BIM技术在河南财经政法大学虚拟校园可视化项目的制作及分析
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BIM技术在河南财经政法大学虚拟校园可视化项目的制作及分析 摘要：2020年，由于新冠疫情的影响，我校采用了线上教学，我负责《房屋建筑学》的线上授课。在与学生交流过程中很清晰的看出来学生特别怀念在学校的一景一幕。如何使课本教学与建筑实际相结合，让同学们在线上置身校园之中，感受到学校建筑的美，从而提高教学质量，我萌发了结合学生所学专业，构建数字化虚拟校园的念想。近年来，我一直关注BIM（建筑信息模型）的科研方向，且有了一定知识积累，这为我实现上述构想提供了技术基础。 关键词：河南财经政法大学；虚拟校园；可视化；引擎 1虚拟化校园项目构想 我们计划制作的数字化虚拟校园，要与工程管理与房地产学院学生的专业（工程造价、工程管理、房地产开发与管理、物业管理等）相结合，也要与我所讲授的专业课程（《BIM识图与建筑制图》、《房屋建筑学》、《CG艺术与VR虚拟现实》、《3D艺术作品制作赏析》），相关联。 我曾在我校新校区建设指挥部技术部、工程部和材料部做实际工作十年有余，对工程管理、造价有一定的实践经验经历，征得了相关部门的大力支持，使用了综合实验楼和教学科研楼的全套图纸。征集到完备的资料是我们能顺利开展工作的非常重要的第一步。接下来的工作，是要制作三维模型。这需要有大量且制作精良的建筑模型和周围环境三维模型搭建软件。 第一步，处理AutoCAD图纸文件。这两栋楼是由同济大学设计院完成的初步设计和施工图及图纸变更，图纸精细度和质量很高。建模时需要注意的是一一AutoCAD文件虽然占用存储空间较小，但是因为是矢量图形文件，导入到其他三维软件后，会使系统压力增大许多，特别是对显卡压力更为明显。我们把不常用的图元信息、图块、图案等删除，精简数据和做好图形定位并清理图形，做好导入其他软件的基础工作。这一步的工作，比较繁琐耗时，需要付出的心血比较多。 第二步，制作三维模型。三维模型的制作，多种软件均可以实现，比如AutoCAD、3ds Max、Maya等。考虑到和建筑工程专业的结合，这里主要使用Revit、Revit插件及相关软件等。为了加快建模速度和保证质量，我们重点选用了一一柏慕2.0，这个软件是柏慕中国专门为考虑制作BIM而专门研发制作的，功能齐全，使用方便。我们的首要工作是完成土建模型（也就是基本的柱、梁、墙体、板、楼梯和其他结构构件），然后再制作设备部分（给水排水、强电弱电、暖通空调等）。这个阶段要求非常严谨并且耗时很长。所以我们选派工程管理与房地产学院工程管理与工程造价的十人团队分组制作。初步的模型制作，虽不复杂但很繁琐，按各专业图纸的平面图、立面图、剖面图、详图、系统图和设计说明就可以做出来大致效果。使用软件的过程中，能明显感觉出来柏慕2.0缩减了我们许多的工作时间。接下来就是修改模型，完全按照施工图做的三维模型，可能各专业之间会出现碰撞，如果现阶段不调整，就不满足施工要求。最低要求是设备不能发生重叠，实际施工也是需要把碰撞点采用管道翻弯、设置管件等来实现碰撞避让。稍高一点的要求是解决净高问题，建筑设计规范里重点之一是净高的设计（若不满足净高施工完毕后也要调整）。所以必须按照项目类型，保证管道最低点距离建筑楼地面完成面净高符合要求。再高一点的要求是按照规范严格解决管道的高度位置问题，比如“小管避让大管、水管避让暖通管道等”，这样按照管道布置规则，可以使以后维护、检修、更换的时候综合费用大大降低，这个要求特别重要。最高要求是在以上基础上设备设计做优化（优选布置方案，减少管道长度就节约造价）。此外，还需要把图纸修改建议发给设计院进行确认，经过确认的修改方案才可用作施工。然后，需要考虑设备专业BIM模型是否会引起土建模型的改变，因为“三通一平”后，土建工作先行，如果施工过程中发现土建模型必须更改的话，可能会极大的影响施工时间，进而使造价增加。所以，需要对土建模型进行反查。整个过程下来，做出来的设备模型才是合理、符合施工使用要求的。整个过程是团队提高升华的过程，也是让学生通过各种软件巩固专业知识的阶段，这是一个累并快乐的过程，也是快速提高技术能力的过程。 第三步，制作VR成果。这是制作虚拟化校园的最重要的环节。为了让同学们能够在安装程序的电脑上自由打开，并且通过键盘鼠标激发交互功能，我们发现综合性开发工具Unity和Unreal Engine 4（虚幻4）均可以完美的实现功能，我们也通过多个项目的实践进行了验证。第一步也是问题最大的，是如何把数据导入到引擎软件Unity和UE4里，因为模型数据量特别大（顶点数超过一千万），还要考虑到最终视觉效果和体现BIM信息。传统方式模型导入到引擎里，容易出现物体丢失UV坐标和光照贴图信息，模型越多处理起来越难，进而打开模型耗时半小时也很常见。我们通过把所需的功能进行分析总结，经过和柏慕中国联系，联合制作一个功能插件，可以轻松的把模型转成符合引擎要求的文件。