浅析基于BIM的VR与AR技术在建筑行业内的运用优势及特点

浅析基于BIM的VR与AR技术在建筑行业内的运用优势及特点

阮义平

沈阳城市学院/辽宁省沈阳市/110000 宁德禾众云上空间设计有限公司/福建省宁德市/352000

摘要：随着科技的发展与进步，数据的价值显得愈发重要，建筑行业信息化大时代即将来临。政策的支持，行业内的认知，正大步加速BIM的运用与进步，同时伴随着BIM的发展一些基于BIM的技术也逐渐出现，本篇文章将浅析基于BIM的VR与AR技术在建筑行业内的运用优势及特点。

关键词：BIM；VR；AR；数据；

引言：时代的高速发展科技的不断突破，顺应大时代背景2021年4月9日由住建部主办的《中国建筑业信息化发展报告(2021)》编写启动会以网络视频会议方式召开，会议主要阐述了聚焦智能建造，展现当前建筑业智能化实践，探索建筑业高质量发展路径。大力发展数字设计、智能生产、智能施工和智慧运维，加快建筑信息模型(BIM)技术研发和应用等信息。同时多省多地颁发并出台了支持BIM技术的政策指导文件，进一步推动BIM发展速度。

元宇宙一词虽然早被提出但人们更倾向于将在2021年引起热议的这个时间称为元宇宙的元年，并且就目前侠义的来说元宇宙的技术支持主要为VR，AR，MR技术。如将高速发展的BIM产业同如日中天的元宇宙概念相互交织融合，将衍生出怎样的火花呢。

一.BIM技术介绍

1.1 BIM技术的含义

BIM一词起源于1975年，由“BIM之父”--乔治亚理工大学的Chuck Eastman教授提出并沿用至今。

BIM全称为建筑信息模型(Building Information Modeling)是以建筑工程项目中的各项相关信息数据作为制作基础，从而进行建筑模型数据的建立，是在工程建设的全周期内的数据共享平台。

1.2 BIM技术的特点

BIM技术是以数字化形式表现，模拟出从设计到建设的全周期过程，进而提升施工方在建筑建造过程中的可视程度，并进行碰撞检查进而减少或避免可能在建造过程中出现的一系列问题。

同时可以将模型内的构件属性进行提取，大大提升管理效率，节约沟通成本。与传统二维展示方法不同BIM可以进行三维展示，可以替代一小部分的效果展示，对效果图要求不高的项目节约一定时间。

同时BIM不仅可以将二维图纸以三维的方式展示，还能对现实中不能操作的自然现象进行模拟，例如日照模拟，能耗模拟，紧急疏散模拟等。甚至可以进行4D模拟（建筑模型+项目推进时间）5D模拟（3D建筑模型+造价控制）

二．VR技术介绍

2.1 VR技术的含义

VR全称为Virtual Reality，中文的翻译为虚拟现实，是一种可以体验创造虚拟现实世界的计算机仿真技术。虚拟现实技术（VR）它是利用计算机生成一种仿真模拟现实的实时动态交互式三维虚拟世界，进而让用户的一切实体行为转换至虚拟世界并在现实世界得到反馈使用户达到沉浸式体验。

