基于“BIM+VR”仿真技术在建筑设计中的应用研究

王 瑶

(滁州职业技术学院，安徽 滁州239000)

0 引 言

BIM 能够向VR 提供与所建工程建筑相当的模型，方便实用，是我国信息化建设的一个重点内容。但从目前来看，VR 和BIM 尚在起步阶段，很多软件平台仍没有向VR和BIM 开放数据交互端口。所以进一步探究各平台之间的数据交互、融合、转换[1]，挖掘BIM 技术和VR技术之间主要建模软件的信息传递关系，则显得尤为重要。

1 BIM建筑模型与VR虚拟现实系统概述

由于早年的VR 系统是基于Unity3D、Valve 等游戏引擎架构而成，导致VR 技术受到软硬件的限制，在建筑设计领域的应用有限，无法从真正意义上实现与建筑设计全过程的结合，包括利用BIM 模型生成VR 模拟。VR 技术目前在影视、教学、旅游、娱乐等多个领域应用广泛，可以生成虚拟的场景，增强互动和体验[2]。虽然BIM 技术还在不断发展，但把建筑信息模型作为基础，融合VR 技术的研究应用尚未推广。基于虚拟现实的数模分离技术，将建筑信息模型分成具体的参数和几何相关信息[3]，在虚拟现实引擎中导入几何模型，对材质、灯光、环境进行动态渲染处理，使用unity3D[4]技术开发交互功能，然后再利用分时显示技术用3D 方式展示封装完成的成果，形成BIM+VR[5]系统，极大地简化了BIM 模型生成VR 场景过程，并与建筑设计思维的信息交互产生耦合。目前较成熟的系统有两类：一类是主机型VR 系统（PCVR）；另一类是移动型VR系统（MVR）。这两个平台对于建筑设计过程中的数字信息交互[6]都产生了较为积极的影响。

2 BIM建筑模型与虚拟现实(VR)数据转换

2.1 基于建筑设计ARCH2012的BIM建筑模型

1.三维楼层组合。画出建设项目平面图和三维图；

2.单位比例缩放。VR中使用的常用单位是米，而建筑设计中图纸常用的单位是毫米，则ARCH2012中要将模型缩小1/1000；

3.材质附着。材质附着前，第一步要进行材质库文件管理，第二步编辑和整理材质，最后，将材质赋予填充至建筑的各个部件中去；

4.3ds格式文件导出。框选建筑物，点击导出选项，将文件以3ds格式导出。

2.2 基于物理的动态渲染技术

基于物理的渲染(PBR)技术主要以光学物理定律来控制渲染效果[7]，属于一种渲染与着色的方法。编写表面材质、模型材质以及模型所处环境的相互作用时可以直接以物理参数为依据，利用逻辑链接算法[8]，通过程序化的方式完成贴图动态生成。BIM 模型第一步先经过导出，然后进一步优化，再到合并，最后完成贴图，生成的模型就能够直接用于渲染，如图1所示。

图1 制作仿真模型

2.3 虚拟现实（VR）仿真系统数据导入

打开unity3d游戏引擎，把3ds格式文件导入，然后将上述文件全部放到新的文件夹中，运行载入3d模型，点击3ds，找到软件导出的3ds 模型，对于材质比例大小、其它参数应结合现实进行修改，导入成功，在虚拟环境中配置模型，即可模拟仿真。

2.4 BIM+VR可视化交互协同设计

设计师能够通过数字化建模、MAYA 材质附着、Modelo 模型上传、REVIT 等方式输出，如图2 所示，选择手持设备、头戴式装备以及3D 眼镜等，从第一视角或者鸟瞰等模式多维度进行漫游体验建筑物。客户在体验时，能够随时进行标注，及时沟通，修改不足，提高了参与度，直接获取第一手调研资料。

图2 BIM+VR可视化交互协同设计

3 BIM+VR与传统协同设计方法对比

3.1 多线程代替单线程工作

传统建筑设计工作一般是基于二维或者三维的抽象图像进行的，其一般流程是：技术人员利用二维图纸为基础，结合从事水、暖、气等专业人员开展通用设计、通用设备先行开展施工图的设计等，工作方式属于一种典型的单线程，如图3所示。

图3 单线程工作方式

利用“BIM+VR”技术，开发商、设计单位和施工单位等能够利用VR 平台积极参与，无论是开发商、设计方还是施工方，只要是对方案进行修改时，都能够将结果及时上传平台，第一时间反馈意见，有助于各方密切交流，提高工作效率，工作方式属于多线程，如图4 所示。BIM 向设计方展示了高效的交流设计平台，转换成VR平台的BIM 模型，展示之后，产生亲临真实场景的感受与体验，将进一步帮助工程人员完成更加完善的设计、施工和整改等环节。由此可见，“BIM+VR”技术，利用构建的虚拟场景，使整个设计过程更加明朗，让参与各方近距离感知建筑空间。

图4 多线程工作方式

3.2 BIM+VR协同设计方法和传统方法对比

系统化之后的BIM，相比单独的建筑数据图、传统的平面设计，在整合能力方面大大提高。BIM技术可以将建筑项目从规划开始、过程施工，最后建设完成提前模拟演示，在项目开工前找出漏项和不足之处，及时改进，提升项目整体效率和质量，达到降低成本的目的。当今，科技不断进步，大众对于工程项目外观设计、功能满足等方面都提出了众多的想法，为了进一步满足设计需要，利用“BIM+VR”去实现客户初步想法，设计上也就会显得尤为轻松。第一，VR 能够使用户轻松地漫游在建筑中，深入体验场地、室内硬装等；第二，基于BIM 数据信息得到材料特性，能够当即修改不理想的地方，并加以标注和改进，有利于各参与方明确职责，大大提高了工作效率，降低了项目成本，传统协同方法与“BIM+VR”协同设计方法区别如表1所示。

表1 BIM+VR协同设计方法和传统方法对比

4 结 语

VR 在工程项目领域应用已日趋成熟，结合建筑行业特点，利用“BIM+VR”，把虚拟现实引擎和经过数模分离的BIM 模型进行接洽，用数据化的实现方式，控制整个设计过程，使建筑信息在数据转换、数据共享等方面非常便捷，从而实现多方在建筑全生命周期中积极参与设计，推动“BIM+VR”在更多领域发展及促进新型技术系统平台的研发，推动建筑设计领域建立广阔的空间体验，使公众能够更多地参与设计全过程，发出自己的声音，大大提高了施工效率，减少了施工成本。