1、北京犀牛数码 科技有限公司 高校 BIM 实训室建设方案 高校 BIM 实训室建设方案 北京 谷雨时代教育 科技有限公司 2016 年 9 月 北京 谷雨时代教育科技有限公司 高校 BIM 实训室建设方案 2 目 录 1. 实训室建设意义 . 4 2. 方案总体设计 . 5 2.1. 总体架构 . 5 2.2. 系统应用场景 . 6 3. 方案详细设计 . 7 3.1. BIM+VR 高校实训室系统 7 3.1.1. BIM+VR 实训室系统简介 . 7 3.1.2. BIM+VR 仿真实训过程演示 . 8 3.1.3. BIM+VR 仿真实训能做什么？ . 11 3.2. BIM 展示系统
2、12 3.2.1. 头盔显示系统 13 3.2.2. 环幕显示系统 16 3.2.3. BIM-VR 软件 . 19 3.3. BIM 教学考核 系统 25 3.3.1. 各专业课程考核 26 3.3.1.1. 施工图识读 . 27 3.3.1.2. 材料认知 . 29 3.3.1.3. 施工工艺 . 31 3.3.1.4. 计量计价 . 33 3.3.1.5. 定额测定 . 36 3.3.1.6. 招投标管理 . 37 3.3.1.7. 全过程造价管理 . 39 3.3.2. 后台成绩查询统计 41 3.4. BIM 工程模拟系统 43 3.4.1. 问题追踪 44 3.4.2. 资料管理
3、46 4. 方案设计原则 . 50 5. 设备清单 . 51 北京 谷雨时代教育科技有限公司 高校 BIM 实训室建设方案 3 北京 谷雨时代教育科技有限公司 高校 BIM 实训室建设方案 4 1. 实训室建设意义 BIM（ Building Information Modeling），是以三维数字技术为基础，将建筑工程各阶段相关数据进行集成的信息模型，是对建设工程项目综合信息的详尽表达。 建筑信息模型是近年来一项引领建筑数字技术走向更高层次的新技术，它的全面应用将大大提高建筑业的生产效率，提升建筑工程的集成化程度，使设计、施工到运营整个全生命周期的质量和效率显著提高、成本降低，能给建筑业的发
4、展带来巨大的效益 。 BIM 技术的研究和应用，已经在全世界开展。我们倡导在学校推行 BIM 实训，旨在让学生走出校门之前预先了解跨专业的工作方式，这样做也让学校创新了人才培养模式。学生一方面深入学习了本专业的课程内容，同时加强了对相关专业的认识，实现了多专业的融会贯通，并强化了对建设工程整体知识的理解和综合运用能力。 BIM 实训是为企业培养和发现顶尖复合型人才的过程。 将 BIM 理念贯彻到学生当中，是高校教育紧跟时代步伐的需要。但 BIM 并不是一个单项的专业课，它是一个产业信息系统。虽然各学校和老师们都知道 BIM技术在现在的教学中很关 键，但由于它牵扯的专业内容太多，甚至有些学校开设
5、的课程达不到 BIM 所需的专项数额，故此老师们在谈到 BIM 教学时都很茫然，不知道怎样着手建立和实践这个教学内容。为高校教育，且为现有各类学校建立 BIM实训室着想，规划出一个适用且符合各专业学校现有专业课程的 BIM 实训教学平台，是本方案的主旨内容。 北京 谷雨时代教育科技有限公司 高校 BIM 实训室建设方案 5 2. 方案 总体设计 2.1. 总体架构 本高校 BIM 实训室建设方案主要针对各建筑专业课程提 供“ BIM 展示系统 ”、 “ BIM 教学考核系统 ”、“ BIM 工程模拟 系统 ”等三大 实训模块。 整个方案的系统架构图如图 1 所示。 图 1.系统组成图 这些建筑
