虛擬建造技術(shù) 課件 模塊一 概述

虛擬建造技術(shù)模塊1概述01虛擬建造技術(shù)體系02綜合實(shí)訓(xùn)樓虛擬建造技術(shù)應(yīng)用目錄CONTENTS03虛擬建造發(fā)展趨勢(shì)與展望1.1虛擬建造技術(shù)體系1.1.1任務(wù)要求了解虛擬建造技術(shù)的概念及其發(fā)展歷程,設(shè)計(jì)建設(shè)項(xiàng)目的虛擬建造技術(shù)體系。1.1.2任務(wù)分析虛擬建造(VirtualConstruction,VC)：是指利用計(jì)算機(jī)對(duì)建設(shè)工程的建造過(guò)程進(jìn)行數(shù)字化仿真模擬,即項(xiàng)目實(shí)際施工建造中的實(shí)施過(guò)程和方法采用虛擬技術(shù)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬實(shí)現(xiàn)。虛擬建造可以利用在設(shè)計(jì)階段建筑信息模型(BuildingInformationModeling,BIM)深化設(shè)計(jì)的結(jié)果,將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合,對(duì)實(shí)際建造過(guò)程中的設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)、工藝與工序進(jìn)程及資源配置、設(shè)備與人員流動(dòng)以及管理活動(dòng)進(jìn)行全方位的模擬仿真,在實(shí)際項(xiàng)目實(shí)施之前就能對(duì)施工活動(dòng)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)做好更好、更全面的應(yīng)急預(yù)案,達(dá)到項(xiàng)目一次性建造成功的目的,從而實(shí)現(xiàn)降低建造成本,節(jié)約施工材料資源以及縮短開(kāi)發(fā)施工周期的管理目標(biāo)。1.1虛擬建造技術(shù)體系虛擬建造技術(shù)在建設(shè)過(guò)程實(shí)際應(yīng)用中,可以在設(shè)計(jì)新型建筑物時(shí),在動(dòng)工之前用虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality,VR)技術(shù)顯示建筑物,為安全生產(chǎn)和管理工程奠定基礎(chǔ)。在施工階段,通過(guò)虛擬仿真在施工前對(duì)施工全過(guò)程或關(guān)鍵過(guò)程進(jìn)行模擬施工,以驗(yàn)證施工方案的可行性或優(yōu)化施工方案;對(duì)重要結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)以分析影響項(xiàng)目的安全因素,達(dá)到控制質(zhì)量和施工安全的目的:可視化施工計(jì)劃進(jìn)度和實(shí)際形象進(jìn)度等。虛擬建造技術(shù)同時(shí)也可以延展到運(yùn)維階段,在運(yùn)行維護(hù)時(shí)展示建筑的綜合信息載體,助力實(shí)現(xiàn)城市精細(xì)化管理、智能化決策和高效率公共服務(wù)功能。(1)建筑信息模型(BIM)建筑信息模型以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ),進(jìn)而建立建筑型,通過(guò)數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息。它具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性五大特點(diǎn)。1.1虛擬建造技術(shù)體系(2)擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)(XR)擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)是指通過(guò)計(jì)算機(jī)將真實(shí)與虛擬相結(jié)合,打造一個(gè)可人機(jī)交互的虛擬環(huán)境,給體驗(yàn)者帶來(lái)虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界之間無(wú)縫轉(zhuǎn)換的“沉浸感”,是VR、AR(AugmentedReality)MR(MixedReality)等多種技術(shù)的統(tǒng)稱(chēng)。①VR技術(shù)即虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),它是指利用計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代科技對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行虛擬化再造,用戶(hù)可以即時(shí)、沒(méi)有限制地與三維空間內(nèi)的事物進(jìn)行交互,仿佛身臨其境(圖1-1-1)VR強(qiáng)調(diào)了在虛擬系統(tǒng)中的人的主導(dǎo)作用,從過(guò)去人只能從電腦系統(tǒng)的外部去觀測(cè)處理的結(jié)果,到人能夠沉浸到電腦系統(tǒng)所創(chuàng)建的環(huán)境中;從過(guò)去人只能通過(guò)鍵盤(pán)、鼠標(biāo)與計(jì)算環(huán)境中的單維數(shù)字信息發(fā)生作用,到人能夠用多種傳感器與多維信息的環(huán)境發(fā)生交互作用②)AR技術(shù)即增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù),是一種融合真實(shí)場(chǎng)景和虛擬場(chǎng)景的信息的技術(shù)。