VR、仿真与BIM技术在水运工程设计中的融合应用.docx

? ? VR、仿真与BIM技术在水运工程设计中的融合应用 ? ? Summary:针对当前水运工程复杂度高、专业多、标准化程度低的问题，将虚拟现实(VR)、仿真和建筑信息建模(BIM)技术集成应用于水运工程设计。通过VR强大的交互功能、仿真的科学管理和控制能力以及BIM技术为实际工程提供的完整准确的数据环境，实现工程设计中各专业的协作以及信息模型的可视化和优化，为水运工程设计和管理提供科学依据。 Keys:VR;仿真;BIM;水运工程;融合应用 水运工程设计是一个复杂的过程，涉及专业多，标准化程度低。如果仅仅依靠设计师采用传统的二维设计方法，很容易导致专业之间沟通不畅、信息错误或丢失、方案展示不直观等一系列问题。因此，需要采用科学的理论方法和先进的技术手段来辅助设计。目前，BIM技术已经得到了全世界业界的认可，被视为建筑业改革的革命力量。BIM技术从2003年开始引入中国，其可视化、协同性、仿真性、优化性等优势使其应用领域不断扩大，从建筑工程到基础设施工程；VR的沉浸式体验模式和仿真技术的最优决策方法，可以增强BIM模型的具体性和交互功能，提供管理和控制策略，提高BIM的应用效果。因此，作者研究了虚拟现实、仿真和BIM技术在水运工程设计中的集成应用，探索了上述问题的解决方案，提高了工程设计的集成程度，为水运工程的设计和管理方法提供了科学有效的手段。 1VR、仿真和BIM技术 1.1VR技术 VR是以计算机技术为核心，结合相关科学技术的数字化环境，在视觉、听觉、触觉等方面与现实环境在一定范围内高度相似。用户可以在数字环境中用必要的设备和物体相互作用和影响，在真实环境中产生感受和体验[1]。VR技术具有沉浸性、交互性、多感知性三大特点。目前VR技术广泛应用于医学、游戏、航天、城市规划、室内设计、应急推演、教育培训等领域。VR技术在水运工程中的典型应用包括施工过程实时动态显示和远程监控、作业过程实时可视化控制、作业安全应急管理、装卸机械操作培训等。 1.2模拟技术 仿真技术是利用计算机对系统或过程进行动态仿真，以安全、经济的方式获取描述系统或过程的特征指标，为决策提供依据，具有可扩展性、可行性和优化性等特点。现已广泛应用于航空、航天、电力、化工、建筑施工、运维等过程控制技术领域。水运工程建设运行维护是一个受多种随机因素影响的复杂动态过程，传统经验公式只能粗略估计其性能指标。引入仿真技术，考虑随机因素及其相互影响，充分考虑工程建设规模及其组合、施工组织设计和运维管理等各种因素。目前，水运工程中的仿真技术主要应用于工程建设规模(港口、水运、船闸通过能力)[2-3]、交通组织与管理调度的研究。 1.3BIM技术 BIM具有产品和过程的双重特征。从产品角度来看，BIM是基于建设项目相关信息数据的建筑模型，具有信息完整性、信息相关性、信息一致性、可视化、协调性、模拟性、优化性、标图性等特点[4]；从过程上看，BIM是利用数字模型对工程设计、施工和运维全生命周期进行管理和优化的过程[5]。目前广泛应用于现代建筑，尤其是绿色建筑。BIM在水运工程中的应用可以实现建设工程全生命周期的信息共享，提高风险的可预测性和可控性，促进生产方式的转变。目前，BIM技术主要用于多学科三维协同设计，实现了模型与图纸、数量的自动关联，提高了设计效率和结果质量。 1.4VR、仿真、BIM技术的VR集成应用 VR、仿真、BIM技术的应用基于不同的模型，差异主要体现在VR注重结果的感官表现；仿真考虑了随机因素，优化了设计方案。BIM在三维模型的基础上增加信息属性。 实现VR、仿真和BIM技术集成应用的关键在于技术模型之间的接口变量和数据格式。在融合应用中，首先要确定应用的总体目标，然后根据精度要求将目标简化分解成若干个子目标，子目标只对应一个技术模型。之后进一步确定界面变量和融合模型结构。接口变量，即连接各种技术模型的连接点，根据模型结构和系统需求确定。最后，根据各个技术应用软件的实际情况，确定接口变量的数据格式，从而实现各个技术的集成和应用。数据接口可以用C、c++、Delphi、PHP开发，也可以用现有软件的数据格式导入导出。 为了在实际工程设计中充分发挥VR、仿真和BIM技术的优势，作者探索了工程设计的表达技术、分析方法和交流形式，如信息模型的可视化、设计和施工方案的显示、优化工程项目的特征指标、提供管理和控制策略、整合各环节的信息以避免信息丢失和错误。通过BIM为实际工程提供的完整、准确的数据环境，VR强大的交互功能和仿真的科学优化能力，实现了工程设计中各专业的协作和信息模型的可视化和优化，为水运工程的设计和管理方法提供了科学有效的手段。 2工程应用 以某港口集装箱码头工程为例，介绍了虚拟现实、仿真和BIM技术在水运工程设计中的应用。本项目建设2个7万吨级