2.2 VR的特点

现实感知性，指除了计算机所能带来的视觉感官外，同现实世界人所能感知到的无特别差异，当然这是最理想化的。

沉浸式体验，对于虚拟体验来说以往的镜头感已经不是最重要的了，因为人眼就是虚拟世界中的镜头，通过高分辨率的极致仿真模拟使用户全身心的投入到虚拟世界中。

三．AR技术介绍

AR(Augmented Reality)中文翻译为增强实境，是通过计算机来生成一种虚拟现实环境来使用户达到”沉浸“感受，实现虚拟与现实的直接交互。

与VR相比AR更多的强调的是虚实结合而非虚拟体验，狭意的来讲类似于投影仪之类。

四．BIM与VR,AR进行有机融合

就目前技术，想要实现基于BIM的“建筑虚拟空间”还显的略带骨感。但并不能否认BIM+VR,AR的实用性。

BIM+VR，相比以往只能在二维进行观看的建筑模型来说，这种融合可让在建筑全周期内的各个单位从三维的角度对整个建筑进行了解，在减少各类设计师沟通成本的同时，在建设时更是可以避免施工出现问题，节约建设成本。同时对业主展示项目的内容更加直观，让业主对设计及施工全过程更加了解，增强业主的信任。[1]以往BIM与VR的结合使用上，数据转换单向且操作复杂，所以AR的运用止 步于设计后期方案效果的展示，不可能参与设计全过程。Fuzor平台实时双向修改功能根本性突破了这一应用瓶颈，学生在设计过程中，不断通过平台上的互动，主动校正模型、优化设计。目前常见沉浸式VR技术分为两类：一类基于头盔式显示器的头戴式AR；另一类是投影式虚拟现实系统，比如虚拟沙盘，参与者通过配套3D眼镜即可看见拟真沙盘。在两种硬件条件技术下，学生都能通过Fuzor对虚拟空间里的BIM进行交互操作。以头戴式AR设计过程为例，学生在进行场景漫游的时候，可通过使用手持式遥控器移动或修改虚拟空间中的模型，并且实时反馈到一旁的电脑屏幕上。

BIM+AR，以已建建筑的改造为例，当墙体后的管线被水泥或其他材料遮挡，当经过多次改造后的建筑再次改造，起初的平面图将不在适用，此时建筑的数据资产的重要性更加突出，试想，将平板电脑或眼镜内植入该建筑的数据，对遮蔽物后的管线实时了解，建筑改造效率将大幅度提升，失误率将进一步下降。

[2]BIM模型的显著特点即可视化的模型与现实空间的信息是吻合的，因此利用AR技术可以将虚拟的BIM模型带到真实场景中，实现虚实共构的视觉效果，真实场景与BIM模型的融合能够辅助使用者获得某些实体物建中包含的隐含信息。借由AR技术将BIM模型的信息响应到真实场景中，让信息与空间环境、对象有所关联，即可实现BIM信息的空间性扩增。将BIM技术和AR技术相结合开发移动终端程序，实质上是将现实场景和虚拟场景进行相互交融，通过摄像头进行场景判别以及位置追踪后将虚拟的三维模型通过终端屏幕显现。其具体的开发流程包含三步：

(１)根据管线平面设计图纸与现场物探的信息获取模型所需的基本数据，基于BIM软件(以Revit平台为例）初步建立三维模型，再完成碰撞检测，实地复核等一系列操作后，输出最终的BIM模型。

(２)在地下管网BIM模型建立完成之后将其导成FBX格式。

(３)在Unity3D软件中导入VnforiaAR插件，并将导出的FBX格式文件导入Unity3D软件中，在软件中通过脚本编写与操作，使其生成对应的移动终端程序文件。将文件安装至移动终端，通过摄像头扫描识别图像，使虚拟的建筑信息模型显示在移动终端中，实现BIM模型与真实场景的叠加。

五．结语

伴随着科技的发展进步，愈加先进的生产方式将取代较为落后的生产方式，对于各项数据的可视化需求也越来越大，同时建筑业数据资产的构建将使建筑领域发展更加科学先进，在节约能源的基础上减少出资方及未来消费者的资金投入。

对于VR，AR等虚拟世界技术在建筑领域内的运用目前虽未成熟但伴随着科技的进步迭代相信在不久的将来建筑业态将被重新定义，同时相信建筑数据可视化也将成为新型的风口行业。

[1]何佩玲,刘晖. BIM+VR在建筑设计教学中的应用探讨——以Fuzor平台为例[C]//.智筑未来——2021年全国建筑院系建筑数字技术教学与研究学术研讨会论文集.,2021:183-188.DOI:10.26914/c.cnkihy.2021.036942.

[2]练建沛,朱振凤,欧阳少游. BIM+AR技术在地下管网建设中的智慧应用探索[C]//.第七届全国BIM学术会议论文集.,2021:283-286.DOI:10.26914/c.cnkihy.2021.044760.

作者简介：阮义平（2002.8—），男，汉族，福建省宁德市人，沈阳城市学院建筑工程学院，20级在读本科生，宁德禾众云上空间设计有限公司执行董事，学士学位，专业：环境设计。

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