AR眼鏡(圖1-1-2)集合了顯示技術(shù)、交互技術(shù)、傳感技術(shù)、多媒體技術(shù)等,基于第一視角的交互方式通過(guò)鏡片將虛擬信息內(nèi)容展示在用戶(hù)的視場(chǎng)中,為用戶(hù)提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)。1.1虛擬建造技術(shù)體系從過(guò)去人只能通過(guò)鍵盤(pán)、鼠標(biāo)與計(jì)算環(huán)境中的單維數(shù)字信息發(fā)生作用,到人能夠用多種傳感器與多維信息的環(huán)境發(fā)生交互作用②)AR技術(shù)即增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù),是一種融合真實(shí)場(chǎng)景和虛擬場(chǎng)景的信息的技術(shù)。AR眼鏡(圖1-1-2)集合了顯示技術(shù)、交互技術(shù)、傳感技術(shù)、多媒體技術(shù)等,基于第一視角的交互方式通過(guò)鏡片將虛擬信息內(nèi)容展示在用戶(hù)的視場(chǎng)中,為用戶(hù)提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)。圖1-1-1VR頭盔圖1-1-2AR眼鏡圖1-1-3MR頭盔1.1虛擬建造技術(shù)體系③MR技術(shù)即混合現(xiàn)實(shí)技術(shù),它是指合并現(xiàn)實(shí)和虛擬世界而產(chǎn)生的新的可視化環(huán)境。在新的可視化環(huán)境里,物理和數(shù)字對(duì)象共存,并實(shí)時(shí)互動(dòng)。它是VR與AR的進(jìn)一步結(jié)合發(fā)展這一技術(shù)通過(guò)在虛擬環(huán)境中引入現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景信息,在虛擬世界、現(xiàn)實(shí)世界和用戶(hù)之間搭起一個(gè)交互反饋的信息回路,進(jìn)一步增強(qiáng)用戶(hù)體驗(yàn)的真實(shí)感。MR的出現(xiàn)突破了完全虛擬的VR技術(shù)局限,進(jìn)一步拓展了人機(jī)交互的模式,也相應(yīng)地拓展了更廣泛意義上的商業(yè)運(yùn)用空間。1.1虛擬建造技術(shù)體系2)虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展歷程虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展歷程可以追溯到20世紀(jì)60年代,隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的不斷更新,虛擬建造技術(shù)也得到了快速發(fā)展?？傮w來(lái)說(shuō),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)經(jīng)歷了圖1-1-4所示的4個(gè)階段。圖1-1-4虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展歷程1.1虛擬建造技術(shù)體系3)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征(1)沉浸性(Immersion)在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中,使用者可獲得視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)、運(yùn)動(dòng)感覺(jué)等多種感知,從而獲得身臨其境的感覺(jué)。(2)交互性(Interaction)在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中,不僅環(huán)境能夠作用于人,人也可以對(duì)環(huán)境進(jìn)行控制,而且人是以近乎自然的行為(自身的語(yǔ)言、肢體的動(dòng)作等)進(jìn)行控制的,虛擬環(huán)境還能夠?qū)θ说牟僮饔枰詫?shí)時(shí)的反應(yīng)。例如,當(dāng)飛行員按動(dòng)導(dǎo)彈發(fā)射按鈕時(shí),會(huì)看見(jiàn)虛擬的導(dǎo)彈發(fā)射出去并跟蹤虛擬的目標(biāo),當(dāng)導(dǎo)彈碰到目標(biāo)時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸,飛行員能夠看到爆炸的碎片和火光。