BIM+VR技术在建筑设计中的应用研究
摘 要：目前建筑设计领域已有的设计方法和计算机辅助设计技术在很大程度上提高了工作效率和质量，比如BIM技术在建筑设计应用得较为广泛，可以利用BIM软件创建一个虚拟的3D建筑模型，然而对于非专业人员甚至建筑设计师来说，这样的模型在视觉效果和感受方面还有待提高。本文通过分析BIM技术和VR技术的特点，研究这两种技术各自的优缺点，优势互补，将这两种技术结合到一起，并根据建筑设计的流程，设计一套贯穿建筑设计全过程的BIM+VR的应用模式，解决当前建筑设计中存在的问题。
关键词：BIM技术;VR技术;建筑设计
中图分类号：TU17 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）05-0105-02
Abstract：At present，the existing design methods and computer-aided design technology in the field of architectural design have greatly improved the efficiency and quality of work. BIM technology is widely used in architectural design，we can use BIM software to create a virtual 3D architectural model. However，for non-professionals and even architects themselves，such a model is far from enough in terms of visual effects and feelings. By analyzing the characteristics of BIM technology and VR technology，this paper studies the advantages and disadvantages of the two technologies，gives full play to their advantages and disadvantages，combines the two technologies together，and according to the process of architectural design，This paper designs a set of application mode of BIM plus VR which runs through the whole process of architectural design to solve the problems existing in the current architectural design.
Keywords：BIM technology;VR technology;architectural design
1 建筑设计的现状及问题
近年来，建筑物越来越高，建筑物的功能及结构越来越复杂，应用的新材料和新技术越来越多，导致工程复杂程度越来越高，工程项目的信息量也随之加大。因此，迫切需要引入新的信息技术，实现对建筑工程全生命周期信息的全面管理。
目前建筑设计领域已有的设计方法和计算机辅助设计技术虽然在很大程度上提高了工作效率和质量，但依然存在以下的问题：首先，传统的3D技术可以设计出建筑物的3D模型，但由于缺乏专业的数据体现和数据关联，经过反复修改的模型还有可能存在错误;其次，视觉表达不足，传统的3D技术虽然能够制作出3D效果图和3D动画，但由于固定的视角和路线，非专业人员不能全面直观地感受设计效果，造成“所见非所得”的情况发生。
2 BIM+VR的技术优势
“BIM”即“Building Information Modeling”，中文为“建筑信息模型”，BIM技术是一项应用于建筑全生命周期的3D数字化技术，它以一个贯穿其生命周期通用的数据格式，创建、收集建筑所有相关的信息，并建立信息协调的信息化模型作为项目决策的基础和共享信息的资源[1]。BIM模型解决了建筑项目全生命周期中多工种、多阶段的信息共享问题，但它也有缺点，即空间和时间感比较弱，甲方或非专业人员不能直观全面地认识和理解建筑师的设计意图，仅通过三维图像和动画很可能会导致“所见非所得”。
“VR”中文为“虚拟现实”，是一种依靠计算机技术，通过在虚拟背景或环境下创造可交互的三维动态效果，让参与者在虚拟现实中体验并实时互动的技术。参与者通過佩戴VR硬件设备，即可探索虚拟建筑模型的内部和外部空间。2014年Google I/O大会推出Cardboard后，VR迅速进入普通大众的生活，其软硬件均向着轻量化方向发展。在建筑设计领域，VR技术的引入在设计师和甲方之间建立起了一架桥梁。
BIM与VR的结合实现了优势互补，对于设计方来说，VR对BIM模型的实时渲染减少了不必要的工作量，提升了BIM设计的灵活性;对于用户或业主方来说，VR技术可以使他们更加直观地感受建筑设计的效果，提高与行业工作人员的沟通效率。另外，BIM+VR技术的应用可以有效地整合资源，提高资源的利用率，有利于建筑行业的发展。
3 国内外研究现状和发展动态
