BIM结合VR技术在土建类专业中的应用研究

2022-09-11

1.1国内外建筑信息模型和虚拟现实系统的建设情况

1.1.1 BIM (建筑信息模型) 概述

建筑信息模型 (Building Information Modeling) 简称BIM, 它是以三维数字为基础, 将建设工程中的各个环节主要包括可行性研究、初步设计、技术设计、施工图设计、招投标、施工、竣工移交、运营等集合起来, 并以建设工程的整个寿命周期为主线, 形成建设工程的相关信息数据模型。

1.1.2虚拟现实概述

虚拟现实 (Virtual Reality) 简称VR, 是一种计算机系统, 它可以创建和体验虚拟世界 (Virtual World) , 利用计算机系统生成的交互式三维环境, 可以使参与者感受到景物或模型十分逼真地存在, 同时可以对参与者的运动和操作做出实时准确的响应。虚拟现实技术是一种综合性极强的高新信息技术, 在建筑、工业、军事、能源、医学、艺术等很多领域都得到了广泛的应用。

1.1.3国内外研究现状

BIM应用首先开始于美国, 在2003年国家3D-4D-BIM计划由美国总务管理局推出, 并陆续发布了系列BIM指南。我国在2003年将BIM技术开始引入工程建设行业, 目前主要以设计公司, 各类BIM咨询公司、培训机构, 政府及行业协会在应用, 同时Autodesk也正式推出基于BIM的相关软件。有许多设计公司都在不同项目的不同程度上使用了BIM技术。近些年, 国家“十一五”科技支撑计划和“十二五”建筑信息化发展纲要中也将BIM技术纳入研究内容。

1.2建筑信息模型和虚拟现实系统结合的应用

建筑信息化模型结合虚拟现实 (BIM+VR) 解决方案将建筑工程行业VR解决方案提升到了一个新的高度。BIM+VR体验的主要功能在于能够在BIM技术实施全过程中与BIM技术优势互补相互融合, 无缝集成BIM模型成果, 无需繁琐的模型处理与软件开发, 自然对接当前主流的虚拟现实设备, 形成一套全新实用的技术解决方案。那么在土建学科中有哪些可以运用的呢.

1.2.1建筑工程领域的应用

1.建筑结构分析

对于当今建筑, 设计的越来越多样, 中规中矩的建筑盒子也变成了造型复杂以及异性曲面的建筑形式。例如cctv新址大楼、扎哈的银河soho等。那么建筑结构也随之复杂多样。在做这样的复杂结构式, 通常余姚通过大量的实验数据, 加以分析才能确定结构的稳定型以及抗剪能力。这样的实验需要借助VR技术和BIM才能做出分析以及展示给实验人员。遇到问题修改模型, 直到找到一个最优方案。这样呈现方式更加的形象化和直观。应用在高校教学中, 学生也能加深理解。

这样就使设计思维更加形象化, 概念更易于理解, 使得教学从而更加容易。

2.模拟施工过程

建筑施工技术是一项复杂的实践工程, 包括土方工程, 基础工程, 砌筑工程, 钢筋混凝土等工程组成, 每一种工程还包括了很多道工序。工序中选择不同方法器械导最后的结果也不同, 所以在施工技术的实际操作前, 可以利用VR技术+BIM的手段进行仿真模拟, 从最后的数据发现施工中可能出现的问题, 找到解决方案有最优方案。在教学中展示施工技术的每一个重点工程步骤, 使学生有最直观的理解。还可以拟定不用方案, 进行比较展示。加入竞赛机制使学生更好的掌握施工技术的每个知识点。

1.3建筑信息模型与虚拟现实结合技术在土建专业教学中的应用

1.3.1应用方向和目标

(1) 建立建筑信息模型和虚拟现实的实验室 (BIM+VR实验室)

《工程造价行业“十三五”规划 (征求意见稿) 》明确提出:到2020年, 健全市场决定工程造价机制, 与市场经济相适应的工程造价管理制度基本定型并完善;《规划》明确, 以BIM技术为基础, 以企业数据库为支撑, 建立工程项目造价管理信息系统。