1.1虛擬建造技術(shù)體系(3)虛幻性(Imagination)虛幻性即系統(tǒng)中的環(huán)境是虛幻的,是由人利用計(jì)算機(jī)等工具模擬出來(lái)的。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)既可以模擬客觀世界中以前存在過(guò)的或者現(xiàn)在真實(shí)存在的環(huán)境,也可模擬出客觀世界中當(dāng)前并不存在的但將來(lái)可能出現(xiàn)的環(huán)境,還可模擬客觀世界中并不會(huì)存在的而僅僅屬于人們幻想的環(huán)境。(4)逼真性(Reality)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的逼真性表現(xiàn)在兩個(gè)方面。一方面,虛擬環(huán)境給人的各種感覺(jué)與所模擬的客觀世界非常相像,一切感覺(jué)都是那么逼真,如同在真實(shí)世界一樣;另一方面,當(dāng)人以自然的行為作用于虛擬環(huán)境時(shí),虛擬環(huán)境作出的反應(yīng)也符合客觀世界的有關(guān)規(guī)律4)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃、教育培訓(xùn)、文物保護(hù)、醫(yī)療、房地產(chǎn)、因特網(wǎng)、勘探測(cè)繪、生產(chǎn)制造和軍事航天等重要行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用,且還有很多潛在的可能性和發(fā)展空間,其應(yīng)用前景非常廣闊。1.1虛擬建造技術(shù)體系1.1.3任務(wù)實(shí)施虛擬建造技術(shù)體系主要包含模型創(chuàng)建技術(shù)、虛擬場(chǎng)景創(chuàng)建技術(shù)及場(chǎng)景應(yīng)用與交互技術(shù)三個(gè)方面。其技術(shù)路徑一般為:模型創(chuàng)建一虛擬場(chǎng)景創(chuàng)建一場(chǎng)景應(yīng)用與交互。1)模型創(chuàng)建技術(shù)模型創(chuàng)建的工具體系主要分為三大類(lèi):BIM類(lèi)軟件、美術(shù)類(lèi)軟件、逆向建模類(lèi)軟件BIM類(lèi)常用軟件有Revit、ArchiCAD、Civil3D、Rhino等,如圖1-1-5所示。其創(chuàng)建的模型帶有詳細(xì)的模型信息,常用于工程建設(shè)方向。圖1-1-5BIM類(lèi)軟件1.1虛擬建造技術(shù)體系美術(shù)類(lèi)常用軟件有3dmax、Blender、Maya、SketchUp等,如圖1-1-6所示。此類(lèi)建模軟件側(cè)重于模型展示面的美學(xué)表達(dá),多用于創(chuàng)建形體復(fù)雜的模型,常用于建筑美學(xué)、人物表現(xiàn)等方向。圖1-1-6美術(shù)類(lèi)軟件1.1虛擬建造技術(shù)體系逆向建模類(lèi)軟件有Context(BentleyDescartes等,此類(lèi)軟件通過(guò)簡(jiǎn)單的照片Capture(u或點(diǎn)云自動(dòng)生成詳細(xì)三維實(shí)景模型,如圖1-1-7所示。CC的高兼容性能對(duì)各種對(duì)象及各種數(shù)據(jù)源進(jìn)行精確無(wú)縫的重建,常用于實(shí)景還原。圖1-1-7逆向建模類(lèi)軟件1.1虛擬建造技術(shù)體系逆向建模類(lèi)軟件有Context(BentleyDescartes等,此類(lèi)軟件通過(guò)簡(jiǎn)單的照片Capture(u或點(diǎn)云自動(dòng)生成詳細(xì)三維實(shí)景模型,如圖1-1-7所示。CC的高兼容性能對(duì)各種對(duì)象及各種數(shù)據(jù)源進(jìn)行精確無(wú)縫的重建,常用于實(shí)景還原。2)虛擬場(chǎng)景創(chuàng)建技術(shù)虛擬場(chǎng)景創(chuàng)建流程一般歸納為:場(chǎng)景策劃一場(chǎng)景制作一場(chǎng)景應(yīng)用與交付(1)場(chǎng)景策劃場(chǎng)景策劃首先需要對(duì)最終想要達(dá)到的效果進(jìn)行策劃進(jìn)而明確團(tuán)隊(duì)工作目標(biāo),這個(gè)目標(biāo)定要明確、具體、可衡量、與業(yè)務(wù)相關(guān),而且是可以實(shí)現(xiàn)的;其次是基于團(tuán)隊(duì)的工作目標(biāo),經(jīng)過(guò)團(tuán)隊(duì)成員的共同參與討論,梳理出團(tuán)隊(duì)的關(guān)鍵工作項(xiàng)目;最后搜集、查閱并掌握相關(guān)知識(shí)完成界面展示內(nèi)容、相關(guān)工藝模擬效果、動(dòng)畫(huà)或場(chǎng)景涉及模型需求等。1.1虛擬建造技術(shù)體系(2)場(chǎng)景制作常用的虛擬場(chǎng)景創(chuàng)建技術(shù)主要有次世代引擎技術(shù)和專(zhuān)用技術(shù)次世代引擎特指一種具備下一個(gè)時(shí)代、未來(lái)的時(shí)代特征的游戲引擎。