随着BIM技术及VR技术在各行各业的应用，虚拟现实技术已逐渐成为可视化技术的一种重要表达方式，如仿真模拟、三维游戏和工业设计等，国内外建筑设计企业也逐渐开始进行BIM+VR技术应用的研究[2]。
（1）国内研究现状。近年来，BIM和VR技术在建筑领域的应用得到越来越多的关注。中国建筑科学研究院高永刚通过基于BIM可视化技术在杭州东站工程项目中的成功应用，在实施中利用三维建模和施工模拟等技术，很好地解决了枢纽工程结构的复杂空间关系以及施工方案的制定[2]。西南交通大学杨骐麟针对国内BIM可视化应用误区提出了一种新的可视化协同设计方法，并将该方法应用于成都地铁4号线二期东三环站实际工程项目的设计阶段，提出的新型可视化协同设计方法有助于设计阶段更加快速、精确地进行，以达到缩短设计周期、减少返工和节约成本的目的，为地铁站的可视化协同设计提供了参考[3]。
（2）国外研究现状。国外的研究更侧重于设计工具与设计思维的挖掘。Mikael提出让沉浸式可视化成为当前建筑设计过程的一部分，研究了建筑信息模型的实时可视化和虚拟现实的人体交互式漫游界面，阐述了未来信息建模的潜力，研究软硬件的结合方式，以及通过技术优化来实现BIM模型实时渲染。Westerdahl等人通過调查办公人员在虚拟办公建筑里和真实建成办公楼中的体验，发现相比于在真实建筑里的体验，人们更偏向于在VR模型里工作的状态[4]。
4 BIM+VR在建筑设计中的应用
（1）BIM+VR以3D数字技术为基础，设计的模型不仅展示工程项目的实体，还包含了功能特性的数据;实体模型除了具有三维几何形状信息，还包含很多其它数据信息，如建筑物某处用料的种类、型号，建筑构件的相关数据，构件之间的空间关系等。这些数据可以用来模拟现实世界的行为。
（2）项目方案讨论阶段，因传统3D技术在实体模型和数据上的表达不足，忽视各个专业协调沟通，很容易产生冲突问题。在BIM+VR的沉浸式虚拟环境中，各方人员均可以参与进来，多角度、多方位、多层次地掌握工程项目的情况，从而共同协商优化设计方案，以协同的理念完善建筑的设计，为设计效果和质量提供保障。
（3）建筑方案设计阶段，方案设计阶段的模型需要与其它部门，比如施工、给排水等部分进行对接，不同的专业部门之间使用的软件不一样，会造成沟通上的困难。传统的做法是各不同部门根据建筑专业的CAD图纸再绘制出自己专业的图纸。这样势必会产生大量重复性工作，造成各种资源浪费，周期延长，成本升高。因此，需要搭建一个能够贯穿整个建筑周期的3D虚拟场景。VR技术的加入使设计人员、用户、施工单位均可以对信息模型进行漫游体验，同时可以进行直观地标记和修改，数据变动具有联动性，从而保证建筑模型信息的一致性和完整性。尽可能避免因各方人员沟通不及时或不到位而导致的问题。用户体验后，将自己的亲身感受反馈给设计人员，从而使设计人员更有效地对建筑模型进行修改完善，实现用户的“所见即所得”。
（4）网络协同设计。这是利用现代网络技术以及信息技术共同完成工程项目设计的新手段，它可以使不同地理位置、不同的各方人员，如设计师、客户、业主和施工人员等共同参与到项目的讨论及设计中，多方的共同参与有利于发现设计模型的不足或错误。另外，协同设计有利于加快项目设计的进度，提高设计各方人员的工作效率。
（5）项目团队组建。BIM+VR模式在建筑设计过程中涉及到很多不同领域的知识，比如需要对建筑环境进行调研，需要建筑功能需求信息，需要专业人员进行建筑设计、虚拟场景搭建、沉浸式交互设计等，因此，必须将熟悉不同领域知识的人员组织起来。然而在实际项目中，不管某一阶段人员多还是少，都可能带来返工率增加、设计周期变长和成本升高的风险。通过BIM+VR的应用，可以更加直观地了解每个阶段的人员参与情况，查找问题，从而对人员配备进行优化，在保证每一阶段工作顺利开展的同时，尽可能降低成本。
5 结 论
总地来说，伴随计算机技术的日益发展，BIM技术以及VR技术日趋成熟，通过BIM+VR技术的应用，可以有效地整合资源，提高资源的利用率，并全面提升建筑设计的展示效果，提高行业工作人员的沟通效率。我国发布的《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》（住房和城乡建设部，2016）中将BIM列为五大信息技术之首，并积极推进建筑业与虚拟现实、大数据等新兴技术的密切合作。这充分说明“BIM+VR”模式已受到建筑行业的极大关注，并积极推进两者之间的合作，使两者优势互补，促进建筑行业的发展。
参考文献：
[1] 谭胜，王剑宾，吴涟，等.BIM+VR技术在建筑施工中的应用 [J].建筑安全，2018，33（1）：72-74.
[2] 高永刚，李光金.基于BIM可视化技术在杭州东站中的应用 [J].土木建筑工程信息技术，2010，2（4）：55-58.
[3] 杨骐麟，文志彬，杨万理，等.一种基于BIM的可视化协同设计新方法 [A].中国图学学会BIM专业委员会.第二届全国BIM学术会议论文集 [C].中国图学学会BIM专业委员会.中国广东广州：中国建筑工业出版社数字出版中心，2016：139-145.
[4] 郭文强.基于“BIM+VR”的建筑可视化设计方法及应用研究 [D].北京：北京交通大学，2017.
作者简介：左悦（1981-），女，汉族，辽宁盘锦人，硕士研究生，讲师，研究方向：图形图像处理、计算机应用。