第 1 章 绪论
1.1 选题的来源、目的与意义
1.1.1 选题的来源
当前我国正处于城镇化的快速发展阶段，城镇建设逐步由新建筑建造转向对既有建筑的改造。既有建筑改造成为我国城镇化发展的一项重要任务[1]。当下根据我国既有建筑改造工程的发展，其面临的重要问题可分为两个方面：一是相对滞后的传统设计方法无法填补日趋复杂多样的既有建筑改造的需求；二是既有建筑领域高能耗的现状急需向可持续发展模式转变的急迫性。
随着信息技术的不断发展，其应用于建筑工程中的应用实例不断增加，其中BIM 技术在建筑行业中的应用最为广泛，其高质量、短工期以及沿着科技化、智能化的施工方向不断的深入拓展，成为各建筑企业未来的发展方向。而 VR 技术的出现，对未来建筑行业的发展注入了更多的可能性，VR 技术的加入给 BIM 技术带来了新的力量，其将虚拟画面与现实视觉相连接，成为连接 BIM 模型和改造现场的桥梁。在既有建筑改造中，一些时间较长的建筑，其设计图纸的缺失，给既有建筑改造的设计带来了很多不确定性。而整个改造最大的痛点就是“所见非所得”，
在对改造方案进行展示，传统的方式多为静态的效果图，用户与设计师在理解上的偏差，造成大量的改造材料的浪费与纠纷。BIM+VR 技术的出现为其提供了一个可行的方案。利用 BIM 对建筑进行三维建模，结合 VR 技术，让改造方案“真实的”展现在客户眼前，使其具有身临其境的感觉，正是因为 VR 技术的呈现效果，比单纯的图形或文字更具表达性，将改造方案以这种最直接、最直观的方式进行呈现，方便设计师与客户之间的沟通，避免了改造后期的重复工作。
1.1.2 选题的目的
在既有建筑的改造工作当中，由于其自身存在的特点，在改造当中设计师对既有建筑的改造会有多种设计方案，而对既有建筑改造方案的比选工作，即对既有建筑改造方案的比较与选择，是建筑工作前期的重要部分。既有建筑改造方案的比选工作是受多方面因素影响的，这是一个综合性决策选择问题。其作出的比选结果应建立在综合效益最佳的前提下，通过对不同的既有建筑改造方案的比选，总结出各方案的优缺点。通过既有建筑本身的特点，基于 AHP 法，根据定性、定量相结合的分析方法，准确地对不同既有建筑改造方案进行选择。其具体目的如下：
本文利用 Revit 软件对既有建筑进行建模并设计绘制改造方案，并对建模设计的结果进行修改，在通过 VR 虚拟现实技术将设计的方案进行展示，以达到更直观、更动态地效果将设计方案进行展示。在对不同的改造方案利用 AHP 法进行方案比选，以选择出最优的改造方案。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 “BIM+VR”技术的定义
“BIM+VR”技术，顾名思义，即为将 BIM 技术与 VR 技术相融合的一种新型技术。
BIM 技术，即建筑信息模型（Building Information Modeling）的简称，该技术能够将建筑项目的整个周期内的各阶段数据及信息进行整理及分析的一个模型，该模型通过三维数字技术将建筑物的真实信息进行模拟，以提高建筑项目的工期、减少建筑风险的出现[4]。
VR 技术，即虚拟实境（Virtual Reality）的简称，该技术是利用计算机对某一建筑真实实景进行模拟，创建出一个三维的虚拟空间，通过这个虚拟空间为使用者提供一个在视觉、听觉、甚是触觉上的模拟，以此帮助使用者能够对建筑工程有一定的感官感受[5]。
虽然 BIM 技术具有建筑工程项目的全部信息，但是其在可视化方面有一定的欠缺性，该技术仅能够展现项目的三维效果，但使用者不能够从此三维效果中对建筑环境、建筑材料等有一定的了解。而如果单一使用 VR 技术，则仅能够凭借设计师的想象及设计，构建一个三维的虚拟空间，但这个虚拟空间对建筑的信息并不完善，这将导致该空间存在一定的失真性，其对建筑尺寸、大小、空间等均没有数据理论支持，所以此建筑的模型将与真实建筑有一定的差距[6]。而将 BIM 技术与 VR 技术相结合，则能够通过 BIM 技术的数据信息与 VR 及时的虚拟成像技术相结合，通过完善的数据信息理论作为支持，将设计师的设计理念用 VR 技术成像出来，能够更真实的体现设计师的设计，并能使观看者对建筑成品有最直接的感官体验，甚至将两种技术相结合能够在建筑时对建筑施工进行检测管理，最大程度完成设计师的设计。
在社会的不断发展大环境下，我国的信息技术不断得到完善，而建筑行业也在不断地进行改革，一些较大型、复杂的建筑被创建。但在设计、施工建筑时，如何使用更为先进的设备及理念，创造出更为合适、美观及优质的建筑物成为了当今建筑行业的重大任务。为此国务院在 2016 年《关于大力发展装配式建筑的指导意见》中提出“要健全标准规范体系、要全新建筑设计、哟皆有资源，提高生产效率并且要促进建筑业与信息化的融合”[7]，并且在在同年 9 月，发布的《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》中明确提出了要增强 BIM 技术、云计算等信息技术及建筑行业信息化、数字化的发展，并且应形成一批具有较强信息化技术及应用的先进企业。从而优化建筑工程中的信息化发展，推动信息化与建筑施工的融合[8]。
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第 2 章 相关理论概述
2.1 BIM 技术相关理论
2.1.1 BIM 技术的定义
建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM），是一个能够将整个工程项目在整个工程周期内所产生的全部信息、资源集成在一个模型中，使信息更加智能化与自动化，方便工程中各部门对信息的使用.
