葛晓帆 辛欣然 李四娇 赵永志 曾维豪
山东工商学院 管理科学与工程学院 山东烟台 264003
摘要：本文是以高校实验室改造的真实需求为背景，利用BIM+VR技术搭建含有不同模式的实训室3D数字化建筑模型，设计不同场景变化时各个模式（如教学模式、会议模式、晚会模式等）最快速的变换路径，并最终展示模型的应用，为后期实训室的建设、使用、管理提供依据。建成的BIM模型，也可以作为真实案例供教学使用。
关键词：BIM VR 应用
Design and application of BIM + VR model in University multi-functional training room
Abstract: Based on the real needs of university laboratory transformation, this paper uses BIM + VR technology to build 3D digital building models of training rooms with different modes, designs the fastest transformation path of each mode (such as teaching mode, conference mode, evening party mode, etc.) when different scenes change, and finally shows the application of the model, so as to provide reference for the later construction, use and application of training rooms Provide basis for management. The built BIM model can also be used as a real case for teaching.
Key words: BIM VR interior design and Application
研究背景
BIM(Building Information Modeling)是当今建筑行业的先进软件之一，是建筑行业里构建信息模型的主要工具。BIM的发展水平直接影响到未来我国建筑业的方向。目前，BIM软件已经被逐渐应用到现代建筑业中，BIM技术作为建筑业信息化的最新解决方案以在世界范围内得到了一定程度的实践和验证，其对建筑物在全生命周期中建筑信息的关注及其具备直观性、协作性的工作方法都相比于传统的建筑设计手段跃性的提升。BIM是近年来一项引领建筑数字技术走向更高层次的新技术,它的全面应用将大大提高建筑业的生产效率，提升建筑工程的集成化程度，使设计、施工到运营整个全生命周期的质量和效率显著提高、成本降低，能给建筑业的发展带来巨大的效益。将BIM理念贯彻到学生当中，是高校教育紧跟时代步伐的需要。但BIM并不是一个单项的专业课，它是一个产业信息系统。虽然各高校和老师都知道BIM技术在现在的教学中很关键，但由于它牵扯的专业内容太多，甚至有些学校开设的课程达不到BIM所需的专项数额，为高校教育，且为本校建立BIM实训室着想，规划出一个适用且符合的BIM实训教学平台，是本文的主旨内容。
总体设计方案
利用BIM+VR技术，设计一个数字化建筑模型，并根据模型建设一个具有多种使用功能，能够变化多种使用场景的实训室；在建成的BIM模型中，展示各种使用功能和场景，提供不同方案变化的路径和方法，方便使用者高效快速的转换实训室的功能。满足新工科教育背景下，大学生多种多样实训教育活动的需要，提高实训室的利用率。建成BIM的模型，也可以供教学使用。多功能实训室的BIM模型设计的功能需求分析包括专业制图室、沙盘室、会议室、素质拓展实训室、录课功能、网络直播功能、小剧场等多种功能。再对模型场景搭建，包括隔断、墙、天棚等。
关键技术
虚拟现实系统是由计算机生成的通过视、听、触觉等作用于用户，使其产生身临其境感觉的交互式虚拟环境。应用虚拟现实技术，未来使用者可以在虚拟系统中自由行走，任意观看，突破了传统三维动画被动观察无法互动的瓶颈，给未来使用者带来难以比拟的真实感与现场感。本文结合BIM三维建模及VR技术对实操前的多功能实训室进行设计，在BIM方面，首先利用revit软件构建出实训室的三维模型，并对实训室进行初步的空间布置，然后利用VR技术对初步布置不合理的方面进行修改，VR技术依靠计算机技术融合多种资源信息，创造可视化、可交互的三维动态视景，体验虚拟仿真系统。将BIM技术和VR技术引入到实训室的设计与研究中可以深化室内虚拟设计与展示效果，能将设计内容更全面、直接、形象地呈现。
