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1、 虚拟现实下建筑施工进程的BIM系统优化设计 王斌摘 要： 为了解决传统建筑施工进程中BIM系统存在稳定性差，无法针对不同施工阶段进行有效控制的问题，提出虚拟现实下建筑施工进程的BIM系统优化设计。系统硬件设计采用虚拟现实技术审核建筑施工进程的数据，软件设计时，考虑到子系统的连接性，应用SD方程反映BIM优化方案系统结构。在此基础上，设计虚拟现实可视化虚拟场景用于判断建筑施工进程潜在质量风险。软、硬件结合，完成基于虚拟现实的建筑施工进程的BIM系统优设计。实验结果表明，所提系统稳定性更佳。关键词： 建筑施工进程; 虚拟现实技术; 系统优化; 系统设计; 虚拟场景设计; 质量风险判断： TN91
2、1.73?34; TM46 ： A ： 1004?373X（2020）10?0160?03Optimization design of BIM system for construction building process in virtual realityWANG Bin（Sanjiang University， Nanjing 210012， China）Abstract： In allusion to the problems that the BIM system of traditional construction building process has poor stabi
3、lity and cannot be controlled effectively for different construction stages， the optimization design of BIM system for the construction building process in the virtual reality is proposed. In the system hardware design， the virtual reality technology is adopted to audit the data of the construction
4、building process. In the system software design， the connectivity of the each subsystem is considered， so the SD equation is used to reflect the system structure of BIM optimization scheme. On this basis， the virtual reality visualization scene is designed to judge the potential quality risk of the
5、construction building process. In combination of the hardware and software， the virtual reality based optimization design of BIM system for construction building process is completed. The experimental results show that the proposed system has better stability.Keywords： construction building process;
6、 virtual reality technology; system optimization; system design; virtual scene design; quality risk judgement0 引 言隨着计算机技术的不断发展，虚拟现实技术用一种全新的方式出现在人们的面前。它是通过计算机生成模拟环境，使用户可以模拟出现实中的世界。虚拟现实技术可以优化BIM方案系统设计，实现施工过程动态模拟的目标1。传统建筑施工进程的BIM系统是对业主前期的策划进行可行性研究2，在将其转换为施工图，由施工方按照图施工，这样的系统模式无法针对不同阶段进行有效的沟通和控制，而且无法实现信息
7、共享。基于传统方法存在的问题，提出虚拟现实下建筑施工进程的BIM系统优化设计。该系统通过硬件和系统软件的设计，通过环境模拟，拓宽可视化的范围，实现虚拟施工。1 BIM系统优化设计1.1 硬件结构设计在传统BIM系统的基础上，设计虚拟现实下建筑施工进程的BIM系统的硬件结构，如图1所示。1） 数据可关联：系统的硬件具备3D模型数据和设计数据以及施工时间信息等关联整合，它能够根据设计的要求获取与线路相关联的数据，主要包括沿线地质数据和气象数据等，BIM附加信息格式必须要符合建筑施工数据存储的标准要求，在初期准备时，可以保证建模数据与传统设计保持一致，以便于设计师建模3。2） 智能化三维设计：其功能
8、主要确定支柱布置位置坐标和吊弦位置等工作，在施工的过程中需要很多设备，为了提高设计效率，在设计时，要使系统功能具备一定的智能性4。3） 标准化数据接口：它具有良好的数据信息兼容能力等。4） 参数设计约束：将自定义可量化设计规范标准作为BIM 约束条件，主要包括线路条件和气象条件相关的集合参数约束，在应用时，要对约束条件进行设计校验，对设计中不符合规定的部分进行错误提示5。5） 动态化设计校验：该功能充分利用了BIM系统中三维模型和附加信息的优势对设计进行静态参数校验6。6） 线路模型可测量：该功能除了能够对不规则表面进行测量外，还能根据建筑施工项目的特点进行设计审核7。7） 权限管理：具有确定