BIM 模型最早是由美国的 Chuck Eastman 在 1975 年提出的 BDS（Building Description System）模型演变而来[22]。通过 BDS 模型的不断研究与发展，在 2002年 Jerry Laiserin 发表关于 BIM 模型的文章，由此 BIM 模型的概念得到了普及。随着社会和科技的不断发展，
BIM 研究不仅仅在理论上得到的发展，在软件方面也得到了一定的发展[23]，2002 年 Autodesk 公司收购了 Revit 公司，推广了 Revit 软件，提出了建筑信息模型（BIM）的概念。然而，在经历了几十年的演变与发展，各国对于 BIM 模型的定义不尽相同，直到 2007 年，美国发布 NBIMSI 标准，该标准对 BIM 进行定义：（1）BIM 模型是一个将建设工程项目中的功能、管理等方面通过数字化进行表达；（2）BIM 模型能够共享工程全生命周期内的信息资源；（3）在工程的不同设施阶段为不同的利益方提供信息的修改、更新等，以支持不同责任方的合作。我国对 BIM 模型的解释由住房和城乡建设部工程质量安全监管司司长提出[24]，他表示：BIM 模型是一种数据化工具，其通过数字及参数模型将工程中各种相关信息进行整合，并将整合后的信息应用于整个工程的策划、运行、维护等全工程生命周期中，有利于工程技术人员对全周期内随时产生的信息进行有效的应对，为提高工程的生产效率、节约成本、甚至缩短工期提供有力帮助。由此可知，BIM 模型不仅仅是简单的数字信息的集成，更是一种数字信息的应用。 根据 BIM 的定义，可总结出 BIM 技术的主要特点有：
（1）可视化。
可视化即“所见所得”。可视化对建筑行业的帮助甚大，例如施工图纸往往是通过简单的线条表达的，但这种图纸仅有绘画者能够理解，对于建筑者来说仅能通过自己的想象进行表达。而 BIM 模型，通过软件对信息的整理与分析，将线条信息转化立体图形信息，以更直观的效果展示出来，这种展示不仅仅包括建筑的外形轮廓，还包括了其大小、颜色等。这种可视化技术将传统的二维模式转变为了三维立体模式，通过以此能够同不同构件间形成互动性、反馈性，是建筑的视觉感更清晰。并且通过 BIM 模型的可视化特点，能够使工程建筑过程中的项目设计组、建造、运营等部门更好地协作。
（2）协调性
在建筑工程施工过程中，为了能够更好地将项目保质保量的完成，需要多部门协同合作，所以协调性在建筑行业中的地位不容小觑。传统的工程协调工作往往是通过人与人之间简单的沟通完成的，这种沟通会出现沟通不到位、表达方与听众方理解不同等问题。而通过 BIM 技术形成的模型，能够从感官上使沟通双方在同一层次上，已达到更好的沟通。BIM 协调性能够帮助在建筑前期建模，减少各部门沟通问题；并能够通过软件将沟通的结果及时的进行整理与保存。通过 BIM的协调性特点，在整个工程的建筑期间对各个分区的设计、建筑、安装等都能够通过软件将其产生的数据、信息进行整理、分析成三维立体结构，使工作人员得以更好地沟通。
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2.2 VR 技术相关理论
VR 技术最早是在 1935 年由 S G Weinbaum 在其小说中第一次提出，在这本小说中，他提出了一种能够具有视觉、触觉及嗅觉等多感官体验的眼镜[31]。这个眼镜的提出被认作是史上第一次提出 VR 技术。随着近些年的科学家及研究者们的不断研究，VR 技术是如今应用较广泛的一种技术，早在 1993 年，HelSel 则对当时应用 VR 技术的 805 项研究作了统计：VR 技术应用的最多的领域是娱乐及教育方面，占 21.4%；另外在商业、军事、医学领域都有一定的应用。现如今随着科技的不断发展及 VR 技术的不断提升，VR 技术在上世纪 90 年代开始在建筑行业中也有了一定的应用地位。
2.2.1 VR 技术的定义
虚拟现实（Virtual Reality）技术，简称 VR 技术，是一种通过计算机技术，生成三维立体虚拟空间，该空间能够提供给观看者多感官的接触模拟体验，令人有身临其境的感觉，并能够在这个三维空间中通过观看者的移动等让人对空间进行一定的虚拟改变，以此令观看者对这个虚拟空间在意识层面对其真实性认知[32]。
1.VR 技术的分类
一般情况下，可以将 VR 系统可以分为三类：
（1）封闭式虚拟现实。这种封闭式虚拟现实是在通过 VR 技术创建出一个虚拟空间后，该空间与外界的真实环境没有交互作用。这种类型的环境由于其自身的独立性，所以可以任意虚构。这种封闭式虚拟现实一般应用于验证某一中假设猜想中，其可以根据不同的大胆猜想进行虚拟，以验证猜想的可行性。