此外，为了追求极致画面效果，我们把材质贴图重新制作，处理成高清无缝贴图，整体来说制作了高度贴图、法线贴图、AO贴图等，把材质的美通过PBR技术完美展现。材质处理好之后，光照贴图的精度也要处理，它能把不需要重点处理的物体的阴影精度降低，它的目的是保证最少的渲染时间还能有更高的质量，否则极有可能大大延长烘焙时间。接下来是设置灯光，灯光分为静态光和动态光，静态光可以参与烘焙，画质效果好，但是以后的参数不可调整，动态光恰好相反，各有优劣势。团队经过综合分析后，采用综合应用两种灯光，可使得其优势共存。这样就可以使我们在成果中可以自由调整时间，模拟四季和白天黑夜的变化。为了使同学们觉得成果更加震撼，我们还增设了大风、雨、雪效果。接下来制作了以人物作为漫游的主角，这样画面效果看起来就“活”了起来，为了满足不同的需求，分别制作了男性、女性角色。从展示的内容来说，感受一个空间的形式可以通过图片、也可以通过视频，这两种方式受到了许多人的欢迎。我们在成果里增加了这两种形式，并且在此基础上增加了实景全景图（这种全景图采用无人机收集基本素材，然后通过电脑处理成全景图片。最后把成果进行封装到vr展示成果中）。为了能够充分展现效果，我们使用之前收集制作的春夏秋冬四季、晴天刮风下雨下雪天等实景素材，最终呈现出的效果可以达到让人们真切充分感受到学校的美！以上是建筑主体的外观部分。 在外环境方面，我们基于对新校区的植物设计的了解，按照景观施工图选择确定树木、植被，力求和实际尽量一致，并且增设人机交互，可以使得植物随着季节变化而变化。这样我们通过多种形式的交互设置，可以让大家通过自行激活交互功能感受环境。 建筑的内部，也是我们关注的重点。在最终的成果演示里，我们可以控制虚拟人物进入到建筑室内，通过键盘显示隐藏设备专业的模型，并且可以通过鼠标调整其显示隐藏、颜色和明暗度，还可以通过点击查看设备的专业，距离等信息。这样就把BIM模型的信息在引擎里充分展现，这些综合功能，收到了大家的极大认同。 2总结 回头想想在做BIM的这几年，从多年前人们关注什么是BIM开始到现在如何把BIM做的更贴近施工、更贴近管理以及后期运行维护的应用，BIM技术在生活的方方面面体现着价值和潜力。教学科研楼和综合实验楼项目建筑面积加起来6万多平方，再加上室外环境的2万平方，这么大的体量，没有合理的建模软件最终是难以完成最后的展示成果。感谢有了Revit这样的高效BIM工具，感谢有柏慕2. 0。虽说最终成果是通过综合工具引擎来展示成果，可是如果没有优秀的辅助建模软件、团队及方法思路，所有这一切都是空谈。 传统方式我们是采用3ds Max进行建模，存在的问题是模型的细节精细度全靠建模人员的建模能力把控。此外因为3ds Max软件对三维模型的点线面支持比较好，导致就算出现法线翻转等问题，Max也不认为是错误，而这样的问题在引擎里容易能被识别，在设置漫游范围碰撞的时候，可能导致角色无法正常运动。而使用了BIM类软件Revit以及插件的辅助，元素都是基于三维模型创建，复杂的模型是基于NURBS曲面完成，整体来说不存在单独点线面的问题，自然在与引擎数据互导时问题就减少了许多。柏慕2.0默认创建的是全专业样板，并且这个样板还可以在以后自己需要的时候随时调用。为了减少用户的使用难度，默认样板里还有文字说明提醒，这样就大大减少了下一步工作的衔接不顺畅问题。而导入明细表这个功能，更加保证在后期算量的准确性。我们在做这两个项的时候，不需要出AutoCAD图纸，即使出图，柏慕2.0设置了另存AutoCAD的规范，这样就打通了CAD和BIM相互的数据对接。在族的设置方面，不同类型的大量的族，如果不加上相应的参数，后期管理时不方便，而柏慕就有这样的功能，便于在引擎展示成果里看构件的参数。 这三年来，工程管理与房地产学院师生团队完成了我校新校区的图书馆、第一教学楼、行政办公楼、大学生交流中心、建树楼、综合实验楼和教学科研楼的全专业模型。学生感觉在此期间付出许多，收获巨大，参与竞赛时也取得不错的成绩。工程类专业重在知识的综合应用，还使用了广联达、鲁班、柏慕、品茗、抖模、殊未等软件，都使学生在学校能够充分感受到信息期待掌握多种专业知识的必要性，更增加了专业的自信心，为发展奠定坚实的基础，团队多次荣获国家级奖项，获得一致好评。 参考文献： [1] 张宏,宋萃娥. 可视化及漫游技术的研究与实现[J]. 系统仿真学报. 2011(12) [2] 杨宏艳,史卓,钟艳如. 基于虚拟现实的数字化校园漫游系统设计[J]. 桂林电子科技大学学报. 2011(04) [3] 杨玉婷,施霖. 基于游戏引擎的3D动态演示文稿[J]. 科技广场. 2008(08) 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/40906fd1ab8271fe910ef12d2af90242a995ab05.html