次世代引擎是一個(gè)相對(duì)當(dāng)前時(shí)間的概念,其具體目錄也在不斷的更新?lián)Q代,在不同的時(shí)間均有符合當(dāng)時(shí)環(huán)境的次世代引擎。虛擬場(chǎng)景創(chuàng)建常用的次世代引擎技術(shù)有UE(UnrealEngine.虛幻引擎)Unity3D等技術(shù),如圖1-1-8所示,在制作虛擬場(chǎng)景過(guò)程中需要配合部分編程語(yǔ)言或可視化編程進(jìn)行功能的實(shí)現(xiàn)。UE是由游戲公司EPIC開(kāi)發(fā)的虛幻引擎,是一個(gè)完整的游戲開(kāi)發(fā)平臺(tái),它提供了游戲開(kāi)發(fā)者需要的大量的核心技術(shù)、數(shù)據(jù)生成工具和基礎(chǔ)支持;Unity3D是實(shí)時(shí)3D互動(dòng)內(nèi)容創(chuàng)作和運(yùn)營(yíng)平臺(tái),包括游戲開(kāi)發(fā)、美術(shù)、建筑、汽車(chē)設(shè)計(jì)、影視在內(nèi)的所有創(chuàng)作者,借助Unity3D將創(chuàng)意變成現(xiàn)實(shí),其支持平臺(tái)包括手機(jī)、平板電腦、PC、游戲主機(jī)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備。圖1-1-8次世代引擎技術(shù)1.1虛擬建造技術(shù)體系專(zhuān)用技術(shù)是專(zhuān)門(mén)為特定行業(yè)、專(zhuān)業(yè)人員開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用軟件,建筑行業(yè)常用場(chǎng)景制作軟件有Fuzor、Navis-work、Lumion、Twinmotion、Vray等,如圖1-1-9所示。Fuzor是一款將BIM、VR技術(shù)與4D施工模擬技術(shù)深度結(jié)合的綜合性平臺(tái)級(jí)軟件,它能夠?qū)IM模型瞬間轉(zhuǎn)化成包含豐富的數(shù)據(jù)且生動(dòng)的虛擬現(xiàn)實(shí)級(jí)場(chǎng)景讓所有項(xiàng)目參與方都能在此場(chǎng)景中進(jìn)行深度的信息互動(dòng)。以Fuzor軟件作為核心的BIM可視化優(yōu)勢(shì)有:專(zhuān)業(yè)性強(qiáng),能夠繼承BIM模型的全部屬性,完全由專(zhuān)業(yè)工程師自主完成全流程的可視化成果,溝通零障礙;聯(lián)動(dòng)性強(qiáng),對(duì)模型可進(jìn)行再編輯,能實(shí)現(xiàn)雙向?qū)崟r(shí)同步;可視化程度高,效果突出,功能全面,圖片、視頻、交互場(chǎng)景3D、VR、MR全部一氣呵成;使用成本低,軟件操作簡(jiǎn)單,BIM工程師可以快速上手掌握,一多用,節(jié)約時(shí)間和成本。圖1-1-9專(zhuān)用類(lèi)軟件1.1虛擬建造技術(shù)體系(3)場(chǎng)景應(yīng)用場(chǎng)景渲染技術(shù)按照渲染的算力來(lái)源可分為本地渲染和云染。本地染是指在本地計(jì)算機(jī)上,借助如Maya、3dmax、Blender等專(zhuān)業(yè)軟件完成圖形渲染過(guò)程,常應(yīng)用在影視制作、廣告制作、產(chǎn)品設(shè)計(jì)等領(lǐng)域;云渲染是指將渲染任務(wù)上傳到云端服務(wù)器上進(jìn)行渲染,借助云端第三方的服務(wù)器平臺(tái)和算力完成渲染的過(guò)程,常應(yīng)用在影視制作、游戲開(kāi)發(fā)、建筑設(shè)計(jì)、產(chǎn)品展示等領(lǐng)域。(4)場(chǎng)景交付按交互的方式分類(lèi),可將虛擬場(chǎng)景交互分為面向屏幕的交互、通過(guò)XR設(shè)備的交互、VR設(shè)備加動(dòng)作捕捉系統(tǒng)的交互等。1.1虛擬建造技術(shù)體系面向屏幕的交互是不需要佩戴任何設(shè)備,裸眼查看虛擬場(chǎng)景交互成果的方式。普通顯示設(shè)備呈現(xiàn)的虛擬場(chǎng)景,用戶(hù)不需要佩戴任何設(shè)備即可查看交互場(chǎng)景,如圖1-1-10所示,CAVE是一種基于投影的沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng),其特點(diǎn)是分辨率高、沉浸感強(qiáng)、交互性好,相比普通顯示設(shè)備而言,能給用戶(hù)更好的身臨其境的感覺(jué),如圖1-1-11所示。圖1-1-10普通顯示設(shè)備圖1-1-11