（2）开放式虚拟现实。这种开放式虚拟现实是将创造出来的空间与外界真实空间相融合。是通过虚拟环境对现实环境操作及在创造。这种虚拟现实一般应用于现实环境中可能出现危险、不能到达等地方的勘测、改造环境中。其通过自身的虚拟特点能够帮助使用人员减少由于不能触及所可能造成的危险和失误。
（3）混合虚拟现实。这种虚拟现实是结合了前两种虚拟现实的特点，创造出的新的虚拟现实系统。
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第 3 章 基于“BIM+VR”技术的改造方案设计建模 ...................... 23
3.2 Revit 绘制建筑信息模型流程 ...................... 27
第 4 章 基于 AHP 法的既有建筑改造方案比选 ......................... 39
4.1 AHP 法的介绍 ................................. 39
4.2 AHP 法的操作步骤 ................................. 39
第 5 章 案例分析 .............................. 51
5.1 项目概况 ..................................... 51
5.2 基于 Revit 的改造方案建模 ........................ 51
第 5 章 案例分析
5.1 项目概况
经过笔者前期调研，发现在北京市昌平区景区附近，存在大量规模或大或小从事接待旅游团的山庄，每个山庄的基础设施均已老旧。通过实地调研，在与山庄的实际拥有人交流中发现，他们也有转变经营理念的想法，从原有从事低端旅游团接待向高品质旅游接待转变。由于山庄众多且分散，本文以一个小规模急需改造的山庄入手，以小见大，为各个山庄所有人改造山庄提供一个可行的方案。
被改造山庄位于十三陵景区附近。包含一个“L”型的主体建筑，用于住宿，共两层，每层高 3.3m。以及一排一层的附属用房，用于活动，开会等。结构体系为砖混结构，基础为钢筋混凝土带形基础。
首先根据 Revit 建模流程，根据山庄的实际数据在 Revit 中绘制出模型。具体建模过程如下图：
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第 6 章 结论与展望
6.1 结论
随着社会的不断的发展，我国既有建筑的数量不断增多，这些建筑中一大部分急需要进行改造或重建，在传统重建工程中往往会造成资源浪费（既有资源并没有损坏）、对环境造成污染（对既有建筑拆除会产生粉尘等）及对人力资源等的浪费。所以，在既有建筑的改造工程中如何能够避免资源浪费、减少对环境的污的同时还能够提高建筑时间是大多数改造工程亟待解决的问题。
本文通过对将 BIM 技术、VR 技术结合于既有建筑的改造工程的方案的设计当中的理论进行研究，结合北京市昌平区附近存在的亟待改造的旅游山庄改造工程项目，通过 BIM 技术和 VR 技术相结合进行改造工程设计工作，并通过 AHP 法对三个改造设计方案进行比选工作。对科学有效地进行设计方案的选择进行应用研究。得出以下结论：
（1）本文通过对 BIM 技术的研究得出，
BIM 技术具有高效性、协调性等特点，通过 BIM 技术在建筑工程中的应用能够提高设计的工期，并能将整个工程中的数据进行整合，对既有建筑改造工程提供了最大化的便利。另外 BIM 技术中的渲染工作对建筑结构信息模型的生成工作能够较真实的体现建筑的真实情况，为设计者对了解既有建筑的本身有一定帮助。
（2）本文中通过在 BIM 技术的基础上加入 VR 虚拟技术，将在 BIM 技术的加持下进行设计的改造方案通过 VR 技术进行虚拟展示，将设计师所想、所设计的内容通过虚拟模型技术进行多维动画的展现，以此达到体验者进入“所见及所得”的情景当中。加强了设计者与用户间的交流，最大程度的降低了人们在对方案理解上的偏差。
（3）在通过 BIM 技术进行设计的方案中，本文基于 AHP 法将设计出来的方案进行方案的比选。首先，建立了符合业主要求的改造设计方案评价指标体系。在构建体系标准时，学习了相关的专业知识，如建筑美学、景观设计、生态心理学、风水理论研究、装饰装修及设计风格等，并阅读大量的相关文献书籍以及标准规范。其次，基于层次分析确定既有建筑改造方案的评价指标权重。最后，通过专家的打分结果，结合各指标的权重，计算出各方案的总分数，对最终得分进行排序，进而选出最优方案。
参考文献（略）