基于BIM+VR技术在管线碰撞中的研究与应用

李园民 韦芳 夏强强

摘 要：随着社会的快速发展，信息化、智能化的需要，我国的建筑业呈现出全球化、可持续发展的趋势，BIM技术也成为建筑业发展的一项重要新技术。同时VR技术在我国的兴起，在建筑行业中能够更加直观详细地反映出建筑的基本情况。本文将以湖山小学为案例，来探究BIM技术与VR技术的结合在管线碰撞中的研究与应用。

关键词：BIM技术;VR技术;可视化管线碰撞

1 技术概述

1.1 BIM技术的概述

BIM——建筑信息模型（Building Information Modeling），将建筑工程中相关信息作为基础，通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术，提供与实际情况一致的建筑工程信息。它具有可视化、模拟性、优化性、可出图性等特点。

1.2 VR技术的概述

VR——虚拟现实技术（Virtual Reality），又称灵境技术，是20世纪所发展起来的一项新兴技术。VR技术集计算机、电子信息、仿真技术于一体，通过模擬虚拟环境，给人一种结合视觉，听觉、嗅觉、味觉等感官能力于一体的沉浸式环境体验。

1.3 BIM技术+VR技术

BIM技术虽然具备可视化的特征，但它表达不足，仅适用于专业人员读图与模型，无法适用于非专业人员。而BIM+VR技术是将建筑信息模型与虚拟现实技术相互协作，可以创造一个直观具体的仿真展出环境，可以帮助业主更加直观、具体的观察和浏览建筑中的任何一个空间。BIM技术结合VR技术可以弥补彼此之间的不足，通过BIM平台向VR平台提供构建物的信息、数据以及模型，再通过VR平台创造相应的虚拟环境，体验者直接通过虚拟环境来寻找建筑物的错误及不足，及时的反馈给设计师，然后再通过对图纸进一步完善，大大地提高了施工过程的效率。

2 BIM技术所存在的局限性

2.1 可视化程度不够高

BIM所具备的可视化，仍存在着一定的缺点。当建筑设计完成后，它的三维模型无法通过多方位、多路线去展示，存在着展示路径固定的问题，容易造成建筑设计时信息的缺失，从而导致实际建筑与设计建筑存在着一定的误差。

2.2 施工与设计不能协同

在设计的工程中往往只有设计师参与，建设单位，用户及施工单位无法将自己的意见和想法融入设计当中，并且在施工工程中出现问题，各单位、各部门间无法及时进行交流，信息不能相互及时的反馈，极大程度地拖延了施工进度，甚至有可能由于信息传递的不及时，导致建筑出现偏差，从而造成安全事故的发生。

3 BIM技术+VR技术在管道安装方面的创新应用

建筑业BIM技术的发展，通过三维数字技术模拟建筑物所具有的真实信息，为工程设计和施工提供相互协调、内部一致的信息模型，实现了设计施工的一体化，降低了工程生产成本。在管线安装中，通过把BIM技术与VR技术结合，在管线碰撞的可见性方面进行创新，让管线碰撞问题更加直观具体地展现出来，提高了施工效率，节省了资源和成本。

3.1 工程概况

该项目位于常熟市，总投资15989.20万元，其中环保投资1000万元，占地面积24591平方米，总建筑面积25249.2平方米，地上建筑面积19899.2平方米，地下建筑面积5350平方米，最大建筑高度24米，主体为框架结构，属于文化体育、行政办公、公用建筑。本工程建筑主体包括综合楼以及教学楼ABC，综合楼设有地下1层车库以及地上5层，教学楼ABC均为地上4层。

3.2 BIM技术建模

3.2.1 revit土建模型的建立

首先以湖山小学工程为基础，运用BIM建模软件——revit，完成设计阶段的土建模型建立，其主要包括结构建模和建筑建模。其中结构建模是指对梁，板，柱图元的建立，而建筑建模是对墙体、门窗、楼梯等部分模型的建立。本工程建造周期较长，前期无法进行场地布置，故在前期创建了一个总的体量模型，导入三维场布，然后在后期Revit土建模型创建完成后进行更换。

3.2.2 GQI管道模型的建立

根据湖山小学电气、暖通及水图、采用广联达安装计量GQI软件进行给排水、暖通、电气及消防模型的建立。

3.2.3 土建与机电模型整合及可视化的设计

通过BIM5D将建立的土建模型与机电模型进行整合，完成湖山小学模型的建立，再通过lumion软件进行模型及其场地的渲染，导出动画;将动画导入VR引擎，与VR引擎对接，连接专用设备，完成VR场景的建立。

3.2.4 VR可视化在管道碰撞中的使用

通过使用者佩戴VR头盔，进入已经完成好的VR场景中，观察湖山小学各处的管道安装情况，通过使用者在VR场景中的不断穿梭和观察，找出VR场景中各管道间的碰撞点及设计不合理之处，通过视觉共享功能，将所观察的信息投放在VR体验区的大屏幕上，更加直观地将错误之处展现出来，方便设计人员能够及时修改和更正。并且添加信息显示功能，大型建筑楼层房间众多，管道复杂多样，我们通过信息面板显示功能，通过触碰想了解的管道，信息面板会自动弹出并且记录该管道所处楼层，房间及其类型的信息，能够充分减少记录和判断的麻烦，极大程度地提高了施工效率。

