BIM与VR的技术结合和衍生在市政工程桥梁隧道设计中的应用趋势

BIM与VR的技术结合和衍生在市政工程桥梁隧道设计中的应用趋势

武立斌

天津市市政工程设计研究院天津300392

摘要：试想一下，如同看3D-IMAX电影一样，体验者戴上VR眼镜后，仿佛身临其境，整个工程形象逼真地展示在眼前，似乎触手可及：体验者可以在虚拟的桥梁隧道等工程中随意“进出”、“浏览”，可以逼真地感受日夜交替下的工程风貌，也可以清晰地查看工程结构的每一个部件、得到详细的参数，这便是BIM+VR技术结合后的产物。

关键词：BIM；VR；信息化；桥梁设计应用

目前全球正逐渐步入全面信息化的时代，信息已成为主导全球经济的基础。在制造业、金融业、电子行业，信息技术早已成为提高生产率以及竞争力的核心手段。而作为国家重要经济支柱产业之一的建筑业，正逐渐暴露出其相对于以上行业的低效率[1]。美国国家标准和技术协会的研究数据表明，2004年建筑业每年约有158亿美元的损失，2008年，418万亿美元的总投资中约30%资金浪费[2]。在智慧城市建设的大趋势下，建筑业作为国民经济的支柱产业之一，在促进社会经济发展、改变城乡面貌，吸纳农民工就业等方面做出了巨大贡献，取得了显著成就。目前中国在建筑业的支出正在飙升。2010年，中国向建筑项目投入逾一万亿美元，首次超越美国，成为全球头号建筑大国。一份最新报告预测，到2020年，中国将占到全球建筑业的五分之一，高于目前的14%。但是同时我国单位面积能耗却是发达国家的2至3倍，由此引发的能源枯竭、环境破坏等问题日益严重。

建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）作为一种管理理念，产生于19世纪70年代，目前BIM在欧美等发达国家的建筑业已得到较好的推广与应用，近年来在我国也得到一定的应用，特别是在建筑工程项目中取得了一定的成效。一方面，为建设项目的设计与施工提供了有效的支持；另一方面，为项目的各个参与方提供了一个有效的协同工作与交流平台。从而减少了施工返工、提高了工程质量，并节约了建造成本与工期等。

使用建模软件建立信息模型。利用软件的校核功能检查、发现设计错误，生成碰撞检查报告，将问题反馈给设计方提出修改建议，并根据设计变更再建模、再检测，直至全部解决设计问题。整个过程是一个循环过程：设计—建模—检测—修改（设计）。这将大大减少设计人员的重复劳动和错误率并使施工单位牢牢抓住设计变更主动权。

利用BIM模型和虚拟显示技术对项目的关键点进行3D模拟，并能通过BIMWorks自动完成碰撞检查，生成碰撞报告。事前对图纸设计错误进行预警并修正，避免因此而导致的成本增加与工期延误所造成的经济损失。

(1)LubanBIMWorks完全基于云计算及3D虚拟技术，利用后台强大的服务器完成项目虚拟显示与碰撞检测。

(2)利用navisworks完成碰撞检查，生成碰撞报告。

(3)进行碰撞报告对比，进一步排查确定碰撞点。

近年来，应经济发展的需要，大型、特大型桥梁工程项目越来越多，如中国杭州湾大桥、港珠澳大桥等，这对桥梁施工提出了更高的要求。桥梁工程项目的建设不仅涉及到复杂的地理环境，而且涉及多项复杂工程。然而，由于桥梁工程自身的特点，其设计复杂，构件繁多，仅依靠传统的二维图纸很难提前检测或发现设计中存在的冲突问题；这些设计问题通常在施工阶段才能发现，从而影响了施工进度和成本，也将影响施工安全。与此同时，为了解决出现的工程设计与施工问题，不得不配置更多的人员，由此管理成本也大幅度增加。因此，将BIM技术应用在桥梁工程中以保证施工的高效进行是十分重要的。

