基于Omniverse的BIM设计协同研究以新加坡某地产装饰项目为例.pdf

学术摘要：本研究总结了当前B I M技术在装饰工程数字化协同工作中的突出问题，提出基于元宇宙理念构建整体的虚拟设计空间，打破空间和软件格式限制，在保留传统设计工作流的前提下，利用O mn iv e r s e 协同设计工具，实现高效的数字模型格式统一、数字模型数据同步和数字模型应用。并将该方法应用于新加坡某装饰工程数字化设计项目实践中，大幅节省建模时间，实现城市数字模型、建筑场地模型与室内装饰模型的搭建和实时联动，构建可拓展的正向创意设计流程，为B I M技术在装饰工程数字化转型和应用方面提供了新的思路。关键词：B I M；元宇宙；O mn iv e r s e；协同设计；正向设计；装饰工程0引言建筑数字化工业化是传统建筑业发展转型的方向所在；B I M技术是建筑业数字化设计的重要技术，在装饰工程中有着广阔的应用前景。建筑企业只有从管理信息化和建造数字化方面加速进行数字化转型升级，才能在快速变革中立于不败之地 1。“B I M”即建筑信息模型（b u ild?in gin f o r ma t io nmo d e lin g），它以建设项目中的各个相关信息数据为基础进行模型创建，再通过数字信息仿真模拟建筑物的真实信息 2。B I M技术的出现，改变了建筑设计的生产模式。B I M技术在装饰工程的应用中存在诸多难点：装饰工程的分部、分项工程较多，工序复杂，各专业交叉作业多，各个项目参与主体在各施工阶段信息管理困难 3。基于C A D和B I M的协同工作方法不适应当前复杂的三维设计环境和多专业参与的设计现状。随着元宇宙（Me t a v e r s e）概念的提出和基于图形计算技术的跨平台可视化协同技术的发展，多专业设计成果整合与异地实时协同成为可能。通过搭建与现实对应的虚拟环境，整合多专业数字设计成果，在虚拟环境中进行设计、审查和应用，可以实现多专业模型数据和B I M信息的高效传输和实时交互，为装饰工程的B I M协同工作提供了新的思路。1数字时代的设计新形态1.1元宇宙理念下的装饰工程伴随着创新工具与载体的进步，在数字时代背景下，设计逐步走向多元化。数字技术以其自身的系统逻辑，构建了一个平行于真实世界的虚拟世界，它不断扩张和生长，通过数字化的能力加载更多内容，产生更为丰富的应用场景 4。元宇宙基于互联网而生，是与现实世界相互打通、平行存在的虚拟世界，已在多个场景展露雏形。元宇宙具有技术叠加、虚实相融、具身沉浸和实时交互的特点 5。将元宇宙特点与设计活动结合，在设计理论层面上，让设计师成为虚拟世界的翻译者，在虚拟环境中进行建筑设计、模拟和优化等工作。在虚拟世界中找到新的设计语言和范式，通过三维可视化建模、虚拟仿真等技术实现物理空间与数字空间的交互映射和数据流通，促进了设计工具和载体等应用层面上的进步。利用元宇宙及其相关新兴技术和应用，构建统一、集体、虚拟沉浸的环境，将大大提升资源共享、设计体验、决策制定、协同工作和系统审查方面的效率。当前，装饰行业在数字化时代的基础较为薄弱，信息化能力难以应对复杂的设计与生产流程。在共性技术主导下，装饰工程和元宇宙在数据处理和虚实融合方面有着很高的关联性 6。元宇宙理念所需要的虚拟化设计要素、系统化设计对象，都可以通过B I M技术进行构建，将元宇宙理念与建筑设计在动态化设计过程、多元化设计形态、数据处理和虚实场景融合方面进一步结合，可以推动建筑设计在数字时代的进一步发展。1.2装饰工程数字化协同工作中的突出问题随着新技术的发展和新理念的提出，元宇宙理念下的设计模式对设计工具和协同方法提出了更高的要求，但当前装饰工程的协同工作仍然存在以下难点：多源异构模型的整合困难。建筑行业涉及众多的软件工具和数据格式，而这些工具和格式之间的兼容性并不完善，同时B I M技术的执行深度和标准亦有不同，导致B I M技术在应用过程中的数据传输和交换问题。不同项目间的数字设计协同存在着很大的差异性，B I M模型包含大量的几何信息和属性信息，模型体量大、专业多，全专业的综合应用难度较大，可视化效果表现较差。缺乏高效的协同平台和方法。