3.2.5 VR可视化在管道碰撞中使用的优势

（1）能够直观具体的展现出三维场景，不在需要设计人员思考或固定角度观察错误。

（2）极大程度上缩短了寻找错误的时间，大大提高了工作效率。

（3）提供了实际的场景，让施工和设计间的信息能够及时互通交汇，让设计人员或施工人员按照实际情况更改，节约了资源，避免了材料的浪费。

4 BIM+VR技术的应用情况

4.1 国内使用情况

我国越来越多的企业开始使用BIM技术，同时随着5G时代的到来，更方便快捷的数据传输，也为VR技术的发展提供了巨大的推进力。在中国这个巨大的建筑市场上，目前使用BIM+VR技术的项目却只有很少一部分，而BIM+VR技术应用到管道施工或机电安装方面的更是微乎其微。我国大部分使用BIM+VR技术主要是在建筑施工安全教育方面，还有地铁施工管理方面。

4.1.1 BIM+VR技术在施工展示方面的应用

其中中国联通海南智慧大厦项目就采用了BIM+VR技术，充分地利用BIM+VR技术的可视化效果，极大程度完善了施工全过程及建筑完工的轻量化展示，并且可通过PC端或手机端操作，实现项目的色彩搭配及周边环境的可视化模拟。

4.1.2 BIM+VR技术在施工安全教育上的应用

在通过查证及调查发现，目前大多数正在使用BIM+VR技术的企业，都会在工人的施工安全教育上进行应用。通过BIM+VR技术将实际的施工场地转化成一个虚拟环境，让施工人员亲身体验安全生产六大事故，从而能够让他们清楚认识到自身的不规范操作，从而避免安全事故的发生，提高施工人员的安全意识，极大程度地提高了安全教育的作用。

4.2 国外使用情况

国外VR技术的使用较为广泛，著名信息技术和服务公司ARC Document Solutions一项研究指出，VR将是建筑行业最强大的新兴技术之一。65.3%的建筑、工程和施工管理专业人士表示，虚拟现实应用程序使得客户更容易可视化建筑设计，大大地降低成本预算，减少工人数量。

4.2.1 BIM+VR技术在焊接培训的应用

焊接是所有施工类型中必不可少的元素，因为设备存在的危险性及上手难度较高，焊接的培训教学存在著一定的困难。而林肯电气就根据BIM+VR技术设计出了VRTEX360焊接培训系统，通过实际的施工环境模拟来帮助培训生在真实的施工环境前，使用虚拟系统体验今后的工作环境并学习如何在该环境下工作。

4.2.2 BIM+VR技术在项目可视化中的应用

业主不是专业人员，不能完全理解图纸及模型信息，一直以来都是建筑行业所困扰的问题，而美国最大的私营建筑公司之一麦卡锡建筑公司自2010年起就开始研究，希望能够改善这一问题。他们已经研发使用Oculus VR来向客户形象具体地展现出图纸中的信息，让他们能够身临其境地体验他们今后的办公室或工作空间。

4.2.3 BIM+VR技术在建筑设计中的应用

莫坦森建设作为美国最大的私营建筑公司之一，在建筑项目上，它也设计了一款属于自己的虚拟现实软件。该公司建设或改造复杂的医疗或工业项目时，通过HTC Vive进行计划和管理，通过VR先展示项目布局，然后根据体验者意见进行设计修改变更，确保建筑设计更满足使用者的体验。

5 结语

BIM与VR的结合充分体现了BIM信息数据集成、VR可视化交互展示。在未来，BIM+VR一定会引领着建筑行业进行一场新兴革命，将会推动着建筑业的发展与繁荣。BIM模型VR技术的结合，让设计不再变得枯燥，BIM模型不再变得遥不可及，能更加充分地发挥出可视化的功能。本文以湖山小学项目为例，仅在机电安装方面，通过应用BIM+VR技术进行分析。发现BIM+VR技术在综合管道碰撞问题中，能够及时的帮助设计师或施工单位发现管道碰撞点，及时修改，能够大幅度减少时间成本。在设计阶段，能够通过VR场景，让现在的用户体验未来的建筑，能够通过用户体验收集信息，帮助设计更符合用户体验的设计。在施工阶段，通过在场景中模拟施工过程，体验施工过程，能够增添施工经验并及时发现施工过程所存在的问题，避免不必要的事故发生。BIM+VR技术将会是建筑行业的主流，它将在与建筑相关的领域中发挥着巨大的作用，未来设计的过程将会有越来越多的参与者，同时建筑施工的过程逐渐变得简单及可预见。

参考文献：

[1]吴贝，杨若吾，陈沿秀，尤洋，高展望.基于BIM+VR虚拟现实技术的工程可视化协同设计[J].四川建材，2020，46（09）：87-89.

[2]李健强，刘振奎，王张军.基于Fuzor BIMVR在地铁项目的应用探究[J].智能建筑与智慧城市，2019（08）：74-76.

[3]罗希远.关于BIM与虚拟现实的结合[J].农家参谋，2020（23）：139-140.

作者简介：李园民（2000— ），男，汉族，江西德安人，常熟理工学院本科工程管理在读学生。

*通讯作者：韦芳（1979— ），女，汉族，江苏常熟人，华东理工大学硕士，常熟理工学院管理学院讲师、工程师，主要从事建设项目管理、工程造价研究。