基于BIM的智慧建筑在元宇宙中的应用场景与前景研究

BIM技术已经在建筑行业内得到广泛认可，它通过建立虚拟的三维建筑工程模型将各类信息整合于模型中，这些信息既包含建筑内设施的几何信息又包含专业信息及智能化信息。 随着BIM模型在建筑行业的普遍运用，BIM技术将与物联网、大数据、云计算、人工智能、区块链等新技术进行集成进而实现创新应用。BIM的这些应用无疑与目前火爆的元宇宙有效匹配。新兴的元宇宙的概念是将现实世界映射到虚拟世界，并在此基础上实现现实世界和虚拟世界的链接与交互，构建新型数字生活的社会体系。 元宇宙不是一个新的概念，它更像是一个经典概念的重生，是在 扩展现实 （XR）、 区块链 、 云计算 、 数字孪生 等新技术下的概念具化。 元宇宙是整合多种新技术而产生的信息虚实相融的互联网应用和社会形态，它基于扩展现实技术提供沉浸式体验，基于数字孪生技术生产现实世界的镜像，基于区块链技术搭建经济体系，将虚拟世界与现实世界在经济系统、社交系统、身份系统上密切融合，并且允许每个用户进行内容生产和世界编辑，是人类生存维度和感官维度的扩展。

基于BIM的智慧建筑可以利用BIM建模技术提供建筑的三维沉浸式体验，利用智能化的数字孪生技术生成智慧的现实世界镜像，将虚拟世界与现实世界的智慧建筑相融合，并允许用户对不同的世界进行编辑和映射，这些特征使得基于BIM的智慧建筑技术与元宇宙中的应用场景不谋而合。 未来的元宇宙需要整合不同的技术实现虚实融合，而BIM技术是构建的虚拟世界中建筑的现有工具，建筑的智能化技术又是实现数字孪生的手段，作为BIM技术的应用者需要关注BIM技术和建筑智能化技术在元宇宙中的应用和发展前景，开拓新的应用领域。

BIM技术在元宇宙领域的应用情况

目前我们看到的现有元宇宙的应用场景和应用领域主要包括： 给人愉悦体验和体验不同人生的交互式游戏； 改变商业模式并带来商业价值的虚拟体验式商城； 提高办公效率倡导居家办公的虚拟办公室； 应用数字孪生技术的现代化数字虚拟工厂和生产线； 改善学生体验的三维虚拟教学； 与数字孪生技术相结合提供个性化服务的三维虚拟产品设计； 提供更广泛学习和交流空间的虚拟图书馆； 创建三维虚拟人物的影视制作，例如阿凡达、狮子王等； 提供沉浸式交互观影的虚拟影院； 以及基于区块链的虚拟货币等 。 那么这些体验大部分都需要虚拟的建筑场景，例如商场、办公室、教室、工厂、图书馆、影院等。

BIM模型是构建这些场景必要的手段，在元宇宙中BIM的三维模型既可以是现实世界中的建筑在虚拟世界真实的展现，也可以是虚拟时空中根据需要构建的虚拟建筑，前者为现实世界建筑建造提供虚拟克隆模型，后者将成为建造师们发挥自己想象力和创造力的虚拟建筑天地。 因为虚拟的时空提供了更理想的建筑环境，例如无限的虚拟空间和穿越的时间。 由于没有空间和时间的限制，虚拟建筑将突破现实建筑界限的桎梏，那 么建筑师可以针对不同用户的需求，在虚拟的建筑环境中实现个性化的私人定制，也可以实现超现实科幻的虚拟建筑。

建筑智能化技术在元宇宙领域中的应用

在元宇宙的虚拟世界里，三维是不足够的，需要更多的体验。 这就需要与智慧建筑相结合，将智慧建筑中的智能化信息集成到虚拟世界中，并通过真实世界中智能化信息对人的影响建立虚拟世界和真实世界之间的联系，这才是真实的元宇宙。 目前的BIM技术作为支撑元宇宙的底层技术已经具备了元宇宙的一些基本应用特性，例如基于BIM模型的协同和优化设计、优化施工流程的模拟施工、虚拟建筑的运维等，初步实现了建筑项目全生命周期的虚拟管理。 在建筑项目的全生命周期不仅提供虚拟世界的三维建筑、结合模拟软件以及VR和AR技术基于BIM模型提供沉浸式体验，通过智能照明和照明模拟软件接管人类的视觉； 通过影音系统和声音模拟软件接管人类的听觉； 通过空调系统和空气监控软件接管人类的体外感觉； 显然BIM模型必须结合建筑智能化技术才能具备元宇宙的概念---实现接管人类的各种感觉。