能够在节省人力物力财力的基础上，使实训室的设计能够更好的满足对不同的使用环境的需求，对各高校的实训室设计起到抛砖引玉的作用，而且这些都是虚拟现实实验建设摆脱传统平面图纸设计的创新之处。
Revit 作为一款 BIM 建模软件，它的模型信息包括几何信息与参数信息。本研究在 Revit 的基础上采用.NET语言编程技术和数据库技术自主研发了一个 Revit 插件。如图 1，插件可以根据模型固有的规则读取模型中所有构件的参数信息，并将数据集合汇总成自定义格式的表格，通过插件为表格添加相互映射关系，完成数模分离，即形成关系型数据库并上传到云端。
针对虚拟现实引擎 Unity 开放数据库接口，根据项目需求下载相关的净高、房间个数、门窗个数、开关个数等构建数据。在虚拟现实引擎 Unity 后台进行数据的调用实现基于 BIM 的建筑信息 VR 展示。在 Revit 建模时所有的构件都会产生一个属于自己的 ID 名称。在数模合并时通过这个独有的 ID 名称使构件与信息重新链接，确保数模的零误差合并。
本项目以 SBS 软件为基础，通过逻辑链接算法，以程序化的手段动态生成贴图，即由代码生成贴图纹理效果，通过代码参数控制贴图中的纹理大小、密度、长短、对比度等贴图参数信息，例如木制材料以动态贴图的方式，就可以用程序参数控制其铁锈部分的范围腐蚀程度、范围大小等。在传统美术工作中，只能通过手工绘制来表现纹理效果，而不能随项目需要快速修改。动态贴图技术大大提升了贴图的适用范围和项目效率。
本项目研究针对 BIM 模型完成一套基于物理动态渲染的流程，将 BIM 模型通过导出、优化、合并、贴图制作等步骤，可以得到供渲染使用的模型。在这一系列步骤中，团队成员使用统一的渲染流程，通过既定流程的参数控制，即可快速、高效、协同地完成从 BIM 模型到渲染模型的转化。
方案比选与功能介绍
在进行各个方案比选时，遵从以下几个原则：
（1）选择不同场景使用时对于使用者而言最友好且能最大程度利用空间的模型；
（2）根据由教室的具体地理位置决定的因素，如光照强度、风力大小等，确定不同场景下通风系统及照明系统的选择；
（3）根据不同场景选择最适合使用的模型；
（4）根据确定的不同模型，设计最便捷的模型转换路径。
5.1选择不同场景使用时对于使用者而言最友好且能最大程度利用空间的模型
我国古代春秋时期伟大的思想家老子曾说：“埏埴以为器，当其无，有器之用。凿户牖以为室，当其无，有室之用。故有之以为利，无之以为用。”由此可以看出空间利用的重要性。选择可以最大程度利用空间的模型是因为空间利用在室内设计中是非常重要的，而且使用空间不足也是建造多功能的工科实训室的原因之一，所以方案比选首先要选择空间得到充分利用的模型。
5.2根据由教室的具体地理位置决定的因素，如光照强度、风力大小等，确定不同场景下通风系统及照明系统的选择
由于实训室位于教学楼四楼，且教学楼位于整个学校地理位置的最高处，所以风力较大。教室处于阴面，所以光线不是非常充分。
5.3根据不同场景选择最适合使用的模型
由于实训室要用于不同的使用场景，如用于教学、会议、晚会、沙盘活动等等，所以要选择适合不同场景的模型。例如：
（1）用于教学时：实训室中的桌椅统一朝向多媒体黑板方向，黑板下方有升起的讲台，方便老师进行教学讲解和演示，此时的顶部的照明系统为均匀分布式，为各个位置的学生提供均匀稳定的照明。
（2）用于会议时：实训室中的桌椅变化为环形桌椅摆放形式，方便与会者之间更好的沟通和讨论，此时的顶部照明系统变为相应的环形分散式，将灯光聚集在每一位与会者上方。
（3）用于举办晚会时：实训室地面由原来的水平形式变为中间升起的小舞台。此时顶部照明系统变为舞台聚集型，暗化观众部位以呈现更好的舞台效果。
结语
本文利用BIM三维建模及VR技术实现对多功能实训室的设计，通过三维模型可以更加直观的满足使用者在视觉上的需求，而VR技术的产品优势是让使用者全沉浸、全方位的参与到虚拟环境之中，人机交互参与性强。因此利用此技术可以帮助使用者在对实训室进行装饰装修、设备的选择与放置等方面提供了借鉴，从而在更大程度上解决了人材机的浪费等问题。BIM+VR可以完成三维空间实体化建模，优化建筑可视化效果，使用者可通过VR设备直接深入建筑物内部全方面探索建筑空间、功能、特性等，与虚拟环境产生互动，并获取直接信息反馈。
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