BIM+VR技术在公路施工中的应用研究

王勇，陈辅伟，李扬

（1.甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，兰州 730000；2.甘肃路桥公路投资有限公司，兰州 730000）

1 引言

中国的交通发展已处于世界领先地位，拥有完善的交通基础设施，并且随着信息化时代的到来，各种信息技术在交通工程中得到了广泛应用。现阶段，BIM 技术作为信息化的技术手段，正在逐渐改变传统的项目管理模式，BIM+VR 技术的应用极大地提升了公路工程建设的智能化和科技化水平，在工程施工方面可以有效提升施工安全性，帮助管理者有效开展工程施工交底工作，在提升各种施工项目管理者和建造者施工技术的同时，提升工程质量和整体进度。对此，本文针对BIM 技术和VR 技术的结合进行研究，旨在发掘更多的应用点和创新点，从而更好地促进行业发展。

2 BIM+VR技术概述

BIM（Building Information Modeling）建筑信息模型，是一种全新的工程技术手段，以工程项目的各项相关信息数据为基础建立三维模型，通过数字化仿真模拟项目所具有的真实信息。支持各专业协同工作、项目的虚拟建造和精细化管理，为交通运输行业的提质增效、节能环保创造条件[1]。

VR（Virtual Reality）虚拟现实，是一种可以创建和体验虚拟环境的三维仿真系统技术，利用计算机模拟环境，融合多源信息，使用户沉浸到该环境中。在施工可视化方面，VR可以增强施工方案的成果展示效果，帮助施工人员了解施工过程。

BIM+VR 技术结合了两种技术的特点，充分利用VR 技术使BIM 应用多元化，以拥有信息数据的模型为基础，通过仿真模拟系统，给予用户沉浸式体验，加强可视性和交互性的同时，也提升了资源的整合能力。BIM 技术已逐步渗透到建筑施工领域，VR 技术带给了人们不一样的感知体验，两者的结合对于增强相互领域间的技术层次起到了重要的作用。

3 BIM+VR技术研究现状和发展动态

近几年，随着BIM 和VR 技术的快速发展，这两项新技术在施工领域的应用逐渐被推广。两种技术协同解决了施工过程中成本大、时间长的问题，使施工过程更快、更精确、更灵活，使技术人员可以更加有效地开展工作。利用BIM 技术建立的工程模型，可以将BIM 技术与VR 技术相融合，技术人员通过VR 技术可以全方位地体验施工过程和现场空间尺寸，并且可以直观地观察材料的形状和空间的采光，对于施工整体可以具有更加真实的体验，施工人员可以更直观地感受施工现场，从而提高施工效率与质量。

国外对于BIM+VR 技术的研究更重视发掘设计工具和设计思维，并将该技术用于建筑设计过程中，研究软硬件的结合方式，以及通过技术优化来实现BIM 模型的实时渲染，阐述了未来信息建模的潜力。BIM 技术的实质是建筑项目中应用信息技术的一种模型构建技术，可以帮助整合工程中的各种信息数据，形成三维化的立体模型，帮助对建筑进行更为精细化的管理，提升施工工程的管理水平。这一技术最早由美国研发，其应用范围自问世起不断扩增，相比中国，西方国家更早接触BIM 技术，实践经验也更为丰富。

4 BIM+VR技术开发和背景

4.1 项目背景

本文以通渭至定西高速公路工程BIM 技术与应用为例进行分析。该项目路线全长114.831 km，一期工程路线全长110.371 km。依托工程中涉及的Ⅴ、Ⅵ级围岩黄土隧道施工安全问题为切入点，结合BIM+VR 技术，开发VR 隧道施工培训系统。通过三维可视化手段对施工安全教育、施工事故模拟、施工方案技术交底进行仿真模拟，提升工程施工协同效率与质量，降低项目沟通及建设成本，强化施工作业人员的安全意识，创新工程专业人才的培养模式。

4.2 BIM+VR技术开发

将BIM 技术与VR 技术进行结合时，针对项目道路、桥梁以及隧道等建筑采用Bently 公司开发的Microstation（构件）、OpenRoads Designer（道路）以及OpenBridge Modeler（桥梁、隧道）专业建模软件进行精细化建模，并通过自主研究的减免算法，大幅减少模型几何面数，实现大场景、复杂模型在三维环境中的加载，运用先进的虚拟引擎开发可视化仿真系统，性价比高、功能强大、动画制作成本低，一方面便于从场景环境综合效果进行考虑项目方案，另一方面提高了画面帧率，支持多种格式的模型导入，并且自身包含丰富的工程施工器械设备、施工场景和施工人员，而且还具有简单易用的工具，可以进行极度细化的分析器，从而在环境、场景以及角色等不同资源中进行应用。