要建立现实世界建筑和元宇宙中虚拟建筑的联系，还要通过BIM模型和建筑智能化软件建立现实世界和元宇宙的接口，在三维沉浸可视交互基础上实现人和虚拟仿真空间的交互。 通过对虚拟世界中自己的设定来改善真实世界中的生活品质； 通过虚拟世界中教室等三维教学资源的使用改善真实世界的教学环境； 通过虚拟世界办公室的协同工作提高现实世界办公效率； 通过虚拟世界中工厂的自动化技术提高生产效率等等。

通过基于BIM的智慧建筑可以实现元宇宙中建筑信息的输入输出，在真实世界里体会、感受虚拟的世界，虚实结合、虚实交互、虚实互控的基础上实现虚拟建筑和物理建筑的融合。 然后将虚拟世界叠加到现实世界上开拓新的领域，新的应用在元宇宙中不断叠加和扩展。 通过虚拟的仿真世界获取用户体验，如果成功再在现实世界中进行建造和生产，通过这种方式满足用户个性化的需求，为每个不同的个体构建不同的产品。

基于BIM的智慧建筑在元宇宙中的应用前景

目前人们普遍关注将游戏作为元宇宙的入口和平台，但这样会让人们认为元宇宙是一个满足感官和设计需求的平台，无法创造社会价值，而BIM技术为元宇宙提供的资源有三维的虚拟世界建筑、智能化的建筑信息、三维的协同设计、三维的施工模拟、VR和AR的资源、数字孪生建筑运维系统。 一切和建筑有关的信息基于BIM都可以提供，在元宇宙的应用领域中是最领先的，那么我们是否可以设想摈弃元宇宙的游戏特性，将基于BIM的智慧建筑作为元宇宙的入口和平台呢？ 在这个平台上叠加数字孪生的工厂实现工业生产，叠加虚拟的建筑实现虚拟建筑到真实的建筑的新建筑行业，叠加三维可视教育实现教育的改革等等。 无疑这些应用不仅仅是三维的呈现，更多的提高生产效率、创造巨大的经济价值，这才是元宇宙的意义和核心所在。

如果将基于BIM的智慧建筑作为元宇宙的平台，通过这个建筑平台去集成其他的应用场景，比如在BIM教室中实现虚拟的三维教学，在BIM医院中实现虚拟的三维影像和共享医生的诊疗方案，在BIM办公室中实现虚拟的在线办公，在BIM商场中实现虚拟的沉浸式购物体验，在BIM度假酒店实现虚拟的休闲和旅游服务，在BIM的影院中实现虚拟的观看演唱会和电影等。 如果这样，基于BIM的智慧建筑无疑会是元宇宙的新的入口和平台，以BIM为基础或者信息中心可以构建庞大的元宇宙。

如果上述的方法可行，那么现有的BIM技术就必须进行改造以适应元宇宙的需求。 通过以往的经验看，如果由专业的设计公司来完成所有的设计，那么这个工作量是巨大的，我们可以由用户来制作内容，也就是如果想BIM技术在元宇宙中能够得到更广泛的应用，还要进一步让BIM技术更大众化，让BIM技术更简单和便捷，使用起来更简单，普通用户用简单的拖放和配置就能操作BIM软件，任何一个用户都可以构建自己需要的建筑，这样让更多的人能够应用BIM技术创建自己的虚拟建筑，按照自己的意愿设计自己的生活和工作的空间。 经过一段时间的虚拟的运行，获取好的用户体验之后，将虚拟的平行世界的建筑变成现实世界的建筑，当然也要提供进入其他虚拟空间的方法，并以此为基础在虚拟的世界里建立和扩展自己的生活空间和工作领域。

结语

元宇宙只是开端，未来的世界是否能够实现现实和虚拟的并行，让我们拭目以待。 不过相信在这个过程中会有更多的技术产生，就像当初的人工智能技术一样，我们最初是想构建一个类人的智能机器人，而在这个过程中所产生的技术在各个行业中得到广泛的应用，我们构建的不仅仅是智能机器人，而是智能设备、智能建筑、智能社会。 虽然实现元宇宙的技术壁垒亟待突破，我们在开发元宇宙的过程中产生的技术也将会产生爆发性的增长，也会像人工智能技术一样其他领域得到广泛的应用。 以元宇宙虚实融合、数字孪生、与现实世界紧密相连等特性发展基于BIM的智慧建筑无疑是顺应未来的发展需求，通过基于BIM的智慧建筑技术可以尝试构建元宇宙的建筑雏形，成为元宇宙的入口之一，在元宇宙领域抢占先机，让我们的建筑行业重新进入新的赛道，虽然未来不可测，但是未来却可期。