BIM+VR虚拟仿真技术在施工教学中的应用

BIM+VR虚拟仿真技术在施工教学中的应用

刘芳

山东协和学院250107

摘要：通过分析当前施工教学现状的问题，从BIM+VR技术角度出发，探究BIM跟VR技术的优势及其在施工教学过程中的应用。通过BIM与VR技术的结合，真实的还原施工现场布置，与施工工艺的操作，实现了理论知识与实践应用的结合，让学生不用走出课堂就可以真实的体验施工的全过程，实现了建筑施工项目进校园，实训安排自己做主，反复实训零成本，施工全生命周期体验零风险。

关键词：BIM技术、VR技术、施工教学

BIM（Buildinginformationmodeling）表示为建筑信息模型，在2016年9月住房和城乡建设部组织编制了《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》，明确指出：要鼓励建筑行业使用BIM技术、虚拟现实技术，力图增强建筑业信息化发展能力，优化建筑业信息发展环境，加快推动信息技术与建筑业发展深度融合，充分发挥信息化的引领和支撑作用，塑造建筑业新动态。BIM技术技术提供了一个多方协同工作的系统平台，通过参数模型整合各种项目的相关信息，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对，为设计团队以及包括建筑运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用。将建筑工程各个环节的相关信息数据集合起来，贯穿工程项目的全生命周期，形成的建筑信息模型。项目信息可以实现共享与变更，提高建设效率，降低施工损失。在现代化的建筑施工管理中已逐渐凸显其重要性。

VR技术属于一种模拟虚拟世界的交互式仿真系统，是其通过计算机进行多个资源信息的融合创建一个虚拟三维空间，然后通过三维动态视景进行实际行为模拟，并通过人机交互式浸入，使得用户具有视觉、听觉、触觉、力、运动等感知所形成的的虚拟世界。

BIM与VR虚拟仿真技术的结合，主要是数据模型与虚拟影像的结合，将建筑施工过程信息化、三维化，能够更加形象深刻的将施工方案、建筑模型、施工现场布置等，借助VR技术作为媒介进行虚拟现实展示，使所有人能够直观、身临其境的在施工现场进行参观、学习，同时加强建筑施工过程的项目管理能力。

随着我国施工水平的不断提高，对安全文明施工的要求也越来越高，对施工企业的质量、安全、工期、成本控制的落脚点都在施工现场，加强施工现场布置的管理，在施工现场改善施工作业条件，对于推动工程保质保量完成任务，减少施工能耗，防范安全事故，防止事故伤害都非常重要。所以为保证安全文明施工，施工现场从业人员必须合理规划施工现场，减少材料的二次搬运，与能源消耗，优化布置路灯、室内灯光、绿化、设施及整体形象。

在传统的施工教学中存在以下问题：

1.传统教学注重基础知识的讲解，施工技术的讲授比较枯燥，施工现场的布置停步于二维图纸上，施工现场的布置合理性，及灵活性不高，不容易发现不合理的地方，同时学生对知识的灵活应用情况不足。

2.集中教学实践环节较短，通常为1-2周，而实际工程施工工期比较长，实习只能位于施工的某个阶段，学生不能在短时间内获取较全面的施工知识。学生不能够深入到施工中去，不能切实的感受施工现场内容。

3.自己搭建实训场地成本高，实训内容有限。如若学校自己搭建实训场地，首先需要占用大片的施工场地，场地内的布置成本高，很多机械布置不完善，对于施工学习不利。

4.学校组织集中实习成本高，自主实习缺乏管理、危险性较大。学生在实习过程中，面临自觉性不够，工作单一，很多学生只是走个过场，并未深入，同时教师的监管力度不够，需要大量的精力、物力、财力的支撑。另外，学生初入社会安全警惕性不高，容易出现安全问题，造成安全隐患。

针对传统的学生学习现状，基于建筑信息模型建立精确三维模型，利用VR技术可以实现以下教学效果。

1.作为施工现场技术人员，建立准确显示建筑信息。包括：建筑物外形、尺寸、结构体系以及建筑群的组成和周围环境的协调性，直观展示道路信息、通信信息、管道系统、建筑设备的设计以及施工场景信息，施工区域的划分、材料堆场、施工机械设备的布置等，进行尺寸与材料等相关信息的标注，形成统一的安全文明施工设施库，设置施工机械进场路径，依托BIM技术，找出施工机械在整个进场环节中碰撞点，在进行道路重新规划或碰撞位置的调整。

2.施工现场安全预警。BIM模型能够准确显示建筑信息，将建筑原始数据真实还原，用户可以看到建筑结构、型式、尺寸及现场布置，内容全面具体。通过场景模型系统、考核评价系统等子系统，针对各种标准施工工艺，将其从各种技术文件和国家标准中抽取出来，通过VR技术建立虚拟体验场景，结合全身动作捕捉、体感、和电击等反馈穿戴设备，可以进行各种VR施工事故体验，施工难点预练。对于新入职人员与学生而言，缺乏安全意识，通过BIM+VR技术进行高空坠落、电击、安全帽撞击、消防演练等项目，通过模拟现实环境，让人“真实”的感受到事故的危害，从而实现施工现场安全警示目的，一般来说这种方式能让施工现场工人、实习学生更有针对性、高效性的接受安全教育。

3.模拟施工管理过程。通过BIM与VR技术在施工过程管理中的应用、能够达到统筹规划、持续改进的目的。在施工过程中可以实现虚拟漫游，实时更新数据，以细化施工进度管理。通过工序质量控制能够及时发现和预报制造过程中的质量问题并加以控制处理、有效减少甚至完全消除施工中错误的产生，从而做到质量的持续改进。施工过程中信息庞杂、设计系统多、传统的点对点协同沟通易造成各方理解不一致，效率低下，影响施工质量。通过BIM与VR技术的应用，可视化效果、可实现全方位实时向管理人员、监理人员等相关人员展示现场工作、不受时间、地点的限制。

4.实现校内进行施工全过程的实习。在已建立的虚拟施工现场中，利用VR技术，为学生提供沉浸式体验，让学生犹如置身于施工现场，经历不同阶段施工过程，并在不同施工阶段感知施工区域划分的合理性，并对施工区域、生活区、办公区里面的相关区域的面积、数量进行评价，自由的选择施工的时间、角度、位置，使学生系统了解施工全过程，并应用到新的虚拟工程中，从而达到充分认识施工全过程的所有内容的目的。

BIM技术已经应用于建筑行业的各个领域，在建筑设计、建筑施工过程中更新了手段，在施工过程中更加信息化、智能化。同时VR技术的成熟发展打造了一种全新的感知交互体验，两种前沿技术的深度融合势必会弥补相互之间不足，为建筑工程施工带来新的技术革新，更为施工教学带来更好的体验与教学革新。