基于“BIM+VR”的建筑智能化设计方法及应用研究

秦彬

（中铁房地产集团设计咨询有限公司）

1 引言

数字信息时代，传统的建筑设计领域需要加快改革创新步伐，去解决信息表达错误、阅读理解偏差、理论与实际脱节等方面的问题，智能化是建筑设计的重要发展方向，虽然BIM技术的应用已经具备了一定的基础，但是还存在着可视化表达不足的突出矛盾，而VR技术的发展正好可以解决这一问题，不过受市场因素、软件因素、成本因素的影响，智能化设计技术推广应用缓慢，需要加强分析讨论，积极将理论研究成果转化为成功的实践案例。

2 基于“BIM+VR”的建筑智能化设计平台搭建

2.1 智能化设计一般流程

伴随着BIM技术和VR技术的不断成熟，越来越多的软件得以开发应用，现阶段，基于“BIM+VR”的智能化设计软件应用平台也逐渐增多，但是在应用优势、应用范围等方面各不相同，常见的如Modelo、Mars、enscape、720全景、Fuzor，等等，其中，Modelo充分利用了轻量化表达方式，在上传模型后，能够快速传输到云端，实现共享，Mars拥有比较完善的材质库，具有能够比拟真实物理状态的优势，可以从第一视角体验建筑空间，以这两种软件应用平台为基础进行建筑智能化设计。BIM技术在建筑行业已经在不同方面获得了应用效果，通过与VR技术的融合，能够充分利用VR引擎技术承载BIM数据和模型，可以形成更加贴合现实的可视化设计方法，有效的提升了BIM模型的各种应用能力[1]。

2.2 智能化设计表达方式

基于“BIM+VR”的建筑智能化设计成果表达可以在PC端、移动端、高逼真全景VR、交互式全息投影等设备设施进行体验。其中，PC端体验方式需要依赖电脑、VR眼镜、VR软件才能实现，主要应用在VR体验馆，具有代入感强、漫游体验全面、模型兼容度高等优点，移动端体验方式就要使用移动设备进行连接，主要用于局部精装VR体验，对全景图片的精细度依赖较大，如果精细度越高，那么呈现的效果就越逼真，高逼真全景VR表达方式需要用到的设备主要有移动设备和暴风魔镜，该方式与移动端体验相似，体验效果取决于全景图片质量，交互式全息投影主要利用了全息投影硬件设备的性能，可以利用手势动作操控三维影像，科技感十足，能够发挥良好的辅助展示作用。随着时代的发展，基于“BIM+VR”的建筑智能化设计将会朝着深度体验、精准操控、视觉真实等方向发展，应用范围也将会越来越广。

3 基于“BIM+VR”的建筑智能化设计方法应用过程

3.1 现场调研，数据收集

首先，了解项目概况，明确设计背景和设计理念，根据设计诉求，积极进行现场考察，从建筑、结构、电气、暖通、给排水、环境等各个方面出发，找到主要影响因素，并且对潜在客户群体的住房需求、功能要求、生活特点进行了解，认真核对相关数据的准确性，对存在缺陷的地方进行补充完善，能够为后续的科学决策提供必要支撑[2]。

3.2 场景搭建，数字建模

搭建虚拟场景，对主要参数值进行设置，然后进行数字建模，主要工作包括建模、编辑材质、匹配树木、放置家具等，从满足基本建筑功能开始，逐步进行深化设计，添加相关元素，将模型导出为FBX格式，在建模过程中，需要注意一些细节问题，比如，命名方式要标准，单位设置要统一。在构建白模时，主要考虑的是建筑的空间和形体，以及场地与建筑之间比例、大小等方面的设计问题，完成白模构建之后，需要进行材质编辑，逐步增加场地和建筑材质，包括街道、木材、水等，需要提升空间的质感和尺度，然后在VR场景中添加配景，并对内部家具进行摆放，同时对一些具体指标和数据信息补充优化。

3.3 可视化交互协同设计

在建筑智能化设计时，可以选择鸟瞰模式、人视点模式进行自由漫游和多维度体验，也可以设计流线实现虚拟漫游，在漫游过程中，可以把有异议的地方标注出来，并及时与相关专业设计人员进行交流沟通，无论是其他专业设计人员，还是客户，都可以参与到建筑智能化设计过程中，大大提高了参与感，能够以最直接的方式就关键问题进行探讨。在设计初步完成后，可以通过Modelo将模型分享到手持客户端，为了减小模型大小和缓存速度，可以在导入前尽可能清除多余的点线面元素，通过分享的方式，能够实现更大范围的体验设计，广泛收集意见建议，对已有建筑设计方案进行优化调整。最后将全专业模型导入到Mars软件平台中进行汇总，开始碰撞检测，在VR技术的支持下，碰撞检测可视化效果大大提升，能够让不同专业设计集中在一个协同显示与设计平台上，让相关人员能够简单明了的查看到问题所在，并针对解决方案进行全面讨论[3]。

