基于bim與vr技術(shù)裝配式建筑與虛擬仿真技術(shù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、1基于BIM與VR技術(shù)裝配式建筑與虛擬仿真技術(shù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)王守平陸海燕寧寶寬（沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院郵編110870）【摘要】為構(gòu)建現(xiàn)代化裝配式建筑三維模型和可視化軟件系統(tǒng)，本研究利用三維視圖設(shè)計(jì)方法獲得裝配式建筑及設(shè)施的模型參數(shù)，根據(jù)參數(shù)生成BIM模型；利用VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)包括裝配式構(gòu)件模型、施工模擬、構(gòu)件查詢等場(chǎng)景的現(xiàn)代化建筑工程虛擬現(xiàn)實(shí)施工，從而可在互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上再現(xiàn)施工環(huán)境與設(shè)施裝備場(chǎng)景，并為施工生產(chǎn)管理和監(jiān)測(cè)預(yù)警物

2、聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)支持?！娟P(guān)鍵詞】裝配式建筑；Unity3D；BIM；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)近年來(lái)，我國(guó)裝配式建筑越來(lái)越普及，產(chǎn)業(yè)越來(lái)越集中，裝配式建筑技術(shù)不斷提高，對(duì)現(xiàn)代化技術(shù)的依靠越來(lái)越明顯?，F(xiàn)代化裝配式建筑施工普遍提高施工技術(shù)和管理水平。其中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的的環(huán)境監(jiān)控，使項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程變得更直觀；各部門之間能夠協(xié)調(diào)統(tǒng)一，既提高工程效率，又能避免重復(fù)勞動(dòng)，控制成本風(fēng)險(xiǎn)；提高預(yù)制裝配工程施工品質(zhì)、推進(jìn)預(yù)制裝配工程發(fā)

3、展，降低工程成本[1]；減少施工帶來(lái)的污染問(wèn)題；物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用為裝配式建筑發(fā)展帶來(lái)新的飛躍。物聯(lián)網(wǎng)建筑施工系統(tǒng)包含施工環(huán)境監(jiān)測(cè)、施工過(guò)程監(jiān)控、智能化設(shè)施裝備和產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源等多個(gè)功能平臺(tái)。本文基于BIM和VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，針對(duì)裝配式建筑的設(shè)計(jì)、施工及物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，進(jìn)行虛擬仿真設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的研究探討。1、BIMBIM和VRVR虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展現(xiàn)況虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展現(xiàn)況BIM（BuildingInfmationModeling）技術(shù)是近十年來(lái)在傳統(tǒng)的CA

4、D技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種建筑信息模型集成技術(shù)，涵蓋了幾何學(xué)、空間關(guān)系、地理信息系統(tǒng)、各種建筑組件的性質(zhì)及數(shù)量（例如供應(yīng)商的詳細(xì)信息）。建筑信息模型可以用來(lái)展示整個(gè)建筑生命周期，包括了興建過(guò)程及營(yíng)運(yùn)過(guò)程?？梢苑奖愕奶崛〗ㄖ?nèi)材料的信息。建筑內(nèi)各個(gè)部分、各個(gè)系統(tǒng)都可以呈現(xiàn)出來(lái)。項(xiàng)目建設(shè)的各相關(guān)參與方能夠在三維的建筑模型環(huán)境中，在建筑全生命周期中協(xié)同操作建筑模型信息，從而提高工作效率和質(zhì)量，減少錯(cuò)誤和風(fēng)險(xiǎn)。20世紀(jì)90年代我國(guó)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

5、研究才剛剛起步，該技術(shù)在建筑領(lǐng)域上的應(yīng)用研究比工業(yè)、軍事、造船、飛機(jī)制造等更為滯后。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality，VR）技術(shù)逐漸地滲透進(jìn)入人們的生活中，它可有效模擬人在自然環(huán)境中視、聽(tīng)、動(dòng)等行為的高級(jí)人機(jī)交互技術(shù)。該技術(shù)是人工智能、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及高度并行的實(shí)時(shí)計(jì)算技術(shù)等系列技術(shù)的綜合集成。這種模擬改變了傳統(tǒng)生硬、枯燥和被動(dòng)的人機(jī)交互模式，增強(qiáng)人的感性和理性認(rèn)識(shí)，具有

6、三種基本特征：臨境感、交互性和想象性[2]。2、系統(tǒng)概括、系統(tǒng)概括建立現(xiàn)代化裝配式建筑三維建模與視景仿真系統(tǒng)，對(duì)裝配式建筑現(xiàn)代化生產(chǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)與虛擬展示。系統(tǒng)基于三維可視化、視景仿真、數(shù)字動(dòng)畫(huà)生成，綜合BIM建模、Unity3D處理和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，利用三維視圖設(shè)計(jì)方法獲得裝配式建筑的模型參數(shù)，根據(jù)參數(shù)生成三維模型，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配式建筑施工過(guò)程進(jìn)行虛擬漫游，對(duì)施工人員和工程進(jìn)行管理與監(jiān)控；創(chuàng)立構(gòu)件的查詢系統(tǒng)和施工流程的展示