6、专业课程包括： 1) 建筑设计 2) 建筑施工图识读 3) 建筑材料认识 4) 施工工艺 5) 建筑工程计量计价 6) 定额测定 7) 招投标管理 8) 全过程造价管理 三大模块的实训内容围绕着这些课程体系的教学内容而进行，比如 “ BIM 展示系统 ”的展示内容是严格根据课程的要求而进行，比如课程要求是主题酒店进行设计，则每个学生可以将自己设计的主题酒店的内容通过“ 建筑设计展示系统 ”推北京 谷雨时代教育科技有限公司 高校 BIM 实训室建设方案 6 送到显示系统中进行展示。 整个系统还配有管理系统，分别包含 “登录注册”、“权限管理”、“角色管理”。主要是对教师和学生的角色以及权限进行限
7、定设置。例如，所有此专业学生教师需要登录才能使用此系统，教师有查看所有学生成绩的权限，而学生又可以扮演不同角色（例如：甲方、设计院、监理方等）在系统中进行协同沟通。 显示系统 主要指硬件的显示媒介，包括：“头盔”、“环幕”、“计算机”、“移动端”。我们可以一键将学生设计好的建模模型到虚拟现实头盔里显示，也可将学生协同沟通的内容推送到环幕上进行立体显示，也可以直接发布到手机端随时随地方便查看。 2.2. 系统应用场景 高校 BIM 实训室的目的 主要用于给建筑类院校一个平台，让教师和学生可以通过此平台来共同学习 BIM 内容，从应用场景上来分，它可以分为以下三大应用场景： 第一：建筑作品成果展示
8、。 本实训室建设方案中配有强大的 BIM 展示系统，主要将学生设计的建筑作品推送到显示终端中进行显示。 这个终端可以是平时的计算机电脑，也可以是虚拟现实头盔，也可以是大屏环幕系统。例如建筑设计这门课教师可以让学生将自己设计的作品推送的显示终端中供大家一起观看评论， 也适用于在领导来参观实训室时展示。 第二：专业课程的教学和考核。 以一种全新的三维虚拟现实的技术将原来书本 上的知识内容搬到软件中，让学生生动形象地了解建筑建造知识。教师通过此软件也减轻了备课和考题的压力。一个典型应用场景：教师正在教建筑设计或者建筑施工工艺课程，教师可以带领学生到实训室中通过此平台进行这门课程的模拟教学和考核。 第
9、 三 ： 企业实际建筑工程模拟。 学生学习课程内容最终是要走上工作岗位，通过企业实际建筑工程模拟系统让学生提前了解到一个实际的建筑工程是如何沟通和协作的。在系统中学生可以扮演不同的工程角色，如开发商、设计院、施工方、监理方。不同的角色登录系统中有着不同的权限，并不同角色之前要进行协同完成一个建筑流程。 北京 谷雨时代教育科技有限公司 高校 BIM 实训室建设方案 7 3. 方案 详细设计 3.1. BIM+VR 高校实训室系统 3.1.1. BIM+VR 实训室系统简介 BIM+VR 实训室建设方案主要针对各建筑专业课程提供“ BIM 展示系统”、“ BIM 教学考核系统”、“ BIM 工程模
10、拟系统”等三大实训模块，整个方案的系统架构图如图所示。 BIM+VR 实训室是一套支持跨屏以及多人协同式的解决方案，其中虚拟现实VR 系统是指投影立体显示系统与虚拟现实头盔结合，具备多人协同功能的解决方案。 可多用户协同参与 BIM 实训 北京 谷雨时代教育科技有限公司 高校 BIM 实训室建设方案 8 BIM+VR 实训室 BIM+VR 实训室 3.1.2. BIM+VR 仿真实训过程演示 北京 谷雨时代教育科技有限公司 高校 BIM 实训室建设方案 9 BIM+VR 专属穿戴设备 在头盔中的交互操作 北京 谷雨时代教育科技有限公司 高校 BIM 实训室建设方案 10 通过光捕摄像头进行人物