CAVE系統(tǒng)1.1虛擬建造技術(shù)體系XR業(yè)務(wù)形態(tài)豐富,產(chǎn)業(yè)潛力大、社會(huì)效益強(qiáng),以虛擬現(xiàn)實(shí)為代表的新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命蓄勢(shì)待發(fā),虛擬經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)的結(jié)合,將給人們的生產(chǎn)方式和生活方式帶來(lái)革命性變化。常用的XR設(shè)備有VR頭盔、MR頭盔、3D展示系統(tǒng)等,如圖1-1-12~圖1-1-14所示。圖1-1-12VR頭盔圖1-1-13MR頭盔圖1-1-143D展示系統(tǒng)1.1虛擬建造技術(shù)體系VR設(shè)備加動(dòng)作捕捉系統(tǒng)的交互是通過(guò)利用深度攝像頭、投影儀等感知設(shè)備,實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)的3D信息,進(jìn)而獲取人體動(dòng)作的信息,從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)作捕捉的功能。這種技術(shù)具有更高的精度、更快的處理速度,同時(shí)受環(huán)境影響較小,能夠滿(mǎn)足對(duì)動(dòng)作捕捉精度要求較高的應(yīng)用需求,正在成為VR技術(shù)的新興方向,如圖1-1-15所示。圖1-1-15交互設(shè)備--類(lèi)數(shù)據(jù)手套1.1虛擬建造技術(shù)體系1.1.4任務(wù)總結(jié)虛擬建造技術(shù)的廣泛應(yīng)用將從根本上改變現(xiàn)行的建造模式,對(duì)相關(guān)行業(yè)也將產(chǎn)生巨大影響。它運(yùn)用軟件對(duì)建造系統(tǒng)中的五大要素(人、組織管理、物流、信息流、能量流)進(jìn)行全面仿真,使之達(dá)到前所未有的集成高度,為先進(jìn)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了更廣大的空間,同時(shí)也推動(dòng)了相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步。虛擬建造技術(shù)能加深人們對(duì)施工生產(chǎn)過(guò)程的認(rèn)識(shí)和理解,從而更好地指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn),即對(duì)生產(chǎn)過(guò)程整體進(jìn)行優(yōu)化配置,推動(dòng)生產(chǎn)力的巨大飛躍同時(shí),該技術(shù)還可以全面改進(jìn)企業(yè)和項(xiàng)目的組織管理工作,真正實(shí)現(xiàn)信息化管理，虛擬建造技術(shù)的核心是采用可視化的方式向現(xiàn)場(chǎng)管理和施工人員展示任務(wù)所包含的信息、按計(jì)劃執(zhí)行的保障措施、影響因素、預(yù)案及突發(fā)情況下的調(diào)整措施。1.1虛擬建造技術(shù)體系虛擬建造技術(shù)通過(guò)虛擬施工驗(yàn)證施工方案的可行性、經(jīng)濟(jì)性、合理性:發(fā)現(xiàn)方案和計(jì)劃在實(shí)際執(zhí)行中所需要的必要條件;驗(yàn)證影響因素對(duì)項(xiàng)目造成的影響及后果,并依據(jù)分析的結(jié)果制定處理方案,杜絕影響因素的出現(xiàn)或降低影響因素出現(xiàn)的概率:做到防患于未然,做出相應(yīng)的保障方案和應(yīng)急預(yù)案。虛擬建造技術(shù)的最終目標(biāo)是依照虛擬計(jì)劃施工,提高項(xiàng)目可控性,從而整個(gè)項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可控、進(jìn)度可控、質(zhì)量可控。1.2綜合實(shí)訓(xùn)樓虛擬建造技術(shù)應(yīng)用某綜合實(shí)訓(xùn)樓項(xiàng)目位于重慶市沙坪壩區(qū)大學(xué)城東路區(qū)域,建設(shè)用地24357.81㎡,總建筑面積38496.82㎡(地下建筑面積568.75㎡),建筑總高度20.6m,地下1層,地上4層主要功能為學(xué)生雙創(chuàng)實(shí)訓(xùn)基地、全流程管理實(shí)訓(xùn)基地、多媒體教室實(shí)訓(xùn)基地等。本項(xiàng)目包括建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、電氣、暖通、景觀綠化及室外管網(wǎng)等工程。1.2.1任務(wù)要求針對(duì)某綜合實(shí)訓(xùn)樓項(xiàng)目,打造BIM項(xiàng)目管理、教學(xué)科研、智慧運(yùn)維三位一體的虛擬建造技術(shù)方案。1.2.2任務(wù)分析為了提升精細(xì)管理和各專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)融合的效率,結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn),將綜合實(shí)訓(xùn)樓虛擬建造全流程的工作分為4個(gè)專(zhuān)項(xiàng)應(yīng)用:土建專(zhuān)項(xiàng)應(yīng)用、機(jī)電專(zhuān)項(xiàng)應(yīng)用、施工管理專(zhuān)項(xiàng)應(yīng)用、BIM一體化教學(xué)產(chǎn)品。