元宇宙在智慧建筑应用场景的建设方案

[从中走天涯]

元宇宙在智慧建筑的应用，主要是利用5G／6G、工程物联网、BIM、VR、AR、MR、区块链、云边计算和人工智能等元宇宙相关技术在智慧建筑领域的应用，将现实中的设计、构件生产、数字施工、智慧运维等环节和场景在虚拟空间实现全面部署，通过打通虚拟空间和现实空间实现建筑全生命周期的改进和优化，形成全新的数字建造体系，达到降低成本、提高生产效率、高效协同的效果，促进建筑业高质量发展。

根据建筑的全生命周期，元宇宙在智慧建筑应用场景的建设方案可分为设计、施工、运维等阶段。

 1.项目设计及项目准备阶段：基于BIM+VR的设计平台

通过BIM+VR，都可以高效实现三维可视化表达，将设计方案加载到元宇宙平台，让周边市民参与到方案改进中，促进建筑的各参与方的有效协同，提高建筑设计的效率。

1）可视化设计和体验

BIM技术应用建筑初步设计阶段，主要侧重于建筑设计的三维可视化表达，通过各专业在BIM平台上云集，解决传统各专业建筑语言的沟通壁垒。但是相对于建筑信息表达效果上，三维模型的展示只局限于固定漫游视角的展示，简单的视觉冲击难以达到业主的预期效果，因此BIM模型往往会忽视真实的用户体验。加之工程施工过程中由于各种的不可控因素，很容易使建成的建筑物达不到使用者的最初需求。VR技术作为一种重要的可视化媒介，可以用BIM模型为载体，通过对于模型的渲染以及人机交互设计的沉浸式虚拟体验，实现用户在建筑内空间的虚拟漫游，使用者身临其境，弥补了BIM模型可视化效果表达不足的缺陷，便于业主对于设计单位提出的设计方案进行更加理性的选择。通过BIM+VR等并对建筑的各构件、设备及相关环境的作用方式做出直观、精准的模拟，能够有效验证建筑产品性能。并能够打破地域限制，支持多方协同设计，用户也可以在建筑元宇宙平台上参与建筑设计并体验其设计的产品。更加贴近用户需求，并能在更大程度上增强用户体验。

2）多方有效协同

基于BIM+VR的设计平台搭建，可以将设计主体即相关利益方、设计平台以及设计方法之间进行关联，业主单位在设计之初就参与到项目的方案设计中，既能使设计单位明确业主的需求，又能根据业主对于项目特点的理解提出针对性的建议，加深业主单位对于设计阶段的把控，提高建设项目的设计决策效率。

2.项目施工阶段：基于BIM+VR/AR的项目施工管理

通过BIM可以高效地建立工程数字模型，BIM软件系统既能快速精准地进行工程量造价等数据分析，也可以实现如碰撞检查、剖面图砌体排布等技术问题解决，最后实现基于互联网的项目级企业级的协同管理。

1）BIM+IoT+VR数字孪生项目管理

基于BIM+VR打造“项目大脑”按照“数据 + 算力 + 算法”的运作范式，“描述 - 诊断 - 预测 -决策”的服务机理，实现模拟推演、智能调度、风险防控与预测性服务等功能，实现全过程、全要素和全参与方的高效协同和沉浸式体验，最终实现优化资源配置的目的。

在施工过程中，还可通过物联网和装配了传感设备的“人机料法环”的全有要素连接，通过VR交互设备将整个施工的过程、行为及质量、安全等监测实现可视化、智能化管理，将施工现场转换为智能的收集领域，智能系统实时对施工过程现场进行预测，一些不符合常规的现象，及时向施工人员发出警告，对设备进行控制。

通过BM+VR的项目管理舱对施工资源、建筑部品构件、生产设备及物流系统进行出入库、查询、盘点、建筑构件库、统计分析等管理。在数字空间实现对物理空间的库存进行精益化管理，对施工项目的流程和工序进行有效沉浸式可视化管理，避免因施工资源的浪费，实现高度匹配，可最大程度地减少过去的建筑项目环节太多的不透明，或生产资源不足带来的生产延误，也可避免因生产资源的积压造成生产辅助成本居高不下的问题。

2）BIM+VR施工安全教育

建立BIM+VR安全教育体验馆，采用VR、AR、3D技术，结合VR设备、电动机械，全面考量工地施工的安全隐患，以三维动态的形式全真模拟出工地施工真实场景和险情，实现施工安全教育交底和培训演练的目的，劳务人员可通过VR体验馆“亲历”施工过程中可能发生的各种危险场景，并掌握相应的防范知识及应急措施。