11、的精确定位 通过光捕摄像头进行人物的动作捕捉 北京 谷雨时代教育科技有限公司 高校 BIM 实训室建设方案 11 通过外部设备进行三维互动操作 3.1.3. BIM+VR 仿真实训能做什么？ 培训方面 培训，评估，演习 实施实际 BIM 预案预演 制定并测试各种计划和程序 进行大规模训练 评估真实 BIM 事件 确定所需资源 相关设备仿真操作 功能方面 场景编辑器 增设练习 北京 谷雨时代教育科技有限公司 高校 BIM 实训室建设方案 12 观察与评分 重放 学员记录数据库 教程编辑 Revit 与 VR 的数据通讯 3.1.4. BIM+VR 仿真实训优势 最高真实度 有效的学习环境 主动性
12、很强的积极培训 自建自需的培训场景 培训人员掌有全部控制 评估与评分 3.2. BIM 展示系统 建筑设计显示系统的目的是将学生设计的建筑内容推送到显示设备中进行，这些设备不再是单单 PC 计算机一种，而更多的是虚拟现实沉浸式设备，让人可以以一种全三维和沉浸式立体的方式查看和展现他们设计的建筑模型。本实训室方案中所涉及的硬件设备主要有头盔 、 环幕 、手机和平板 (IPAD)。 想要达到这种目的需要通过 我们的核心软件 BIM-VR，它可以将建筑设计软件里的内容（例如 Revit、 SketchUp 等 ）一键无疑转换到虚拟现实（ VR） 软件中，然后再通过 VR 软件轻松到各种硬件设备中。
13、整个流程如图所示： 北京 谷雨时代教育科技有限公司 高校 BIM 实训室建设方案 13 图 2.BIM-VR工程流程 3.2.1. 头盔显示系统 虚拟现实头盔是一种利用头盔显示器将人的对外界的视觉、听觉封闭，引导用户产生一种身在虚拟环境中的感觉。头盔式显示器是最早的虚拟现实显示器，其显示原理是左右眼屏幕分别显示左右眼的图像，人眼获取这种带有差异的信息后在脑海中产生立体感。头盔显示器作为虚拟现实的显示设备，具有小巧和封闭性强的特点，在军事训练，建筑，虚拟城市等项目中具有广泛的应用。 本实训方案中的头盔分两种：一种是适用于 PC 电脑的， 别一种是适用于手机的。 第一种： 适用于 PC 电脑的头盔
14、 图 3.虚拟现实头盔 详细参数： 产品类型： 头戴式显示 设备 显示屏： 5.7 英寸 AMOLED 显示屏 分辨率： 960 1080 可视角度： 100 度 北京 谷雨时代教育科技有限公司 高校 BIM 实训室建设方案 14 其他参数： 感应器刷新率为 1000Hz，延迟在 2ms-3ms 之间 内置了丰富的配件，包括：头戴显示器一个、 2.5mm 线缆一根、 Mini USB一根、摄像头一个、短焦透镜 2 个、各个国家不同制式插头 4 个以及 1 个带国标插头的电源 产品重量： 453g 利用头盔可以将虚拟建筑场景搬到眼前，让人感觉完全沉浸在建筑场景当中。 图 4.虚拟现实头盔体现建筑
15、示意图 配合手柄，我们就可以以完成与虚拟场景的交互，如建筑漫游 、 行走等等 图 5.虚拟现实手柄 第二种：适用于手机上的头盔。 北京 谷雨时代教育科技有限公司 高校 BIM 实训室建设方案 15 图 6.适用于手机的虚拟现实头盔 详细参数： 产品类型：虚拟现实眼镜 显示尺寸 10 米看 470 英寸屏幕 分辨率支持手机分辨率： 1080p 以上 可视角度镜片视场角： 96 度 其他性能飞屏：让影片从电脑“飞”到手机的神奇技术 手柄设计：蓝牙无线连接，操控更简便 调节功能瞳距调节： 58-68mm 物距调节：可以直接佩戴眼镜使用 支持手机尺寸： 4.7-5.5 英寸 产品尺寸 197*124*
