黄俊岚 毕雪明 薛慧芳
中国建筑五局总承包公司，湖南长沙410000
摘要：本文以红光物流园项目施工阶段虚幻引擎应用为例，以虚幻引擎作为制作软件，通过Datasmith插件导入项目revit模型数据，并展示了项目BIM小组在转换后的模型基础上研究的三个应用点，最后建议了BIM与UE4的探索方向，以及表达了对项目施工阶段数字化的愿景。
关键词：施工阶段；BIM;虚幻引擎;虚拟现实;
0 引言
《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》中明确提出了统筹推进基础设施建设和加快数字化发展。而建筑行业在所有行业中数字化整体水平偏低，“推进数字产业化和产业数字化”任重道远。笔者为施工单位BIM技术人员，拟从现场施工的角度通过建立BIM模型并借助UE4的优势，探索其在施工阶段的应用，推动项目施工阶段的数字化建设。
1 项目介绍
九江红光物流园项目位于九江市彭泽县和湖口县交接处，由中国建筑第五工程局有限公司承建。项目占地64.96万㎡，约974亩，总投资7.29亿元。项目建成后，将作为红光国际港的配套工程。
2 现有虚幻引擎的应用
虚幻引擎是Epic Games公司发布的顶级游戏引擎，英文名为Unreal Engine。因其已发布至第四代产品，人们习惯称其为虚幻四引擎或UE4。虚幻引擎凭借其强大的PBR材质和实时渲染机制、真实的光照仿真、简易的蓝图逻辑等优势使其成为一个开放性极强、产品精致的开发平台。换言之，虚幻引擎发展至今，已从最初专业的游戏引擎角色渗透至各行各业，包括教育、汽车与运输、建筑等，给所有专业人士带来无限的创作自由和空前的掌控力。
2 项目施工阶段的虚幻引擎应用探索
2.1三维模型导入
笔者BIM团队根据项目图纸使用revit软件1:1建立了BIM模型，包含结构、建筑、管道、地形等模型。但是revit模型不能直接导入至UE4中，必须借用中间模型进行转换。因项目模型构件信息较多且复杂，若采用fbx格式作为中间模型，时效低且材质贴图易丢失，所以笔者在安装Datasmith插件后将revit模型数据转化成Udatasmith格式文件，再在UE4中应用Datasmith插件将中间文件导入至UE4中，可快速的将revit文件转换。在极大的节省模型转换时间的同时，还能保证revit模型中的数据完整性。
2.2 模型效果优化
由于Datasmith插件存在一定的局限性，revit模型导入至UE4后部分材质效果无法表达或表达效果不佳，比如：玻璃的透明度、贴图的尺寸比例等。笔者通过在UE4中新建材质资产，并新建变量控制函数后创建对应的材质实例，并将材质实例加载至相应模型材质通道。通过更改材质和材质实例将模型构件表面材质调整至“真实”状态。
同时在UE4中增加地形、植被、水流等主要资产，增加石头、污渍、后期渲染盒子等细节资产，将其布置成一个真实的三维场景。
2.3 UE4的应用
（1）生成固定路线的虚拟漫游动画
UE4自带动画制作功能，人们经常能见到的有使用UE4制作的游戏CG动画和电影动画。
笔者使用UE4中Cinematics模块，创建Sequence(序列)，并在序列中按以下流程操作，制作动画：
①在地图内创建Cine Camera Actor相机，按需要添加相机数量、调整相机位置和相机参数
②在序列中增加camera cuts相机切换控件控制序列中相机机位。将新建相机添加至该控件内，并用关键帧记录相机位置。
③按需添加其他actor动画在序列中，丰富场景动画。
这是UE4中的初级应用，可以使项目在各施工阶段按固定路线展示模型。相对于观赏者，漫游路线创建者对于模型关键部位更为熟悉，能让观赏者不错过任何一处“美景”。
（2）生成虚拟漫游软件
它作为一款游戏引擎，其最核心的功能-操作虚拟人物、VR制作等不能被人忽视。
笔者在content（目录）中添加了UE4自带的第三人称功能包，“play”测试其功能；在功能包基础上修改参数，包括角色模型、角色移动方式等；创建UI控件，添加基本的UI按钮并设置按钮功能。所有测试完成，便对地图、操作模式、角色等进行打包，按提示安装编译环境。在设置完成相应编译环境后，可生成windows端（键鼠操作方式、vr操作方式）、安卓端、苹果端运行的安装软件。
这是项目在bim模型与UE4应用的一次积极探索，生成了一款虚拟漫游软件。其好处相对于虚拟漫游动画，用户可在虚拟现实的环境中按主观意愿查看场景，自由度更高，用户参与性程度更高；同时，对于现场实际使用时，可在随身携带的手机设备中打开模型，与现场实际做成比对，及时纠偏现场问题。笔者已在红光物流园虚拟漫游软件中成功的控制混凝土、管线等构件的显隐状态，并且该软件已正式在项目内发布并应用。
（3）制作成模拟行车系统
UE4作为一款开放性极高的制作软件，除了它的核心功能外，它甚至可以变换成设计师笔下的任何方式。
笔者将角色actor设置成了一辆卡车，并写入了多种车辆的蓝图和选择不同车辆蓝图的逻辑，方便在软件运行过程中更换车辆；添加了第一人称摄像头，以卡车司机的视角查验道路的合理性；添加了可控的车灯、摆动的内饰等，仿真现实场景细节等等，形成了模拟行车系统。
该系统在一定程度上能提前检验项目设计的道路车流量稳定性以及交通突发状况的容错性，能降低施工方的返工风险，保证经济效益。
3 未来施工现场虚幻引擎应用方向的假想
虽然笔者在BIM与UE4结合应用上已有部分研究成果，但笔者深知UE4在建筑行业的优势仍未远远发掘出。根据施工现场实际需求，笔者建议在后续方向加大研究力度：
（1）增加突发情况练习场景或其他交互场景
施工现场情况复杂，施工人员在高强度工作的同时往往伴随着高风险。笔者建议可在UE4模型场景基础上，增加互动的蓝图逻辑，包括与有动作的虚拟人物交流对话普及安全知识、虚拟的安全器材穿戴游戏以及灾难场景逃生演练等。在熟悉的环境中模拟交互情节，能使现场施工人员（用户）代入感更强，易于将场景中的安全知识融会贯通。
（2）BIM模型数据的展示
revit模型包含了许多信息，而笔者现阶段导入UE4的数据仅仅只包含了模型尺寸、世界位置、材质等信息，而物理信息、面积、方量、标高等虽然已经通过datasmith插件进行了传输，但未能进行利用。而且现场施工构件信息，（比如混凝土浇筑、钢筋安装、隐蔽验收、拆模日期及照片等构件全生命周期数据）理论上也能包含在UE4产品中的模型信息内。这也是后续项目UE4应用研究的方向。
4 结束语
红光物流园项目BIM模型与UE4的应用研究是一次项目在施工阶段数字化的积极探索，尽管现有成果对施工过程中的安全、质量、进度控制等有一定的促进作用，但与真正实现施工阶段数字化还有不小的距离，各位建筑行业科技工作者和BIMer仍需加大研究力度，争取早日完成建筑业全面数字化愿景。
参考文献：
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