上图为VR教育设备，系统模拟高处坠落、物体打击、机械伤害、坍塌伤害、触电伤害和火灾伤害6种典型的伤害类型，30个安全教育场景。

同时支持在线教育培训，可组织人员同时观看视频，完成在线教育学习；人员培训签到，签退以及考核评分记录在册，形成培训台账。提升劳务人员的安全意识，节约管理人员做档案整理材料的时间。

3）BIM+VR/AR施工现场管理

基于BIM+VR/AR的现场管理，主要用于现场模拟、施工交底、施工/安装复核、施工指导、质量验收等方面。

1. 建成前现场模拟：可在开工典礼、项目建设早期运用，在业主/访客到场参观时，将二维码贴在访客参观路径上，通过扫描，可以展示项目效果图及BIM模型，更为直观地展示项目情况。
2. 施工前划线指导：可在施工现场指导桩基承台开挖放线；预埋管线开挖放线；隐蔽管线开槽等。
3. 预埋管线回填前校核：具备预埋管线验收、模型偏差校核功能，能实现预埋管线位置、走向、管径、附件、地漏位置等等验收比对；预埋工程偏差存证，记录，调整竣工模型。
4. 土建预留孔洞校核：在预埋套管施工、土建结构验收时，可利用BIM+VR技术，实现土建预留孔洞校核。经实践，利用BIM+VR技术可将验收时间缩短至30分钟，并且大大提高验收可靠度。
5. 钢结构安装复核：可对材料尺寸、安装方向、安装完整性检查，实现预制构件的安装复核复核领料尺寸、复核安装方向复核辅助加强结构的安装完整性。
6. 机电管综安装工程：具备机电管综施工交底、偏差校核功能，通过支吊架定位划线、间距复核;多层管分层安装指导、复核预留洞口定位指导、复核隐蔽管线划线、开槽、复核，保证施工交底、完整性验收、模型调整。

4）BIM+AI施工安全预测

基于元宇宙+AI技术，使用机器学习、语音和图画辨识将施工现场的相片和视频进行自动标记，以便整理数据及搜索。例如，AI可以采用深度学习模式分析影像和语音，以自动标记施工数据并主动向客户提供安全措施建议。这种主动化工地监测能够为工地现场添加一对“眼睛”，动态辨识潜在危险要素，有助于提高施工安全。

5）BIM+GIS施工进度管理

使用探勘机器人和无人机，装备摄影镜头和无人飞机来监控和扫描工地现场。使用视觉数据选用深度学习算法处理，透过与客户要求的方案和规划进行匹配来衡量施工进度，将工地每天的画面扫描与规划模型做比较以侦测过错。

3.建筑运维阶段：基于BIM的建筑运维管理系统

在传统建筑运维模式中，建筑施工阶段的数据孤立分散、建筑管控系统相对离散，建筑智控不足、依靠人工运检，导致建筑运维效率低下，即事前无准备，事中无跟踪，事后无追溯。研究表明，可充分应用了BIM、GIS、大数据、云计算、物联网等一系列先进技术，建立基于BIM的居住建筑运行维护智能管理系统。

1）BIM+VR+AI实时分析判断

一栋修建在竣工之后被运用的几十年中，关于运用情况、修理与改建的时刻组织、能源消耗等，都能够在采用BIM+VR+AI的协助下更有用的预测及最佳的运用。人工智能根据实时获得的建筑物外墙及里面的传感器的数据对空间环境状态的整体情况和局部情况进行分析判断，并经计算后给出系统调整方案，让建筑内的各种设备根据设定的可行模式运行。

2）BIM+VR远程化维修

同时在建筑元宇宙平台建立的虚拟空间中，运维人员将不受地域限制，在建筑设备出现问题时，能够实现远程实时确认设备情况，及时修复问题。对于难度大、复杂程度高的设备问题，可以通过建筑元宇宙平台汇聚各类专家，共同商讨解决方案，从而提高生产效率。

4、元宇宙在智慧建筑的应用价值

运用BIM+AR技术，实现元宇宙在智慧建筑的应用，通过在项目质量、成本管控、时间管控、存档方面的努力，减少建设错误、最大程度还原设计方案，减少返工损失、减少验收时间，提升现场施工管理效率，从而实现建筑项目的降本增效。运用科技的力量改变建筑生产方式，实现对项目时间、成本、质量整体科通，最终提升建筑项目品质。