16、124mm 产品重量（包含头戴） 317g 第一步我们将建筑场景发布到手机上，然后再将手机放入头盔中，就可以沉浸在建筑设计当中。相比 适用于 PC 电脑的头盔它更方便，需要像连接诸多的线，方便走动。 北京 谷雨时代教育科技有限公司 高校 BIM 实训室建设方案 16 图 7.手机上体验建筑场景 在实训室建设过程中我们为每个实训计算机配备一个 PC 电脑版的头盔，配上一到两个手机版的头盔，供大家一起体验。 3.2.2. 环幕显示系统 环幕（立体）投影系统是一种视听高度沉浸的虚拟仿真显示环境，采用多台投影（通道）组成的环形投影屏幕，环形幕半径通常有 100 360 弧度不等，由于其屏幕半径宽大，观
17、众的视觉完全被包围，再配合环绕立体声系统，使参与者充分体验一种高度身临其境的三维立体视听感受，获得一个具有高度沉浸感的虚拟仿真可视环境，是传统平幕显示设备不能比拟的，环幕投影最重要的应用就是立体投影系统。 环幕 （立体）投影系统 主要用于将建设设计成果推送到到大屏中，供教师和学生一起观看评论，更方便于领导视察时演示。 如图所示： 北京 谷雨时代教育科技有限公司 高校 BIM 实训室建设方案 17 图 8.环幕显示系统效果图 投影显示系统由计算机显卡生成图像，输出给矩阵切换器，矩阵将输入信号按照需求分别切换至操作监控显示器、移动显示屏和融合机，融合机将图像进行几何校正和边缘融合处理后，输出给投影
18、机进行投影显示，画面在弧形投影幕呈现； 在立体显示 时 ，由计算机显卡输出立体同步信号至投影机和立体红外发射器，发射器根据画面的频率来控制立体眼镜的液晶快门开关，同步左右眼的画面，观看者佩戴立体眼镜可以看到主动立体画面。 图 9.立体眼镜 融合机可以使用开窗口模式将外部所有输入矩阵的信号抓取显示，窗口在大屏北京 谷雨时代教育科技有限公司 高校 BIM 实训室建设方案 18 幕上的任意位置和任意大小进行排列布局。操作台监控显示器可同步显示各画面。 会议室移动显示屏也可以显示所有建筑设计计算机的画面。 整体系统的连接图如下： 图 10.环幕显示系统连接图 系统的主要硬件列表及期参数如下： 1) 立
19、体投影机 多通道的虚拟 现实 系统，对投影机 的选型非常重要，必须结合实际应用需求，本系统中我们推荐使用松下单片系列产品中的 PT-FDZ97C。该投影机亮度 8500 流明，具备主动立体显示功能，能够满足系统的应用需求。 2) 正投弧形投影幕 在虚拟现实应用环境中，弧形幕较平面幕有更大的视角，会使用户产生强烈的沉浸感，应用效果 优于 平面幕。 弧形幕按幕面材质又分为软幕和硬幕两种。软幕的基材一般选用帆布等纺织品，材质柔软、可折叠，运输和保存十分方便。但是由于安装时需使用绳子在框架上绷紧，绷紧力度不好掌握：太紧可能会撕裂屏幕；太松屏幕会出现波纹影响投影效果。而且如果室 内温差变换过大，由于热胀
20、冷缩的作用会影响软幕的绷紧程度从而影响屏幕的平整度。硬幕一般采用 PC 工程塑料或玻璃钢板制成，本身具有一定强度，即使作成弧形，其平直度仍然十分好，因此在本系统中推荐使用硬幕。 本实训室方案建议采用国产硬幕，使用英吉尔品牌的广角系列弧形幕，该系列北京 谷雨时代教育科技有限公司 高校 BIM 实训室建设方案 19 屏幕以主动立体所需的漫反射为出发点，较好地过滤了周围环境的光线，有效抑制了太阳效应，色彩还原性好，超大无缝的画面使立体沉浸感更加强烈。屏幕 160 度的增益衰减仅为 20%，从任何一个角度观看屏幕，肉眼都不会感觉到屏幕亮度的变化。是边缘融合项目的首选屏 幕。 3) 主动立体融合机 主动