综上所诉, 土建学科开展建筑信息化模型是很有必要的, 也是急需的BIM的软件进入校园。

(2) 开设相关课程和校内培训班

对于土建学科, 从大一考试就应该开设BIM技术的相关课程, 例如BIM概论, BIM技术等课程在制图的课程中除了基础的建筑制图语视图和建筑cad以外。还需要开设相应的BIM配套软件课程。比如revit、Fuzor和一些简单的建模软件, 例如Sketch up (草图大师) 。

Fuzor是革命性的BIM软件, 是BIM和VR的先行者, 它不仅仅是给您提供实时的虚拟现实场景, 它让您的BIM模型数据在瞬间变成和游戏场景一样的亲和度极高的模型, 最重要的它保留了完整的BIM信息。高年级学生可以自己依托这个平台做简单的建筑模型, 导入虚拟平台中, 看到成果对于教学有更好的反馈。教师也可以在课外对建筑信息化有兴趣的学生开设短期培训班。经过短期培训让其掌握相关软件和平台的运用, 对学生就业和职业生涯有好的作用。

(3) 应用于实践生产创造更大价值

不论是虚拟施工, 还是虚拟室内场景。还是虚拟项目管理过程, 除了在教学中的应用, 还以为学校其他专业做虚拟场景, 教师和学生可以运用该平台设计和参与现实项目, 为建筑类企业提供信息和建设方案。甚至在寒暑假期间, 为周边创业团队和小型公司提供平台。这些都是建筑信息化模型结合虚拟现实平台应用于实践产生更大价值的意义。

2.1具体发展阶段

第一阶段, 建立建筑信息化平台和虚拟现实硬件环境与多通道立体显示软件平台, 其中硬件环境包含主动立体投影显示系统、动作捕捉交互操作系统、专业图形工作站、其它辅助设备, 后续可根据需求对环境进行升级。针对学院的教学内容开发实用课件, 并与虚拟现实环境连接, 内容直接服务于教学建设;

第二阶段, 科研平台建设, 利用前阶段的环境, 根据科研需要实施科学研究。

BIM技术的成熟同时也带动了工程软件的发展, 尤其是工程造价相关软件的发展更加突飞猛进。传统的工程造价软件是二维的, 静态的, 只是对预算和结算部分的工作进行处理, 对于工程造价的过程管控几乎不起任何作用。BIM技术的引入使工程造价软件有了新的突破, 可视化的4D图形造价软件能够及时、准确地提供相关数据, 并且实现了工程基础数据动态的自我调整。另外, 仿真与虚拟现实技术在结构工程教学领域内, 还可应用在建筑系统工程管理、建筑信息管理、建筑物及构筑物的空气流场、空气品质分析等方面的教学, 从而提升学校在这些方面的教学实力。

我们在教学中对BIM+VR的探索性研究, 仅仅是一次新的起步。我们今后的努力方向是需进一步将建筑工程的的所有信息应用于BIM建模。未来我们将以学校BIM学科的基础优势, 联合国内成熟的VR平台与产品研发机构, 继续研究教学与科研领域的变革和教学应用的可能性。

摘要：在建筑工程行业中, BIM+VR体验的能够在BIM技术实施全过程中与BIM技术优势互补相互融合, 无缝集成BIM模型成果, 形成一套全新实用的技术解决方案。从方案阶段到设计阶段再到施工阶段再到后期运维阶段, BIM+VR的作用就是在整个建筑工程还未建成的任何一个阶段, 每一个参与项目的人都可以看到建成后的实际效果。这样做及时避免了资源浪费, 又使每个阶段的过程都可以高效率和高质量的完成。建立建筑信息化模型结合虚拟现实的实验室, 把整个项目管理过程导入虚拟现实实验室, 更好的模拟整个项目的进程和其中的教学重点。

关键词：建筑信息模型,虚拟现实,土建类专业