作为互联网的3 D演进形态，元宇宙理念下的数字内容生产可以通过虚拟世界的设计协作连接，大大提高设计协同效率。但缺乏高效的应用平台和协同工作方法，导致信息传递和共享困难，异地协同设计与审查模式仍处在探索阶段。数字化转型成本高，进展缓慢。B I M软件学习成本、硬件要求和工作环境不适用于设计流程和人才培养。多专业软件间协同应用困难，导致模型构建与审查过程复杂。装饰工程的数字化设计目前主要有基于C A D的二维设计协同和基于B I M的设计协同2种工作方式，这2 种方式都很难满足跨专业协作、产品级渲染和高效设计交流的需求 7。由此可见，当前装饰工程行业的数字化转型是必要的，应当基于一套良好的设计流程与协同方法，结合现有的数字化设计流程和工具，探索组合创新模式，降低学习成本，提高生产效率。2基于O mn iv e r s e 的协同工作方法2.1O mn iv e r s e 元宇宙协同平台O mn iv e r s e 是N I V I D A公司于2 0 2 0 年推出的元宇宙虚拟协作和模拟构建的开放平台，可以实时模拟物理计算，被用于影视制作、游戏开发、机器学习、机器人训练和其他复杂的模拟任务 8。常见的三维软件在模型和数据的流转中，受限于格式标准问题，往往会出现模型和数据缺失的问题。O mn iv e r s e 作为协同设计平台，针对常用的3 D内容创作工具专门开发了协同对接的应用插件，解决了当前多源异构模型格式统一问题，可以实现多个3 D平台的多人异地实时创作协同 9。O mn iv e r s e 具备产品级的应用能力，其高拓展性也有助于数字城市、智能设计和机器人建造等应用的实施。2.2O mn iv e r s e 平台优势多学科实时设计协作。O mn iv e r s e 可以实现跨专业的协同设计，通过U S D技术，实现各专业软件多源异构模型的实时互通和异地协作。轻量化大场景数据和产品及效果表现。通过U S D技术轻量化大场景模型，集成建筑项目的各种数据，并满足产品级的表现效果。可扩展性和开放性。O mn iv e r s e 基于U S D开放标准和开放A P I 的平台，集成各种不同的建筑软件和工具，在虚拟环境中进行建筑设计、模拟和优化等工作。云端部署和管理。O mn iv e r s e 可以在云端进行部署和管理，实现数据和模型的安全共享和访问，提供高效的数字化工作环境。2.3基于O mn iv e r s e 的协同工作为实现B I M设计协同和成果展示，当前常用的方法是通过数据转换，将各专业软件数据在B I M软件集成后整体导出应用，或将各专业软件和B I M设计软件数据分别导入可视化平台集成展示 1 0。元宇宙（即3 D互联网）理念下的多学科协同支持虚拟世界和真实世界的映射，通过O mn i?v e r s e 实现多源异构模型的转换协同和虚拟世界与真实世界的联动，将无线接入网端到端的数字模型部署在本地服务器、云端或边缘设备上，可以选择纯仿真环境或真实的无线接入网（图0 1）。项目各方在虚拟环境中共同工作，实现产品开发、产品部署、项目规划、综合审查、设计优化和运维管理 1 1。基于基于O mn iv e r s eO mn iv e r s e 的的B I MB I M设计协同研究设计协同研究以新加坡某地产装饰项目为例R E S E A R C HO NB I MD E S I G NC O L L A B O R A T I O NB A S E DO NO MN I V E R S ER E S E A R C HO NB I MD E S I G NC O L L A B O R A T I O NB A S E DO NO MN I V E R S EAC A S EO FAR E A L E S T A T ED E C O R A T I O NP R O J E C T I NS I N G A P O R EAC A S EO FAR E A L E S T A T ED E C O R A T I O NP R O J E C T I NS I N G A P O R E李纳 支敬涛 邹贻权（湖北工业大学土木建筑与环境学院，武汉 4 3 0 0 6 8）为通信作者*1 2 2O C T 2 0 2 3本研究提出通过协同平台，在土建模型框架完成的基础上，同步开展装饰专业和场地环境的细化工作，大幅节省建模时间（图0 2）。