21、式立体信号融合图像控制器，支持左右眼复合立体信号无极倍频，输出帧频可达 120HZ，支持立体信号、平面信号混开窗口，支持分离信号转换为复合信号。 本系统采用 4DP 纯硬件多通道超高清主动立体曲面边缘融合机，对输入超宽画面利用自身硬件完成多路投影输出图像自动产生融合叠加带和融合效果，实现多通道主动立体纯硬件融合超宽投影，其输出可以支持 1920 x 120060Hz 的多种主动立体投影机分辨率。 融合机的全硬件实时处理架构，对显卡或任何视频源的 3D 加速，视频运动及图形性能没有任何影响和像素 失真，采用真正的点对点显示方式，且不占用任何CPU 处理资源，多台投影机对计算机主机和显卡来说会被认
22、为是一个超大分辨率的单一屏幕，而所有融合带的生成、融合带图像处理和非线性几何校正则完全由融合机 3.2.3. BIM-VR 软件 建筑设计显示系统核心在于 BIM-VR 软件，一款能让 BIM 设计模型一键到 VR软件的中间件。很多传统建筑实训室方案也配有虚拟现实硬件（ 头盔 、 环幕 、 全息台等等 ），但是所有的传统方案都无法直接打通 BIM 软件和 VR 软件，而是通过3dsMax 软件全部重新对 BIM 模型建模。 BIM-VR 的优势在于直接打通 BIM 软件和VR 软件，做到二者的无缝对接，比传统方法节约了巨大的成本和制作周期，更重要的是它还可以让建筑信息直接在 VR 里展示。例如
23、：查看某个构件的类型 、 尺寸 ；又或者要测量两面墙之间的距离，这是通过传统 3dsMax 建模的方案无法做到的。 BIM-VR 软件目前支持六款 BIM 建模软件和两款 VR 软件。六款 BIM 软件分别 是： Revit、 NavisWorks、 AutoCAD、 Civil3D、 SketchUp、 ArchiCAD。两款 VR软件分别是： Unity、 UnReal。后续还会支持更多软件。 BIM-VR 软件能将 BIM 信息无缝转到 VR 软件中，这里信息包含： 模型信息（结构 、 MEP 等等）、材质信息、构件属性。我们将这些信息导出成一个我们自己北京 谷雨时代教育科技有限公司 高
24、校 BIM 实训室建设方案 20 定义的格式 .viz 文件中，然后再到 VR 软件中导入，起到了很好的加密作用。 BIM-VR 的架构图如下所示： 图 11.BIM-VR软件架构图 BIM-VR 案例一： BIM 建模软件效果： 导入 VR 软件后的效果 北京 谷雨时代教育科技有限公司 高校 BIM 实训室建设方案 21 保证建筑信息不丢失 BIM-VR 案例二 ： BIM 建模软件效果： 北京 谷雨时代教育科技有限公司 高校 BIM 实训室建设方案 22 导入 VR 软件后的效果 北京 谷雨时代教育科技有限公司 高校 BIM 实训室建设方案 23 建筑信息保留： Revit 建筑信息与 U
25、nity3D 引擎无缝对接 支持建筑三维的实时漫游 北京 谷雨时代教育科技有限公司 高校 BIM 实训室建设方案 24 支持可视化进度编制 支持三维设计协同 支持可视化文档管理 北京 谷雨时代教育科技有限公司 高校 BIM 实训室建设方案 25 3.3. BIM 教学考核系统 BIM 教学考核系统是本方案中的用于教学的一个重要模块，它主要围绕建筑专业课程内容，将传统纸制的建筑教学以及考核内容以虚拟现实的形式搬到实训室的机房上，内容形象生动，学生易接受和理解，教师一则多了一个手段教学，二则也减轻了以往备课的压力。 本系统能够实现建筑项目整体内外设施的详细介绍 、 各大建筑项目单元的知识点资料收集
26、（文档 、 图片等） 、 各大建筑项目单元的知识点考核等几大功能，而且还配有强大的后台让老师能够非常清楚地了解学生答题情况 ； 整个教学考核系统的框架如下图所示： 它是一个典型的 CS 结构，有 多个学生上机客户端，学生利用自己的账号登录到客户端，在客户端中完成所有考核内容后，学生成绩等信息会被提交至数据库中心，然后再通过一个后台网页查询系统对这些成绩进行查询 、 统计和展示。其中教师和学生的权限不一样。学生仅能查看到自己的成绩，而教师则可以看到整个班 级的成绩统计以及给每个学生的主观题答案给予评分和评语。 图 12.BIM教学考核系统架构图 北京 谷雨时代教育科技有限公司 高校 BIM 实训