具體工作內(nèi)容包括BIM模型搭建、整合協(xié)調(diào)沖突檢測(cè)與分析、施工場(chǎng)地布置與分析、施工進(jìn)度模擬、預(yù)留預(yù)埋深化、施工工藝模擬、細(xì)部節(jié)點(diǎn)深化、BIM項(xiàng)目管理平臺(tái)搭建等。1.2綜合實(shí)訓(xùn)樓虛擬建造技術(shù)應(yīng)用1.2.3任務(wù)實(shí)施為建立完善的虛擬建造流程,需要將模型搭建、過(guò)程管控、現(xiàn)場(chǎng)管理進(jìn)行細(xì)化分工,建立權(quán)責(zé)清、分工明的組織架構(gòu),組織架構(gòu)設(shè)置如圖1-2-1所示。圖1-2-1虛擬建造組織架構(gòu)1.2綜合實(shí)訓(xùn)樓虛擬建造技術(shù)應(yīng)用在施工準(zhǔn)備階段,根據(jù)統(tǒng)一的坐標(biāo)定位體系,依據(jù)建模規(guī)范搭建建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電和總圖景觀等全專(zhuān)業(yè)深度達(dá)到LOD350級(jí)的BIM模型。虛擬建造技術(shù)在土建專(zhuān)項(xiàng)的應(yīng)用包括施工總平面規(guī)劃、工程圖紙質(zhì)量控制、輔助方案優(yōu)化。(1)施工總平面規(guī)劃現(xiàn)場(chǎng)施工不同階段的材料運(yùn)輸、施工界面需求不同,需要針對(duì)性地進(jìn)行施工場(chǎng)地空間布局的規(guī)劃。根據(jù)施工部位的材料運(yùn)輸特征以及材料堆場(chǎng)、運(yùn)輸路線、加工區(qū)的布置情況建立垂直運(yùn)輸系統(tǒng)(塔吊、施工升降機(jī)等),并進(jìn)行群塔防碰撞規(guī)劃,建立場(chǎng)地布置模型,解決施工現(xiàn)場(chǎng)面積龐大、地形不平整、材料運(yùn)輸量大等問(wèn)題,以便有效提升施工效率,保證流水作業(yè)滿(mǎn)足各專(zhuān)業(yè)工作需要。利用無(wú)人機(jī)航拍傾斜攝影技術(shù),輔助BIM施工場(chǎng)地布置設(shè)計(jì),分析場(chǎng)地標(biāo)高、場(chǎng)地土方和場(chǎng)地周邊道路車(chē)流人流情況,達(dá)到精細(xì)化場(chǎng)地布置設(shè)計(jì),進(jìn)行BIM施工場(chǎng)地布置設(shè)計(jì),基于BIM模型完成場(chǎng)部動(dòng)態(tài)分析及整合模擬。綜合實(shí)訓(xùn)樓項(xiàng)目總規(guī)劃如圖1-2-2所示。1.2綜合實(shí)訓(xùn)樓虛擬建造技術(shù)應(yīng)用圖1-2-2綜合實(shí)訓(xùn)樓項(xiàng)目施工總規(guī)劃1.2綜合實(shí)訓(xùn)樓虛擬建造技術(shù)應(yīng)用(2)工程圖紙質(zhì)量控制現(xiàn)場(chǎng)施工前期階段,利用BIM模型分析圖紙中難以發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)問(wèn)題11項(xiàng),如地梁無(wú)法進(jìn)行搭接(圖1-2-3)、墻體與結(jié)構(gòu)位置偏差(圖1-2-4)等;發(fā)現(xiàn)建筑問(wèn)題12項(xiàng),如女兒墻超出結(jié)構(gòu)邊界(圖1-2-5)、防火卷簾門(mén)與梁碰撞(圖1-2-6)等。將模型分析報(bào)告整理提交給設(shè)計(jì)院校對(duì)核查、跟蹤、銷(xiāo)項(xiàng)、落圖,避免現(xiàn)場(chǎng)施工后的二次拆改。1.2綜合實(shí)訓(xùn)樓虛擬建造技術(shù)應(yīng)用圖1-2-3地梁無(wú)法進(jìn)行搭接圖1-2-4墻體與結(jié)構(gòu)位置偏差圖1-2-5女兒墻超出結(jié)構(gòu)邊界圖1-2-6防火卷簾門(mén)與梁碰撞1.2綜合實(shí)訓(xùn)樓虛擬建造技術(shù)應(yīng)用(3)輔助方案優(yōu)化利用BIM可視化的特點(diǎn),完成結(jié)構(gòu)鋼筋BIM深化,解決鋼筋排布與碰撞問(wèn)題,通過(guò)BIM數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中的傳遞、處理,將復(fù)雜的鋼筋施工信息直觀傳遞到現(xiàn)場(chǎng)人員手中,最終實(shí)現(xiàn)鋼筋無(wú)圖化加工技術(shù)?；贐IM技術(shù)進(jìn)行鋼筋工程在施工過(guò)程中的管理,從深化設(shè)計(jì)、材料采購(gòu)、集中加工、施工綁扎、檢查驗(yàn)收等方面,進(jìn)行全過(guò)程管控,降低鋼筋的損耗率,減少材料的浪費(fèi),提高工程質(zhì)量,結(jié)構(gòu)鋼筋深化與施工如圖1-2-7所示。圖1-2-7結(jié)構(gòu)鋼筋深化與施工1.2綜合實(shí)訓(xùn)樓虛擬建造技術(shù)應(yīng)用2)機(jī)電專(zhuān)項(xiàng)應(yīng)用虛擬建造技術(shù)在機(jī)電專(zhuān)項(xiàng)方面的應(yīng)用包括管線綜合、砌體預(yù)留洞口深化、機(jī)房深化設(shè)計(jì)等(1)管線綜合現(xiàn)場(chǎng)施工前期階段,利用BIM模型分析圖紙中難以發(fā)現(xiàn)的碰撞問(wèn)題19項(xiàng),如立管與結(jié)構(gòu)梁碰撞(圖1-2-8)?