不同于以往的装饰工程数字设计及应用方式，将现有工作流通过U S D格式和O mn iv e r s e 协同平台连接起来，结合云端服务器，利用L iv e S y n c 功能进行多软件的实时异地协同。3基于O mn iv e r s e 的B I M协同实践3.1项目概况和实施难点S t a c k e dH o me s 线上选房系统是由新加坡V MW S t a c k e d 公司于2 0 2 2 年推出的地产数字化平台，该平台主导面向用户的轻量化数字模型应用。基于元宇宙理念，利用数字化技术全方位展示地产项目数字信息。首批项目进行了1 3 个地产项目的数字化装饰工程设计与轻量化应用（图0 3）。该项目有多方参与、跨国合作、面向数字模型应用等特点，主要面临以下几个难点：数字模型体量大，模型精度要求高。该项目的数字模型要求室内外的真实场景还原，在虚拟环境中实现产品展示的功能，包括室内精装模型和城市环境模型的真实还原。异地协同和审查困难。项目的设计与施工均在疫情和跨国的情况下推进，需要实现多专业多维度的协同，对协同方法和协同平台提出了新的要求。模型应用要求高。基于元宇宙理念的协同工作，需要数字模型各阶段的高效应用，面向消费者的展示需求，需要实现大体量模型轻量化的多端应用。3.2基于O mn iv e r s e 的B I M模型协同搭建在装饰工程的设计上，本项目将常用的软件工作流接入O mn iv e r s e 平台，保留基于R e v it的B I M工作流、3 d sMa x+S k e t c h u p+L a y o u t室内方案设计工作流，R h in o+G r a s s h o p p e r 参数化设计工作流，以及B le n d e r 模型快速生成工作流。在前期土建模型基础上建立装饰专业模型。本项目在装饰专业的数字模型构建上采用多种软件结合的形式，将各自软件模块灵活结合，在三维设计的基础上集成数据，得到包含几何信息和属性信息的B I M模型（图0 4）。通过V ie w的异地实时审查方法，避免了模型版本迭代带来的信息不同步和文件数据过大造成的传输不便。整合常用的三维设计软件和O mn iv e r s e 的功能，实现两者之间的优势互补，提高工作效率和设计质量。同时减少了人员培训和沟通成本，避免资源浪费（图0 5）。3.3基于O mn iv e r s e 平台的数字模型应用在该流程下，各专业软件原有的部分和工作流都将得以保留，基于O mn iv e r s e 平台开展协同分析与应用。绿建分析。在绿建分析和性能模拟方面，利用R h in o/G r a s s h o p p e r 连接器，连接数字模型与参数化插件 G r a s s h o p p e r，实现实时绿建分析与可视化。虚拟现实体验。在O mn iv e r s e 中实现虚拟现实的体验与审查。数字模型的轻量化展示是数字模型在应用阶段的一个重要方向，面向用户的展示与交互，实现在多端的轻量化虚拟现实体验。仿真模拟。基于原有流程的仿真模拟应用在该流程中都得以保留。此外，O mn iv e r s e 可以直接对接S ims c a le 和P a r a V ie w，进行C F D模拟，并将结果通过可视化方式呈现。基于O mn i?v e r s e 的 L u me n R T 插件，以及物理效果（如重力、碰撞、变形、破碎与流动效果等）的实时渲染功能，实现建造模拟和分析。人工智能与数字孪生。O mn iv e r s e 强大的扩展功能可以实现人工智能与数字孪生技术的接入，使智能设计时代的新技术工具得以融合。此外，该项目尝试在 O mn iv e r s e中接入C h a t G P T，实现人工智能批量空间布局生成和构件放置，大幅提升设计建模效率（图0 6）。