9、信息权限、模型权限管理和数据权限管理的能力，另外，还能针对建筑施工进程进行远程访问权限管理。8） 符合标准的数据输出：将采用二维图纸设计的建筑工程项目转换成三维模型，在将其输入到BIM系统中经过设计校验和性能分析，得到合格的图纸8。为了保证所提系统正常运行，设计系统配置，见表1。应用表1配置的系统能够流畅地进行图像渲染和远程监控9。配置项 配置要求 操作系统 推荐配置：64 bit Microsoft? Windows? 7 with Service Pack 1 or Windows 8.1 or Microsoft Windows 10CPU型号 推荐配置：Intel? Xeon? E3
10、or Core i7 or equivalent，3.0 GHz或更快 内存 推荐配置：16 GB RAM或更高 硬盘 推荐配置：250 GB free disk space or more 显卡 推荐配置：Microsoft? Direct3D 11? or capablegraphics card or higher 其他 显示器分辨率：1 280 1 024或更高 1.2 软件功能设计传统BIM系统的子系统连接性差，无法保证模拟结果的置信度，为此，采用SD方程，确保模拟数据的置信度10。SD方程为：AKL=F （1）式中：A表示輔助变量名;K表示状态变量;L表示辅助变量;F表示常量;KL
11、表示一段出现在K时刻的单位时间间隔。应用式（1）可以清晰地反映BIM优化方案系统的结构，以此保证模拟结果的置信度11。虚拟现实下建筑施工进程的BIM优化系统软件是通过数据的形式在不同的计算机代码转化中创建的。因其建模软件和结构分析软件的数据标准和接口不同，因此，采用Revit系列的分析软件建立BIM优化方案系统的核心12。系统软件操作基本流程如图2所示。在完成BIM系统优化软件流程的设计后，需要模拟建筑施工进程中可能出现的质量风险。因此，建立虚拟现实可视化模拟场景，用于快速分析建筑施工进程的质量问题，以此预防工程中潜在的质量风险13。虚拟现实可视化整体框架如图3所示。在预防和抵御工程方面，虚拟
12、现实可视化模拟的主要表现14：1） 在对建筑施工进程进行质量监控时，可以提前模拟施工过程，为施工方提供一个虚拟施工环境，以此确保建筑施工的质量。2） 在计算机模拟施工环境时，无法摆脱现实环境中不利因素的影响，因此，利用参数化脚本模型对生成的3D 模型进行虚拟场景的交换，在3D模型特定的数据下，最大程度地进行极限施工操作，为实际应用提供可靠数据。3） 虚拟现实可视化模拟利用了结构和力学的仿真对建筑物进行科学的虚拟仿真计算，在最少的成本下对施工补救方案进行判断15。由此，完成基于虚拟现实的建筑施工进程的BIM优化方案系统的软件设计。2 实验分析为验证虚拟现实下建筑施工进程的BIM优化系统设计的可行
13、性，设置对比实验，对比传统BIM系统与所提系统的稳定性。2.1 实验平台为验证所提系统的稳定性，设置实验研究平台，用于对比两个系统的稳定性，具体内容见表2。Analysis软件 NET框架 NET Framework 4.0 开发平台 Microsoft Visual Studio 2010，C# 依据表2开展仿真实验，验证基于虚拟现实的建筑施工进程的BIM 优化方案系统开发流程中的关键环节，同时，验证该系统的设计是否满足实际需求。2.2 实验结果基于虚拟现实的建筑施工进程的BIM 优化方案系统的组件是开放的，在实验中便于扩展。当某个组件需要修改时，可以最大额度地减轻系统开发的压力，其应用软件
14、也是一个通用化可扩展的虚拟模拟平台，能够复用，图4为此次仿真实验的对比结果。分析图4可知，所提系统稳定性更高，可以在本次设计的实验平台完成仿真工作;而采用传统的BIM系统稳定性差，其软件缺乏可扩展性，无法完成后续的改进和更新。3 结 语针对传统BIM系统存在的问题，提出虚拟现实下建筑施工进程的BIM 系统优化设计。在硬件的设计上考虑到了系统流畅度的问题，并分别推荐了最佳配置，以此确保系统的稳定性。在软件的设计上，为加强子系统的连接性，利用SD方程，保证系统虚拟模拟场景的置信度。在此基础上，设计虚拟现实可视化场景，预防潜在风险。实验结果表明，所提系统的稳定性更佳，更适合推广使用。参考文献1 张国
15、峰.BIM在建筑工程岩土勘察三维虚拟现实可视化中的应用J.建筑技术，2017，48（3）：275?277.2 唐维，张永攀，陈贤国.BIM+VR技术在地铁施工过程中的应用研究J.公路，2018，63（4）：190?194.3 余军，刘占省，孙佳佳.基于BIM的首都机场急救中心专项管理平台研发与应用J.建筑技术，2017，48（9）：976?979.4 祝叶，罗凡.在非对称外倾拱桥施工中BIM技术的应用研究J.公路工程，2017，42（5）：233?238.5 李亚萍，陈国平.BlM技术在装配式混凝土建筑结构设计中的应用及发展J.混凝土，2018（6）：126?128.6 唐维，丁浩，陈贤国.基于Revit软件建模的BIM技术研究J.公路交通科技（应用技术版），2017，14（3）：215?217.7 徐伟，刘元东，金国辉，等.基于BIM协同设计优化方案的经济性J.土木工程与管理学报，2017，34（4）：96?100.8 付翃，张尚义，师前进.高层居住建筑群水系统BIM结合绿色建筑优化设计J.中国给水排水，2017，52（6）：83?87.9 王成武，陈剑波，刘康发.BIM技术在酒店设计检测及优化分析中应用研究J.上海理工大学学报，20