5 BIM+VR技术在施工过程中的应用

5.1 施工设计改良

在公路工程施工专项方案制订过程中，施工管理人员通常需要考虑各种因素，运用BIM+VR 技术可以通过施工图模拟不同的施工场景和施工顺序，从而直观地了解施工过程，将难以理解的施工方案通过可视化的方式表达出来，便于及时发现问题，选择最合理的方案并及时整改，使施工流程得到优化。传统的施工方案制订局限于二维图纸，仅从整体设计效果进行分析还无法避免在细节当中所遇到的问题，会对项目工程的施工效率和工期产生影响，因此，需要全方位地考虑相关施工因素[2]。例如，在隧道施工过程中，需要针对隧道的不同围岩等级选择不同的开挖方式，避免在开挖过程中由于方案不合理而出现工作面坍塌、找顶不彻底、开挖进尺过大、开挖作业支架失稳等危害。采用沉浸式的VR 体验方式，可以更为详细地了解设计缺陷，从而及时优化和改进相关问题。除此之外，施工方通过应用VR 技术，可以有效地向甲方展示相关施工方案的视觉效果，从而提升业主的满意度。

5.2 施工交底模拟

在施工技术交底工作中，BIM+VR 技术可用于推广标准化的工程施工可视化交底，相比于传统纸质化交底模式，该技术的应用有效地提升了技术交底的效率。传统的施工技术交底模式趋向于口头阐述和纸质化说明，无法直观展示施工过程，如果以三维可交互的形式动态展示施工工艺每个步骤细节的标准化工艺模拟，可以真实地演示施工方案的动态过程，加深施工人员对施工工艺以及技术规范的理解和记忆，从而减少在施工过程中产生的错误和误差，对施工单位降低沟通成本、提高工程质量和保证施工工期方面起到重要作用[3]。

5.3 安全教育培训

在施工人员进行施工作业前，安全教育培训必不可少，认真做好培训工作对整个工程来说至关重要。在施工安全培训工作中，通过BIM+VR 技术可以有效提升施工人员安全防护意识。传统的施工管理人员在进行施工安全教育培训时所用到的方式一般为两种：（1）通过纸质化的交底方式现场进行安全技术交底；（2）通过每月的安全生产例会对施工班组管理人员进行安全教育培训。这两种方式存在的弊端在于培训形式单一，纸质化的培训方式不够清晰，对于经验不足的施工人员而言还无法明确工程施工中的相关危险施工区，且无法完全掌握具体的安全施工方法。因此，使用BIM+VR 技术，在三维场景中通过体验不同的模拟演示，首先可以让施工人员清晰地了解施工中所遇到的危险因素，比如，安全帽撞击体验、高空坠落体验、隧道逃生体验、综合用电体验、安全急救体验等，对于施工人员而言，安全合理的施工方式是工程能顺利进行的有效保证[4]。

5.4 施工场地规划

在建筑工程的施工场地规划工作中，运用BIM+VR 技术，可以使场地规划的合理性得到有效保证，同时还能够科学规划施工流程。具体而言，在应用BIM+VR 技术开展场地规划工作时，首先，施工企业通过应用BIM 技术可以进一步提升场地规划设计的精确性和科学性，而应用VR 技术则可以展示场地规划的可视化模型，从而清楚地展示工程施工效果[5]。其次，在应用BIM+VR 技术时，还可以合理设计场地规划的相关细节内容，具体包括植物种植、路灯设计等，使场地规划效果得到有效提高，合理控制工程的施工成本。

6 BIM+VR技术在工程施工中的意义

6.1 优化施工流程

项目建设初期，一些设计上的误差和不合理之处还无法从施工图纸上发现，通过BIM+VR 技术，可以对可能出现的错误和冲突提前预知，而这些未知的情况可能会导致最终工程预算的超支和工程项目的延期。所以，将BIM 技术和VR 技术两者的优点结合，对于工程优化起到了重要的作用。

6.2 提升施工技术交底效率

施工前的施工技术交底对于整个项目的进展同样起到了至关重要的作用，而BIM+VR 技术无疑成为施工管理者和施工人员两者沟通的快速通道，有效的施工技术交底可以提升施工管理者的管理水平，让施工人员更好地理解施工工艺，减少返工，对于两者都起到了提高工作效率的作用。

6.3 提高施工安全意识

安全是每个项目建设周期都需要关注的问题，防止安全事故的重点不仅仅是完善制度和优化设备，更需要提升每个施工管理人员和施工人员的安全防护意识，尤其是对于刚刚进入现场工作的新人，有效的安全培训教育显得尤为重要，施工人员对施工中所能遇见的危险提前预知可避免在作业当中事故的发生。因此，VR 技术通过合理设计工程施工中可能存在的安全事故情况，从而进一步提升施工人员的安全意识。

7 结语

综上所述，随着时代的发展，BIM+VR 逐渐成熟，相关施工企业逐渐加大对此项技术的应用力度，将两者技术结合，充分发挥了二者技术的优势，在数据模型的基础上，提供可视化功能，真正做到让施工触手可及。在提升施工企业管理水平的同时，也为工程施工创造了有利条件，全面提高建筑工程的建设水平，促进城市的现代化发展。