4结语本研究分析了数字设计背景下元宇宙理念对于装饰工程的影响，针对当前装饰工程数字化程度低、协同工作困难等问题，提出将元宇宙理念与装饰工程的设计和建造流程结合，在保留多专业现有工作流的前提下，采用协同平台的方式，通过新兴技术实现虚拟世界和真实世界的映射，构建统一、集体、虚拟沉浸的环境，在该场景中进行设计与审查活动，并基于数字模型实现多种拓展应用。在未来的研究和实践中，还需要加强模型版本迭代中的数据流转模式和方法研究，进一步明确该方法下各阶段的成果要求。随着O m?n iv e r s e 的版本更新，也将进一步提升对于各个工具软件的适配程度和范围，更多装饰工程中涉及的工作流将被纳入其中，进一步发挥新兴技术产业对建筑数字化转型的驱动作用，推进产业基础高级化、产业链现代化，提升产业发展能级，为城市持续推进现代化发展提供创新动力 1 2。参考文献：1 黄从治，肖磊.建筑企业数字化转型面临的挑战和应 对 策 略 J .铁 道 工 程 学 报，2 0 2 2，3 9(9):7 9-8 4，1 1 8.2 王胜军.抽水蓄能电站建设项目设计管理研究 D .北京:华北电力大学，2 0 1 5.3 麻倬领.B I M技术在装饰工程中的应用研究 D .郑州:河南工业大学，2 0 1 8.4 谷丛，王菲.“数智设计”:数字时代的设计新形态 J .装饰，2 0 2 1(1 2):5 2-6 5.5 蒲清平，向往.元宇宙及其对人类社会的影响与变革 J .重庆大学学报(社会科学版)，2 0 2 3，2 9(2):1 1 1-1 2 3.6 项星玮，陈诗逸，白洁，等.平台技术视角下建筑设计业和“元宇宙”的联系 C /全国高等学校建筑类专业教学指导委员会，建筑学专业教学指导分委员会，建筑数字技术教学工作委员会.数智赋能：2 0 2 2 全国建筑院系建筑数字技术教学与研究学术研讨会论文集.武汉:华中科技大学出版社，2 0 2 2:7 2 3-7 2 6.7 王荷池，魏欣，黄艳雁，等.基于元宇宙理念的B I M设计协同方法与应用研究 C /全国高等学校建筑类专业教学指导委员会，建筑学专业教学指导分委员会，建筑数字技术教学工作委员会.数智赋能：2 0 2 2 全国建筑院系建筑数字技术教学与研究学术研讨会论文集.武汉:华中科技大学出版社，2 0 2 2:7 3 3-7 3 7.8 N V I V D I A.O mn iv e r s e d o c u me n t a t io n E B .2 0 2 3-0 3-3 0 h t t p s:/d o c s.o mn iv e r s e.n v id ia.c o m/.9 L I U L X，S O N G X G，Z H A N G C，e ta l.G A N-MD F:a ne n a b lin gme t h o df o r mu lt if id e lit yd a t af u s io n J .I E E EI n t e r n e t o f T h in g sJ o u r n a l，2 0 2 2，9(1 5):1 3 4 0 5-1 3 4 1 5.1 0 杨科，车传波，徐鹏，等.基于B I M的多专业协同设计探索系列研究之一多专业协同设计的目的及工作方法 J .四川建筑科学研究，2 0 1 3，3 9(2):3 9 4-3 9 7.1 1 何展，刘春晖.浅谈“注入A I、物理准确”的元宇宙数字世界创建底层技术 J .人工智能，2 0 2 2，9(5):7 1-7 7.1 2 安晖.从“十四五”规划建议看新型智慧城市建设方向 J .信息通信技术，2 0 2 1，1 5(1):2 1-2 4，3 1.图表来源：除特别标注，所有图表均为作者自绘。收稿日期：2 0 2 3-0 6-1 0图0 1元宇宙理念下的应用实施路径图0 2基于O mn i v e r s e 的装饰工程协同工作方法图0 3S t a c k e dH o me s 地产数字化平台（h t t p s:/w w w.s t a c k e d h o me s.c o m/）图0 4基于O mn i v e r s e 的多专业协同工作图0 5基于O mn i v e r s e 的多人异地多端实时协同图0 6基于O mn i v e r s e 的多种应用1 2 3