27、室建设方案 26 3.3.1. 各专业课程考核 下面我们就来详细看一下在此教学考核系统中，每个课程的内容。 为了更加符合高校 BIM 课程设置，我们可以将 BIM 的 8 大课程分成五大实训楼，分别是： 专业基础实训楼、定额测定编制实训楼、工程计价实训楼、招投标管理实训楼、全过程造价管理实训楼。这五大实训楼分别囊括了建筑招标、建造、测量、计价以及最后全过程管理等五大阶段。 专业基础实训楼包含：施工图识读 、 材料认识 、 施工工艺等三门课程 定额测定编制实训楼包含：定额测定一门课程 工程计价实训楼包含： 计量计价一门课程 招投标实训楼包含： 招投标管理一门课程 全过程造价管理： 全过程造价管理
28、一门课程 每门课程的教学和考核内容也非常重要。本系统为每门课程设置了非常紧凑而又实用的内容，它紧贴教材，又以全新的软件技术方式来表现，新颖的同时又很好地服务于教学任务。 北京 谷雨时代教育科技有限公司 高校 BIM 实训室建设方案 27 3.3.1.1. 施工图识读 施工图识图课程旨在帮助学生读懂建筑施工过程中每张图纸中每个图件的意义，本系统利用三维建筑模型 +二维 CAD 图纸的方式，让学生可以将二维 CAD 图纸上的符号信息与三维建模模型的实物连接起来，即起到考核目的，又能很好的帮助学生理解。 如下图所示： 学生根据地面上 CAD 图纸，点击图纸上的元素（ 例如柱子符号或墙体符号），出来考
29、核信息（也可称为考题信息），学生根据图纸上的信息填写考题内容。 如果答对则会出现正确墙体的三维模型，这样学生就会非常轻松地记住了 CAD图纸上的符号元素。 北京 谷雨时代教育科技有限公司 高校 BIM 实训室建设方案 28 如果答错了，则会出来 “ 很遗憾答错 了 ” 字样。 课程设置： 施工图识读内容包含三大部分： 建筑施工图、结构施工图、钢筋识图 建筑施工图主要考察的是学生对图纸中 建筑物的规划位置、外部造型、内部各房间的布置、内外装修构造和施工要求等图件进行识读。 本方案中主要设计了墙体北京 谷雨时代教育科技有限公司 高校 BIM 实训室建设方案 29 和材料做法等图件的考题。 结构施工
30、图是考察学生对 结构设计说明、结构平面布置图（基础平面图、柱网平面图、楼层结构平面图及屋顶结构平面图和结构详图（基础断面图、楼梯结构施工图、柱、梁等现浇构件的配筋图）图件的识读。本方案中主要设计了钻孔灌注桩、下垫层、梁下垫层、梁、柱、板等图件的考题。 钢筋识图是考察钢筋图件表示法的一些识图。本方案主要设计了柱钢筋 、板钢筋、梁钢筋。 3.3.1.2. 材料认知 材料认知旨在让学生对建筑工程中用到的建筑材料进了一个认知了解。本系统运用三维漫游的方式，让学生在一个建筑工地漫游进走，当走进工地上的建筑材料时，弹出一个对话框，以介绍或考核的方式让学生了解当前的建筑材料，例如：漫游走进墙角落时，会看到墙角以分层的形式向学生展现从基层、木龙骨、纸面石膏板、腻子粉、清漆罩面、墙纸面层等各种材料的样式、用途以及表现形式。 对于建筑工地上的某些材料， 通过点击，还可以通过内嵌网页的形式对 材料的分类 、 产地 、 属性等做一个介绍。 北京 谷雨时代教育科技有限公司 高校 BIM 实训室建设方案 30 材料认知中考题以下面的方式呈现，当答对时出现绿色正确，而答错则会出现红色的错误字字样。 课程设置： 本方案中设计的材料认识的材料有： 1. 水泥
