者结合存在着很多优点，但是它的缺点是致命的，也是目前和未来一段时间无法解决的。具体如下:

1) 技术还不完善。目前BIM 技术和VR 技术都还存在多方面难题，如果想要在BIM 技术和VR 技术上实现进一步发展，还需要克服很多难题，需要持续、健康、长久的发展。

2) 价格昂贵。虽然BIM 模型制作成本较低，但是由于VR 技术对于网络、内存多方面的限制，如果想要提高用户全新体验，需要很多昂贵设备辅助，这还不能保证可以运行所有项目场景，再加上头盔、眼罩等用品，一次性投入较大，价格昂贵。

3) 安全隐患。由于VR 技术需要大量的线路材料支持，导致演示厅内电线复杂，又由于体验者戴着眼罩的同时，还需要拖着长长的电线走路，导致体验者容易被绊倒。此外，一旦设备受潮，电路短路，可能会发生安全事故。

5 结语

本文通过“BIMVR”形式将建筑信息模型(BIM)和虚拟现实(VR) 技术有机的结合起来，以实际工程为案例，研究了基于BIM 的VR 技术在场布设计中的具体应用以及挑战。“BIMVR”形式 未来发展潜力巨大，不仅可以提高设计和施工效率，以及节省材料，减少浪费，还能给大众带来沉浸式的全新体验感，将会持续、有效的促进我国建筑发展事业的不断进步。