基于bim与vr技术的装配式建筑施工管理系统的实现

'基于BIM与VR技术的装配式建筑施工管理系统的实现宋春鲍文博陆海燕（沈阳工业大学建筑与土木工程学院邮编110870）【摘要】结合装配式建筑施工管理的特点，探讨BIM和VR技术在装配式建筑各施工过程中的应用。将BIM模型和VR虚拟现实相结合，通过构建局域信息共享平台，完成施工动态管理，包括在构件采购、进场、安装及现场漫游等环节的沉浸交互式管理。本文通过SketchUp建立符合标准的装配式建筑施工模型，导入到Unity3D平台中，使用Unity3D开发跨平台施工管理系统。SketchUp模型信息采用FBX格式导入到Unity3D中，再发布到PC端、Web端和手机端，可以为施工管理提供更好的服务。【关键词】装配式建筑；BIM技术；VR技术；施工管理引言目前，BIM技术已经在一些重要的建筑工程项目中成功应用，并取得了良好的经济效益和社会效益。同时，国内装配式建筑的标准建设工作已经逐步开展，BIM技术将会在未来的装配式建筑工程建设过程中逐步推广应用[1]。虚拟现实技术(VR)最早起源于美国。从虚拟现实技术的发展过程来看，主要分为三个主要阶段[2-3]。第一阶段是从20世纪50年代到70年代，该阶段没有形成完整的虚拟现实技术概念；第二阶段是从20世纪80年代初到80年代中期，这段时间形成了虚拟现实技术的基本概念；第三阶段是20世纪80年代后期至现在，虚拟现实技术的加速发展阶段。虚拟现实已被世界许多发达国家都进行了大量研究和开发，广泛应用于船舶训练、军事训练、飞机、汽车制造、维修保养、教师教学和学员培训等领域。相对于国外，我国对于VR技术的研究起步比较晚，与发达国家相比还存在一定的差距。但现在虚拟现实已得到国家相关部门和科学家们的高度关注，引起我国各界人士浓厚的研究兴趣。根据我国制定的对VR的研究计划，国内许多科研机构和高校也都在进行VR技术的研究和应用，并且取得了丰硕的研究成果。本文借助BIM与VR技术开发能支持多终端的装配式建筑施工管理系统。1系统方案将BIM与VR技术运用到装配式建筑施工中，充分利用了BIM的模型信息化和VR技术的虚拟现实的沉浸式体验功能，让施工中的细节更为直观的展现在工作人员眼前。在施工管理的过程中，BIM与VR虚拟现实技术协助施工人员发现问题，解决问题，较大程度地排除了现场施工中的隐患，能够让工作人员更熟练的掌握现场的细节。采用计算机硬件设施与专业的虚拟技术开发工具平台，在虚拟环境下对人的各种感官效果进行虚拟，为用户提供一个逼真的虚拟现实环境，其整体架构如图1所示。图１整体架构2基于SketchUp软件的BIM参数化建模参数化建模是以建筑参数为主导，通过参数控制模型，可以实现“3 参数变，模型动态变化”的效果。因此，明确各个建筑构件的控制参数和参数之间的几何逻辑关系对于参数化建模至关重要。结合SketchUp参数化建模的特点，提出如图２所示的参数化建模方案。　　　　　　　　　　　　　　　　图2参数化建模方案3VR平台选择本文研究的系统中采用Unity3D软件作为VR虚拟平台引擎，Unity3D是由Technologies开发的一个让轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型游戏开发工具，是一个全面整合的专业游戏引擎。Unity类似于Director,Blendergameengine,Virtools或TorqueGameBuilder等利用交互的图型化开发环境为首要方式的软件其编辑器运行在Windows和MacOSX下，可发布游戏至Windows、Mac、Wii、iPhone和Android平台。也可以利用Unitywebplayer插件发布网页游戏，支持Mac和Windows的网页浏览。它的网页播放器也被Macwidgets所支持。Unity3D不仅只限于游戏行业，在虚拟现实、工程模拟、3D设计等应用方面也有着广泛的应用。4实现方法4.1Unity3D中虚拟现实场景构建在Unity3D中导入SketchUp中完成的三维模型文件，流程如图３所示．图３流程图4.2模拟人物漫游的实现方式本次模拟的设定是以第一人称的视角实现全楼盘的人物漫游。首先需要在Uinyt3D中创建游戏对象，将Capsule3 这一对象设定为浏览人物,为这个设定的浏览人物添加一个主要的摄像机进行模拟跟随,而且要调节好适当的距离以及视角。然后依照创建的运动脚本,将其加载到相应的对象上面,以保证能够控制该人物在漫游的时候能前后左右的移动方向。4.3地图雷达的设计与实现一般来说,相对复杂的建筑模型一般会拥有几个子地点,促使用户能够在漫游的过程中更为清楚明确的理解这些建筑模型的实际位置,以此来增强该系统的可用性。为了标记与显示出浏览的模拟人物在整个虚拟场景中所处位置,本文便设计出一个全地图都能够感知到的雷达。这个功能主要是依靠虚拟场景中设定的众多摄像机辅助实现的,并且每一个摄像机都必须为其设置好适当的深度值,还要明确摄像机的优先等级,如此才能够更为明晰准确地看到每一个摄像机所拍摄出的真实内容。其具体的操作步骤为:在整个地图的最上方先创建一个命名为Camearone的主摄像机,而后调节它的正交功能属性,继而调节小地图在整个屏幕中所处的合理位置。4.4环境光设置根据需要可以对整体模型的环境光等方面进行调整，使之适合场景的环境需要。环境光分为点光源、平行光、区域光等种类。本文选择平行光源，即模拟生活中的太阳光。在Unity3D中的Inspector区域内勾选Light选项，并在Type中选择Direction－al选项即可。根据不同的需要可对所选环境光种类再进行调整。4.5发布Unity3D的作品可以发布到多个平台中，例如Mac、Windows及手机系统等，可以通过菜单栏中的file下的buildsetting来进行导出设置。5结论随着BIM技术、VR技术和装配建筑的迅猛发展，借助BIM与VR技术实现装配式建筑的虚拟动态管理是一个很好的选择，本系统实现了BIM模型的导入、场景的漫游与交互，使用户能够通过该系统实现整个装配式建筑的构件采购、进场、安装及现场漫游等的沉浸交互式虚拟管理。参考文献[1]褚晶莹．基于UNITY3D技术的VR展台的设计与实现[D]．长春：吉利大学，2016．[2]黄颖．基于Unity3D虚拟现实技术的岳麓书院3D漫游设计[D]．长沙：湖南大学，2016.[3]常春光，吴飞飞．基于BIM和RFID技术的装配式建筑施工过程管理[J]．沈阳建筑大学学报(社会科学版)，2015，17(2)：170-174．[4]吴亚峰,于复兴.Unity3D游戏开发技术详解与典型案例[M].北京:人民邮电出版社，2012。3'