；贐IM模型制定BIM管線綜合流程,統(tǒng)籌排布土建、機(jī)電、水、暖電管線之間的空間位置,綜合協(xié)調(diào)管線之間以及各專(zhuān)業(yè)之間的矛盾,并進(jìn)行規(guī)劃,從而完成管線綜合工作并出具管線綜合圖紙、單專(zhuān)業(yè)機(jī)電圖紙、結(jié)構(gòu)預(yù)留洞圖紙等,合理規(guī)劃施工次序,提升施工品質(zhì)。管線綜合如圖1-2-9所示。圖1-2-8立管與結(jié)構(gòu)梁碰撞1.2綜合實(shí)訓(xùn)樓虛擬建造技術(shù)應(yīng)用圖1-2-9管線綜合1.2綜合實(shí)訓(xùn)樓虛擬建造技術(shù)應(yīng)用(2)預(yù)留洞口深化在管線綜合深化后,整合專(zhuān)業(yè)預(yù)留預(yù)埋圖,如圖1-2-10所示,精確到洞口尺寸、位置及標(biāo)高,導(dǎo)出預(yù)留預(yù)埋深化圖紙,協(xié)助現(xiàn)場(chǎng)施工,避免返工拆改,節(jié)約成本。圖1-2-10預(yù)留預(yù)埋1.2綜合實(shí)訓(xùn)樓虛擬建造技術(shù)應(yīng)用3)機(jī)房深化設(shè)計(jì)根據(jù)建筑專(zhuān)項(xiàng)圖紙和相關(guān)廠商提供的設(shè)備數(shù)據(jù)建立機(jī)房三維模型,進(jìn)行設(shè)備基礎(chǔ)深化管綜排布、地面墻面做法深化排版、設(shè)備凈寬核查等施工前準(zhǔn)備工作,并依據(jù)審查結(jié)果對(duì)機(jī)房深化進(jìn)行修改優(yōu)化,經(jīng)各單位確認(rèn)后導(dǎo)出機(jī)房深化圖紙,用于設(shè)備材料下單與現(xiàn)場(chǎng)施工，圖1-2-11機(jī)房深化1.2綜合實(shí)訓(xùn)樓虛擬建造技術(shù)應(yīng)用3)施工管理專(zhuān)項(xiàng)應(yīng)用虛擬建造技術(shù)在施工管理方面的應(yīng)用包括智慧管理平臺(tái)、全周期“虛擬建造”管理、XR交互等，(1)智慧管理平臺(tái)以“BIM+物聯(lián)網(wǎng)”為基礎(chǔ),采用WEBGL+BIMVR+BIMGIS三引擎技術(shù),將各類(lèi)施工現(xiàn)場(chǎng)傳感器數(shù)據(jù)整合至輕量化的BIM模型中,實(shí)現(xiàn)了BIM模型數(shù)據(jù)與工程項(xiàng)目管理業(yè)務(wù)流程的交互,如圖1-2-12所示。接入實(shí)名制管理、塔機(jī)監(jiān)控、視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)、危大專(zhuān)項(xiàng)管理等系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了智慧工地?cái)?shù)據(jù)信息集成、數(shù)據(jù)信息分析的作用,有效提升了項(xiàng)目質(zhì)量,達(dá)到了BIM智慧工地智慧管理、智慧決策的目的,最終實(shí)現(xiàn)“BIM+智慧工地”一體化集成管控。1.2綜合實(shí)訓(xùn)樓虛擬建造技術(shù)應(yīng)用圖1-2-12智慧管理平臺(tái)1.2綜合實(shí)訓(xùn)樓虛擬建造技術(shù)應(yīng)用(2)全周期“虛擬建造”管理依托于“BIM+智慧工地”一體化集成管控平臺(tái)所建立的項(xiàng)目全生命周期施工管理平臺(tái)包括質(zhì)量管理系統(tǒng)(圖1-2-13)、安全環(huán)保管理系統(tǒng)(圖1-2-14)進(jìn)度管理系統(tǒng)(圖1-2-15等,體現(xiàn)項(xiàng)目施工流程中各個(gè)專(zhuān)業(yè)的質(zhì)量、安全、進(jìn)度情況,與線下業(yè)務(wù)流程接軌,實(shí)現(xiàn)施工管理數(shù)字化,構(gòu)建虛擬建造項(xiàng)目。(3)XR交互深化模型后,通過(guò)XR交互向參建方預(yù)演整個(gè)施工過(guò)程的施工進(jìn)度、工藝流程、現(xiàn)場(chǎng)施工機(jī)械布置、每個(gè)施工階段勞動(dòng)力投入等,使平面的施工方案立體化,創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,開(kāi)創(chuàng)了全新的“虛擬建造”新時(shí)代參建方通過(guò)佩戴VR眼鏡與三維模型場(chǎng)景連接,可進(jìn)入虛擬場(chǎng)景進(jìn)行沉浸式體驗(yàn),如圖1-2-16所示。1.2綜合實(shí)訓(xùn)樓虛擬建造技術(shù)應(yīng)用圖1-2-13質(zhì)量管理系統(tǒng)圖1-2-14安全管理系統(tǒng)圖1-2-15進(jìn)度管理系統(tǒng)圖1-2-16VR沉浸式體驗(yàn)1.2綜合實(shí)訓(xùn)樓虛擬建造技術(shù)應(yīng)用參建方通過(guò)手機(jī)或者平板設(shè)備等掃描圖紙(AR交互式圖集)或者實(shí)景,可查看其對(duì)應(yīng)的三維模型,并通過(guò)手勢(shì)與其進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)交底,如圖1-2-17所示。