3.4 设计成果输出与表达

在建筑设计和虚拟建造之后，可以将设计成果在公众号、网站等渠道同步推出，根据各种子系统，针对标准施工工艺，抽取相关国家标准和技术文件，可以设计出更加符合实际需求的VR交互流程。创建可视化平台，帮助技术人员、管理人员、施工人员对图纸内容进行消化吸收，更好的进行施工质量把控，利用VR技术建立虚拟体验场景，通过穿戴相关设备，可以针对施工安全事故进行体验和培训，让人们直观的感受到安全施工的重要性。建筑设计完成之后，可以通过Mars插件将Sketchup模型导出到Revit中进行深层次加工检查，导出施工最终所需要的各种平面、立面、剖面图纸。

4 基于“BIM+VR”的建筑智能化设计方法应用研究

4.1 应用优势

基于“BIM+VR”的建筑智能化设计方法能够提供多维度建筑时空场景体验，与传统设计方法相比，拥有显著的优势，使产品体验过程更加丰富多彩，在进行建筑设计时，设计人员的思想和体验是受限的，不能够完全体会到特殊人群、特殊环境的设计需求，通过智能化设计方法的应用，就可以有效解决这一难题，能够给设计人员提供一个深度沉浸式体验的机会。以往的建筑设计更加注重结果，而现在的建筑设计越来越关注过程，需要从策划、设计、施工等全方面进行考虑，基于“BIM+VR”的智能化设计方法非常注重过程性设计，在前期调研阶段，需要积极收集各种数据信息，并让更多相关人员参与进来，可以从甲方需求、住户要求、功能实现、美学角度等方面进行交互设计，不断优化建筑设计质量和效率，在整个设计过程中，非设计人员的参与度和话语权大大提升，有利于真正实现以人为本的设计理念[4]。

4.2 设计变革

基于“BIM+VR”的智能化建筑设计方法应用必然会加快传统设计行业的变革，首先是思维方式的转变，需要培养全局化、全生命周期的设计思维，充分考虑建筑设计本身的同时，需要从环境、材质、家具等多方面进行综合考量，将设计前期、初步设计、施工设计有效衔接，让建筑设计过程更加完整。其次是设计工具的转变，“BIM+VR”是基于现在、面向未来而开发的应用软件，可以实现更好的智能化效果、更广泛的软件协同、更多元的表达方式。最后是工作流程的转变，传统的设计工作需要从建筑设计开始扩大到不同专业，当所有设计图纸组合到一块时，经常会出现冲突的情况，需要进行反复的修改，而在智能化设计环境下，有效规避了这一问题，形成了多线程的工作流程，有效减少了设计变更的次数，“BIM+VR”的智能化设计方法将协同设计和深化设计淋漓尽致的展现，能够更好地与新型信息技术相对接。

4.3 存在问题

智能化设计方法的发展和应用需要一个过程，其中会遇到许多问题，从主观层面上讲，由于传统设计方法和设计工具形成的思维惯性，建筑设计行业变革不会一蹴而就，需要打破原有利益链条，重新塑造设计流程和工作方式，许多设计院创新动力不足，很少愿意采用不熟悉的设计方法和流程，那样可能会影响设计效率、增加时间成本，而且一些设计人员对智能化设计工具存在理解偏差，认为VR应用华而不实，存在着炫技的成分，忽略了设计本身。从客观层面上讲，基于“BIM+VR”建筑智能化设计方法的应用实践不成熟，缺乏统一的运用标准，没有足够的成功案例，仍然处于摸索时期，同时，协同设计应用平台不完善，缺少一个能够完成所有建模、模拟、体验等功能的协同设计应用平台，另外，受软硬件条件制约的影响，投入的成本较高，而且后续服务方面跟不上，在基本操作上仍然存在许多问题需要解决[5]。

4.4 发展趋势

BIM和VR都是功能非常强大的技术工具，也是智能化设计的重要支撑，作为一种新的设计方法，需要在同一个平台中让相关人员共同进行交互设计和问题反馈，实现一种多方平衡的状态，这样能够减小设计误差、整合设计资源，但是，这种方法应用依然要以专业设计人员为主，更加关注设计本身，充分发挥辅助设计作用，更加直接的收集数据、信息表达，将设计思想从二维平面向三维空间去转变。由于参与建筑设计的人员众多，涉及到的责任和利益比较复杂，所以应该在智能化设计过程中设置相应权限，将不同深度建筑模型分享给相关人员，降低设计本身的复杂性。AR技术能够在现实世界中融入虚拟世界，实现实时互动的效果，在“BIM+VR”技术的基础上引入AR技术，可以更加直观的进行交互设计和信息体验。人工智能是现代社会的热点话题，在不久的将来，可以将AI技术引入的建筑智能化设计中，通过实时对话就可以完成复杂的设计工作，这些都是在现实基础上进行的美好展望[6]。

5 结语

综上所述，本文首先阐述了基于“BIM+VR”的建筑智能化设计平台搭建，然后分析了该智能化设计方法的应用过程，最后从应用优势、设计变革、存在问题、发展趋势等方面进行了研究。希望能够起到积极的现实意义，充分认识BIM和VR结合运用在建筑设计方面的必要性，加快应用平台开发，正确认识发展过程中存在的不足之处，找到行之有效的解决办法，提高技术应用的规范性和合理性。