建筑工程管理长期面临着工期紧张、工程复杂、协作困难等问题, 应用BIM技术进行项目管理, 有助于各施工部门间的沟通, 加强工程质量、成本及安全管理, 从而降低工程复杂度, 缩短工期, 加速资金周转。VR (虚拟现实) 仿真技术具有多感知性、存在感、交互性、自主性等特点。通过VR头盔及操作杆, 将体验者的视觉系统和运动感知系统联系起来, 体验效果更加逼真。利用VR沉浸式体验, 可加强具象性和交互功能, 大大提升BIM的应用效果。在BIM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, 为使用者提供交互性设计和可视化印象。因此, 在工程中施工推广BIM+VR技术, 能给人一种生动的感观体验。

目前, 建筑工程样板展示区一般包括主体结构、砌体抹灰、楼梯、厨卫、给排水、屋面、电器预埋、砌体、钢筋、剪力墙等。各样板的质量因工人技术水平和管理水平的高低而不同, 并且样板虽然具有可吊运、可重复使用等特点, 但实际上不够便捷。

BIM+VR集两者之优势, 同时弥补各自缺陷, 加速推进建筑行业转型升级。系统化的BIM平台不但可将建筑过程信息化、三维化, 同时也可加强项目管理能力。VR在BIM的三维模型基础上, 加强了BIM的可视性和具象性。目前VR在建筑行业的主要应用是项目观摩展示, 当工程施工现场不便观摩时, 可通过VR替代, 同时可通过增强式VR体验到在实地现场观摩不到的直观效果。

除了基本的观摩展示, VR还具有工程教育意义。针对复杂施工工艺和施工流程, 建立实体的观摩区成本较高, 占用空间大。而在VR虚拟场景中进行复杂施工场景的模拟, 便可轻而易举地解决以上问题。工人可以戴上头盔, 在虚拟场景中学习施工工艺, 把握质量控制要点, 进而按照指定流程进行复杂施工的模拟训练及成绩考核。

文章提出建立BIM+VR的施工质量教育系统, 根据项目特点确定施工质量样板, 进行各质量样板使用功能方案策划, 利用实际参数建立模块化BIM模型, 导入UE4引擎, 完成策划中各功能的设置, 将获取到的施工流程信息通过数据信息模型绑定到VR中, 最终在施工现场应用。BIM+VR的施工质量教育体系是快速提高施工人员施工技术、强化技能的有效途径, 也是统一标准、推广新工艺标准的捷径, 最终达到提升施工质量的目的 (见图1) 。

将耒阳市纸都实验学校作为应用案例, 本项目位于耒阳市京港新城北侧, 北临经纬一路, 东临顺二北路, 西邻规划路, 南面靠近城北路, 由小学部教学楼、体育馆、初中部教学楼、综合楼、科技楼、食堂、男女学生公寓、教师公寓共10栋建筑组成。其中, 男女学生公寓、教师公寓与食堂为框架剪力墙结构, 其余建筑均为框架结构。项目整体鸟瞰效果如图2所示。

根据项目特点, 选定施工质量样板, 制定策划方案确定施工流程工序和质量控制要点, 样板包括砌体样板、抹灰样板、钢筋支模架样板、外架脚手架模型、公共卫生间精装样板、屋面样板等。

根据策划方案, 获取模型参数, 利用实际参数建立BIM模型, 部分BIM模型如图3所示。

以砌体样板为例, 将BIM模型转化为VR可读取模式导入VR引擎, 完成功能的设置、施工流程绑定、数据信息绑定 (见图4) 。

项目砌体样板主要展示的工艺流程包括:放线定位、导墙建筑、墙体植筋、构造柱钢筋、砌体砌筑、构造柱支模、构造柱混凝土浇筑等。其中, 主要质量控制要点在向用户展示时进行讲解, 如墙体植筋要求沿墙高50cm设置2根6水平拉结筋, 每边深入墙内不应小于1m且不小于1/5墙长;马牙槎要求自底向上, 先退后进, 并沿墙高每隔500mm设2根6拉结钢筋, 每边伸入墙内不小于1m, 如图5所示。构造柱支模采用对拉螺杆加固支模体系, 螺杆水平间距不大于600mm, 竖向间距不大于400mm。为保证混凝土浇筑密实, 将一侧模板的顶端做成漏斗状, 如图6所示。

综上所述, 本文提出建立BIM+VR施工质量教育系统, 有效解决了使用实体样板用地问题, 也克服了实体样板周转不便、成本高的难点;同时, 该系统还可满足项目需求变化的要求, 最终实现施工质量教育的目的, 助推工程质量水平的提升。