BIM在可视化施工方面的主要表现是：利用建筑信息模型中的数字化技术展示现实生活中的建筑工程构件，其中最重要的是建立三维实体的建筑模型。这种模型不仅有助于剖析建筑工程的整体造型与建筑物的整体布局，而且有助于直观明了的观察与设计建筑工程的体量。在一些复杂技术的建筑施工结构方案编制过程中，运用可视化的技术可以对建筑结构的模型进行动态漫游的展示，并利用此技术来优化建筑结构的施工方案。由于更换劳务队伍，和工期要求紧迫，我们采用BIM技术对工人进行快速交底。

(1)漫游采用LubanBE、NavisWorks、lumion等方式对整个项目进行虚拟漫游。

(2)可视化技术交底针对技术方案无法细化、不直观、交底不清晰的问题，利用4D虚拟动画技术向施工方呈现技术方案，使施工重点、难点部位可视化，提前预见相关问题，确保工程质量。

桥梁工程应用BIM的主要目的是针对桥梁工程的复杂性、预制构件多等特性，确保施工方案的可行性，并提高施工效率和管理水平。施工过程建立的BIM模型，通过可视化的过程模拟，分析施工工序、进度计划、资源配置等可行性，进而不断改善施工方案。

BIM+VR体验的主要功能在于能够在BIM技术实施全过程中与BIM技术优势互补相互融合，无缝集成BIM模型成果，无需繁琐的模型处理与软件开发，自然对接当前主流的虚拟现实设备，形成一套全新实用的技术解决方案。从方案阶段到设计阶段再到施工阶段再到后期运维阶段，无论项目处于哪一个阶段，项目的参与各方都可以用BIM+VR来体验未建成项目实际实施后的效果，让很多问题得以提前考虑，提前修改，有效的避免了资源浪费，保证了项目在各个阶段都可以高效高质量的完成。

只需一付头戴式VR眼镜、一个模拟驾舱，你便可开始畅游体验行驶在桥梁之上的视角现实模拟以及特殊路段转弯过程中的问题。在整个开发过程中，这两个环境之间（BIM和VR）的概念存在差异，并且仍需要大量的可开发以及关于有效交互方法的想法。以下技术水平还有待甄别及提升：

安全体验系统，能够帮助设计及施工单位快速、低成本的实现设计施工标准化建设中的内容。借助VR的全沉浸体验，系统能够让体验者切实体验工程施工过程的全周期生长，及在模拟施工过程中所发生的不合理施工碰撞，施工节点预期不符等问题，还能体验到发生危险时的紧张刺激，增强对安全事故的理性和感性认识，从而达到加强安全意识，避免惨剧发生的目的。

结合BIM实践经验，利用VR技术为BIM系统提供了丰富的可视化选项。基本涵盖了管线综合、碰撞检查、5D模拟、BIM数据可视化管理等内容。

VR+BIM是虚拟建筑在项目建设、管理阶段的重要应用。将VR与建筑信息模型的建筑管理理念相结合，针对特定项目，提出完整的建筑信息可视化解决方案。

结合无人机航拍技术的融入，使大断面或大跨径桥梁的在施工设计中有更真实准确的体验效果

系统化BIM平台将建筑设计过程信息化、三维化，同时加强项目管理能力。VR在BIM的三维模型基础上，加强了可视性和具象性。通过构建虚拟展示，使用者提供交互性设计和可视化印象。BIM+VR的组合推动了新的业务形态产生，将极大提升BIM在市政工程桥梁隧道设计中的应用效果。

参考文献：

[1]刘晴，王建平.基于BIM技术的建设工程生命周期管理研究.土木建筑工程信息技术，2010

[2]马智亮.BIM技术及其在我国的应用问题和对策.中国建设信息，2010

[3]肖伟，胡晓飞，胡瑞.建筑行业的挑战与BLM/BIM的革新及应用[J].中国勘察设计，2008，.

[4]张建平.基于BIM和4D技术的建筑施工优化及动态管理[J].中国建设信息，2010.

[5]王广斌，任文斌，罗光亮.建设工程项目前期策划新视角BIM/DSS[J].建筑科学，2010，26.