建筑工程技术BIM实训室建设方案

BIMVR虚拟实训室是利用BIM及VR技术研发成果,用于BIM信息化管理、BIM方案设计、BIM成果展示的虚实交互的体验空间,由展示区、实训区两部分组成。

VR(VirtualReality),即虚拟现实。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界,提供给使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟,让使用者如同身临其境,可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。

图1北京新机场BIMVR建筑效果图

随着信息技术在教育领域的广泛应用,教育教学信息化已成为教育改革和发展的重要方向,虚拟现实技术将成为教育行业发展的一个飞跃,推动我国教育信息化的快速发展。

教育部关于印发《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》指出缩小基础教育数字鸿沟,促进优质教育资源共享;加快职业教育信息化建设,支撑高素质技能型人才培养;推动信息技术与高等教育深度融合,创新人才培养模式;构建继续教育公共服务平台,完善终身教育体系;整合信息资源,提高教育管理现代化水平;建设信息化公共支撑环境,提升公共服务能力和水平;加强队伍建设,增强信息化应用与服务能力;创新体制机制,实现教育信息化可持续发展。

工信部、发改委制定的《智能硬件产业创新发展专项行动(2016-2018)》中提到支持智能硬件企业面向教育需求,提升教育智能化水平,结合智能硬件产品形态发展,建设相匹配的优质教学资源库,对接线上线下教育资源,扩大优质教育资源覆盖面,促进教育公平。

虚拟技术的特点与核心是具有沉浸感,让人沉浸到虚拟的空间之中,同时还具有交互性与想象性。BIMVR虚拟实训室,可以颠覆传统教学方法中受教育的一方无法参与、无法互动的瓶颈;支持课堂的全真模拟展示和交互,以其自身的特点,结合技术手段体现学生的主动性,增加教学的实践性和真实感,丰富师生对3D立体展示和实践性的需求。

目前而言,VR技术为行业竞争带来的优势明显。BIMVR虚拟实训室可更直接带来的不同体验感受,对建筑施工单位和甲方来说是一个机会。每个建筑规划师或者设计师都知道电脑3D效果展示到此为止也只能创建一个立体的感觉,而通过图纸去了解建筑的细节内容需要很强的专业知识的辅助。而基于VR技术研发的BIMVR系统允许用户通过虚拟及现实交互结合,在现实的场景中进入到虚拟的空间,看到每一个展示细节及体会到实际感受。通过对施工进度和施工安全的模拟,能够身临其境的体会到建筑生命周期中的每一个过程和里面对应的核心关键内容。

采取VDP,BIMVR技术作为BIM管理及BIM成果展示的成本低。BIMVR虚拟实训室不仅是展示及体验的空间,更是BIM进度管理、BIM成本管理、BIM安全管理等管理的综合平台,在建筑模型设计完成后,能在BIMVR虚拟实训室的VR体验区快速体验到实际场景感受,同时能够在VR中进行施工进度模拟、施工变更管理和查看、对已经建成的建筑进行BIM运维。相比于传统的管理过程,BIMVR虚拟实训室的成本更低。

利用VDP及BIMVR技术进行快速技能改造及真实场景模拟。当项目管理人员利用BIMVR虚拟实训室能够体验到一个个如此惊人的细节的项目,他们能够得到了解到他们想要的和不想要的内容,这意味着他们有了更多的方案选择,通过真实场景模拟,对项目技能改造升级提出了新要求。

教学模式的改变。建设基于VR的BIMVR虚拟实训室,将BIM及VR技术引入高校教学课堂。从教学方面改变老师在讲台上讲,学生在座位上听的模式,让师生共同参与学习。不再一味的强调完成作业,挫伤了学生学习的热情和积极性。把原来复杂抽象的概念变的更加直观,从而提升教育效率。

教学方法的改变。BIMVR虚拟实训室,不仅有效解决了目前传统教学方法单调,抓不住学生的“心”,忽视了培养学生的自主观察能力以及分析和解决问题能力的问题。更能让学生自己的设计效果在虚拟空间中能直接观看和体验,提高学生的学习趣味性。

实训室建设模式的改变。BIMVR虚拟实训室,改变高校实训室建设模式。传统实训多为“一对一”实训模式,大大增加了实训室建设投资,且学生缺少对建筑三维场景的空间感,对施工过程、施工进度等的体验;BIMVR虚拟实训室不仅让学生的设计方案、建筑设计构想所见即所,更是将施工管理现场前置化、具象化,做好合理、安全、高效的工程管理。

项目现场实践方式的改变。传统的项目实践活动受外部条件制约较大,安全性无法保障,多以强调完成作业,挫伤了学生学习的热情和积极性。在BIMVR虚拟实训室里学生可以在整个虚拟环境中身临其境的体验。足不出户就可以进入工程现场,拓展学生的知识面。