各參建方可戴上MR眼鏡,身臨其境地在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中看到虛擬的三維模型,自由查看管線排布、管線碰撞等情況,實(shí)時(shí)協(xié)同進(jìn)行方案討論并快速修改方案,最終形成最優(yōu)管綜方案如圖1-2-18所示。圖1-2-17可視化交底圖1-2-18多人協(xié)同1.3虛擬建造發(fā)展趨勢(shì)與展望1.3.1任務(wù)要求推動(dòng)建筑工業(yè)化升級(jí),推進(jìn)建筑業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型,促進(jìn)建筑業(yè)提質(zhì)增效,提升智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展整體水平,探究虛擬建造發(fā)展趨勢(shì)。1.3.2任務(wù)分析虛擬建造技術(shù)的關(guān)鍵支撐是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究將延續(xù)“低成本、高性能”原則,從軟件、硬件兩方面展開(kāi)。動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)的目的是獲取實(shí)際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)并根據(jù)需要建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型,建立虛擬環(huán)境是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的核心內(nèi)容。三維圖形的生成技術(shù)已比較成熟,其關(guān)鍵是如何在不降低圖形的質(zhì)量和復(fù)雜程度的基礎(chǔ)上“實(shí)時(shí)生成”。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)人能夠自由與虛擬世界對(duì)象進(jìn)行交互,猶如身臨其境,其借助的新型、便宜、魯棒性?xún)?yōu)良的數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)服等輸入輸出設(shè)備將成為未來(lái)研究的重要方向。1.3虛擬建造發(fā)展趨勢(shì)與展望將VR技術(shù)與智能技術(shù)、語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)智能語(yǔ)音虛擬現(xiàn)實(shí)建模值得期待分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是不同物理環(huán)境位置的多個(gè)用戶(hù)或多個(gè)虛擬環(huán)境通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相連接,或者多個(gè)用戶(hù)同時(shí)進(jìn)入一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境,通過(guò)計(jì)算機(jī)與其他用戶(hù)進(jìn)行交互并共享信息,分布式虛擬現(xiàn)實(shí)是今后虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展的重要方向。虛擬現(xiàn)實(shí)主要依靠人機(jī)交互的發(fā)展,目前在技術(shù)上已初步解決人腦數(shù)據(jù)的讀取。在不久的將來(lái),開(kāi)發(fā)者將完全解決通過(guò)神經(jīng)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的“人腦一計(jì)算機(jī)接口問(wèn)題,通過(guò)對(duì)人腦提取和反饋神經(jīng)信號(hào),使人完全融入“虛擬現(xiàn)實(shí)”世界。從技術(shù)角度,我們應(yīng)該對(duì)基于多用戶(hù)虛擬環(huán)境進(jìn)行必要的技術(shù)研究。同時(shí)隨著光感定位技術(shù)、影像技術(shù)的發(fā)展,擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)中AR與MR將會(huì)有更多的突破及普及,將AR與MR技術(shù)應(yīng)用于虛擬建造體系中,將推動(dòng)無(wú)圖化施工、遠(yuǎn)程管理、虛擬驗(yàn)收與監(jiān)管進(jìn)一步的發(fā)展。1.3虛擬建造發(fā)展趨勢(shì)與展望1.3.3任務(wù)實(shí)施隨著MR設(shè)備的發(fā)展,在相關(guān)研究中,工程人員借助MR設(shè)備將BIM模型輸入MR設(shè)備后,把擬施工虛擬單元與現(xiàn)場(chǎng)空間進(jìn)行高精度疊合,實(shí)現(xiàn)無(wú)圖化施工。同時(shí),結(jié)合BIM、