7、，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化施工虛擬現(xiàn)實(shí)可視化系統(tǒng)，并將這套系統(tǒng)導(dǎo)入云端，供客戶購(gòu)買使用。3、系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)我們由BIM建模軟件提供三維模型的創(chuàng)建，通過(guò)云端上傳到系統(tǒng)。但是光憑借上述的3藝流程展示系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化施工虛擬現(xiàn)實(shí)可視化系統(tǒng)。建筑模型要求嚴(yán)格根據(jù)圖紙進(jìn)行創(chuàng)建，這項(xiàng)工作將交由設(shè)計(jì)院或BIM工程師進(jìn)行，建立BIM數(shù)據(jù)庫(kù)，導(dǎo)入完善后的BIM模型，方便模型的調(diào)用。4.14.1虛擬漫游虛擬漫游（1）漫游的種類三維虛擬場(chǎng)景中，常見(jiàn)的場(chǎng)景漫游方

8、式分兩種：一種屬于交互式的漫游方式，這種漫游方式相對(duì)比較靈活，給用戶更多的可操作性，它完全是通過(guò)用戶控制鼠標(biāo)、鍵盤或其他輸入設(shè)備，根據(jù)用戶的意圖和想法隨意改變視線方向或者旋轉(zhuǎn)視野瀏覽虛擬場(chǎng)景，但是這種漫游方式也有缺陷，如果當(dāng)用戶處在一個(gè)陌生的虛擬環(huán)境中進(jìn)行自由交互漫游操作時(shí)，用戶會(huì)很容易迷失方向，減少了用戶的體驗(yàn)興趣，因此在虛擬系統(tǒng)中還需要實(shí)現(xiàn)另外一種場(chǎng)景漫游方式，即自動(dòng)尋徑漫游方式，這種場(chǎng)景漫游方式是用戶按照事先設(shè)定好的固定路線，在三

9、維虛擬場(chǎng)景中漫游，這樣可以讓用戶更好的瀏覽建筑場(chǎng)景[3]，在虛擬漫游中需要建立這兩種漫游方式。（2）交互式漫游虛擬場(chǎng)景漫游實(shí)現(xiàn)本質(zhì)是通過(guò)Unity平臺(tái)中的虛擬相機(jī)實(shí)現(xiàn)的，將腳本掛載到攝像機(jī)上，通過(guò)鍵盤輸入W、S、A、D，分別控制攝像機(jī)的前、后、左、右的移動(dòng)，通過(guò)移動(dòng)鼠標(biāo)進(jìn)行視野的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)按下W、S、A、D或旋轉(zhuǎn)鼠標(biāo)，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的變換，這樣就完成了交互式漫游。（3）自動(dòng)尋路漫游自動(dòng)尋路漫游是指：用戶從初始點(diǎn)位置沿著系統(tǒng)事先設(shè)定好的路徑到達(dá)指

10、定目標(biāo)的漫游方式。這種漫游方式與自由漫游方式最大的不同就是：以兩個(gè)指定地點(diǎn)的最短路徑最為漫游路線，用戶只需要跟蹤觀察。通過(guò)這種方式，用戶可以大致了解周圍建筑的環(huán)境，增強(qiáng)了用戶的沉浸式體驗(yàn)，提高了用戶與施工環(huán)境的互動(dòng)性和漫游效率。4.24.2人員管理人員管理在Unity3D中的裝配式建筑施工場(chǎng)景中建立與參與施工人員職務(wù)與人數(shù)相匹配的人員模型，并加入信號(hào)的接收裝置；在參與裝配式建筑施工人員的安全帽中配備實(shí)時(shí)人員位置信號(hào)發(fā)射裝置。當(dāng)人員進(jìn)入施

11、工現(xiàn)場(chǎng)佩戴安全帽的同時(shí)啟動(dòng)該裝置，在另一頭的接收裝置接收到模擬信號(hào)，并將這種信號(hào)反應(yīng)在人員模型的身上，模型將會(huì)作出相應(yīng)的動(dòng)作。這樣做既保證了現(xiàn)場(chǎng)施工人員的監(jiān)控與管理，同時(shí)也保證了施工人員的隱私安全，極大程度的提高了施工的效率。4.34.3施工管理施工管理在裝配式建筑施工現(xiàn)場(chǎng)搭建自動(dòng)掃描施工建筑設(shè)備，將掃描到的建筑物以3D模型的形式傳輸?shù)诫娔X設(shè)備中，并在Unity3D平臺(tái)中搭建模型，完成現(xiàn)場(chǎng)施工信息實(shí)時(shí)傳回，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控。這項(xiàng)系統(tǒng)操

12、作不限時(shí)間與地點(diǎn)，更加快捷準(zhǔn)確地獲取施工進(jìn)展信息，達(dá)到輕松管理施工的目的。4.44.4構(gòu)件查詢構(gòu)件查詢（1）搜索查詢將BIM模型導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D后，在相關(guān)文件夾中建立與構(gòu)件相關(guān)的詳細(xì)信息庫(kù)，如構(gòu)件名稱，構(gòu)件尺寸，購(gòu)買時(shí)間，生產(chǎn)廠家等。在Unity3D中，創(chuàng)建UI界面，包括InputField（輸入框），Text（文本），Button（按鈕）等控件。當(dāng)在輸入欄中輸入想要查詢的構(gòu)件時(shí)，虛擬攝像機(jī)會(huì)找到所搜索的物體，將物體以合適的放大倍數(shù)所