根据目前AR及VR资金投入调研,发现行业基于新技术内容的制作及硬件的研发投入的力度相对较大,也是未来的发展趋势。

结合前期的分析,BIMVR虚拟实训室为基于平台及软件研发,内容制作以及基于BIMVR虚拟实训室为一体的硬件配套系统。打造基于AR及VR技术为基础的BIMVR虚拟实训室,可以让我们在培养学生高新能力的同时,也为学生在新的业务方向开拓工作岗位,拓宽学生的视野,利用不同的机会点,创造创新创业的契机。

先进性:该方案利用BIM及VR新技术,通过先进的硬件设备,让学生从视觉到感官模式发生新的变化,将传统的教学方式进行了创新,直观展现教学的成果,快速的BIM方案设计,实时的方案优化及虚拟的空间体验,走在行业的前列。

实用性:BIMVR虚拟实训室采用VDP(虚拟设计平台)系统可以打造出“100%”真实的项目管理现场,施工进度管理、安全文明施工管理等,通过虚拟现实技术,在项目开始之前就可以体验到各种BIM方案的实际效果,实现临场的真实体验;学校只需投入一次,就能完成从工程设计、工程管理到工程运维的全BIM过程。在BIMVR虚拟实训室内学生可以充分发挥自己的能力,对BIM方案进行设计、比选、分析、优选。

图4机电VR展示

图5施工场布VR展示

简易性:具备基本的计算机知识人员和基础建模人员即可操作完成,快速实现案例工程模型创建到算量及最终的方案展示。

可靠性:本方案采用端+云的技术,即大量计算机在服务器端的并行计算,用户可以便捷地使用各种终端设备访问云中的数据和应用。

总体架构:BIM虚拟实训基地建设方案主要分为三个部分即:“VR体验区”“装配化AR教学区”“BIM建模与应用区”,全部围绕学生课程实训需求建设。

其中“VR体验区”为主要实训区域,集合了建筑构造、工艺、建筑装配化等一系列VR实训资源,学生可以在此处通过环绕大屏和3D眼镜身临其境的参与各种虚拟实训课程,也可以用VR的方式观看自己建立的各种BIM模型和应用方案。

“装配化AR教学区”是为我院将要建设的“建筑装配化”核心课程量身打造的教学区,在这里教师可以用“实体模型+增强现实”的方式,对装配式建筑“设计-生产-码放运输-施工”全过程进行授课,实物和虚拟模型一一对应,学生完成学习后还能到“VR体验区”进行对应的虚拟实训。

“BIM建模与应用区”是进行BIM技术教学和实训的区域,由revit、BIM设备安装设计软件、BIM转VR云平台、BIM场地布置、脚手架设计等一系列软件构成一个BIM建模和应用开发的软件环境,学生可以在这里进行各种类型的BIM建模,然后进行后续的模型应用开发,并可以通过BIM转VR平台将各类模型导入VR系统,例如可以先建立一栋建筑物的施工现场BIM模型,然后对其进行细化,加入车辆运行动态展示、建设过程动态展示等功能,最后可以将完成的模型导入VR系统,在VR大屏上向老师或企业进行方案的展示。

图6BIMVR虚拟实训室总体架构

权限管理是学生能够为自己的方案设置权限,可以共享自己的作品方案,也可以查看学习别人公开的内容。通过老师能够通过权限管理对学生的内容方案进行适当的管理操作。

1、成果展示

(2)通过沉浸式体验让学生对自己BIM设计作品有更进一步认识;学生对自己设计方案的讲解能力培养。

图8VR建筑识图

图9VR结构识图

图10模板脚手架识图

VR体验区主要包括硬件系统和软件系统两部分。

硬件系统包括虚拟现实VR交互屏、3D眼镜、三维空间追踪与VR交互系统。软件系统包括VR屏操作软件系统、BIMVR多人互动版软件、虚拟现实设计平台软件等。虚拟现实平台用于制作打开BIM类软件内容,制作VR交互方案。BIMVR3D展示端用于实时渲染三维场景、在BIMVR互动环屏上立体显示BIM内容、实现制互动交互能力。

VR展示厅体验效果场景如下图所示:

图11VR展示厅体验效果场景

装配式AR教学平台主要分为两部分:可反复拼装的装配式AR沙盘模型和电脑操作展示设备。

BIM建模与应用区由硬件系统及软件系统两部分组成。

硬件系统包括:电脑、桌椅等。

软件系统包括:revit、安装设计软件、BIM应用软件、BIM转VR云平台。

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