先进技术推动建筑设计的发展之设计开发

本篇内容将探讨如何将 GPU 技术应用于详细设计阶段，协同方式下 BIM 正向设计工作流、实时可视化、虚拟现实等。

随着设计初具规模，BIM 流程开始发挥作用。建筑师和工程师在 3D 环境中协同工作，通过冲突检测调整设计，实时可视化，并使用先进的 GPU 加速模拟环境仿真来帮助及优化，以设计为中心的可持续建筑设计。

简介

建筑、工程、施工和运营（AECO）行业在协作方面不断面临巨大挑战，尤其是在设计开发阶段。远程工作的团队在使用多个应用时必须经常克服障碍。当他们与声学、照明、可视化、制造、MEP 等不同领域的专家合作时，他们面临的障碍变得更具挑战性。

需要有效合作的不仅仅是地区办事处和全球办事处。随着工作的灵活性，公司还需要优化工作流，以连接居家办公的建筑师、工程师和设计师。

在设计开发阶段，大多数工作流以建筑物信息建模（BIM）为中心，使用 Autodesk Revit、Graphisoft Archicad、Allplan 和 Bentley MicroStation 等软件。模型在几何图形和底层对象数据方面的复杂性持续增长，这对 BIM 流程非常重要。随着 AECO 行业在可持续发展和模块化及预制施工方面面临新挑战，这一上升趋势将一直延续到未来。

应对这种协作式数据挑战的可靠解决方案是集中存储所有项目数据以及功能强大的 GPU 加速虚拟工作站，并远程访问所有内容。

借助NVIDIA RTX 虚拟工作站（RTX vWS）软件，AECO 公司的虚拟机具有灵活性，而物理工作站具有强大功能和性能，可处理大型 3D 数据集。通过这种组合，公司能够在团队和工作流发生变化时动态分配计算资源。

NVIDIA RTX vWS 还通过NVIDIA CloudXR技术将数据串流到独立头显设备，从而在多台显示器上以更高分辨率实现高级可视化，以及虚拟现实（VR）和增强现实（AR）。

当然，部分用户仍需轻松利用强大功能。如今，轻薄型移动工作站由 NVIDIA RTX 专业 GPU 加速，可让建筑师和工程师在任何位置开展工作，提供媲美大多数桌面工作站的出色图形性能级别。

桌面工作站、移动工作站和虚拟工作站还可增强高级可视化工作流，包括能够准确模拟光线行为的实时光线追踪。因此，建筑师可以在建筑建成之前就构建逼真的效果场景。通过在整个设计流程中使用可视化和仿真，建筑师和客户能够在重大修改带来的过高成本投入之前做出更明智的决策，从而为所有人提供更高质量的构建环境。

简化协作式 BIM 工作流

AECO 公司面临的主要挑战之一是如何使项目团队有效合作，特别是跨地域合作。大型企业通常拥有全球团队，但即使是中小型公司也需要在不同地点之间开展协作。这可能涉及与卫星办公室、专家顾问或施工现场的承包商合作。

新冠肺炎（COVID-19）疫情对 AECO 公司的运作方式产生了重大影响。它加速了灵活工作的趋势。现在，许多 AECO 公司拥有内置的数字恢复能力，无论是现在还是将来出现中断，整个团队都能够在家工作。分布式协作的复杂性很大程度上与数据有关。BIM 创作工具（例如 Autodesk Revit）生成的模型通常非常庞大，有时高达千兆字节。现实捕获数据集（包括捕获整个站点或建筑物的激光点云）可能更大。

不断地在不同地点之间移动大量的数据集，以使用桌面工作站或移动工作站进行本地处理，这是不现实的。从服务器下载文件可能需要很长时间（上传文件甚至需要更长的时间），这意味着建筑师可能需要更多时间等待而不是工作。此外，文件交换工作流容易出错，包括同步问题或多个贡献者处理过期的修订。

分布式团队应对数据挑战的一种强大而有效的方法是，通过虚拟桌面架构（VDI）解决方案。在这里，所有项目数据都存储在云或本地的安全、受控的数据中心环境中，以及远程访问的强大虚拟工作站。只有像素串流到终端设备，因此团队可以完全控制谁有权访问什么，以及何时访问。数据和知识产权（IP）保持安全。

其他优势包括恢复能力、业务连续性和灾难恢复。虚拟桌面架构应用广泛，但为了在使用交互式 3D CAD、BIM、可视化和其他要求苛刻的 AECO 应用时提供良好的用户体验，需要使用多个重要组件。其中包括NVIDIA 数据中心 GPU和 NVIDIA RTX 虚拟工作站软件（RTX vWS）。

NVIDIA RTX vWS 与大多数其他虚拟桌面架构技术不同，区别在于它专为处理图形密集型 3D 工作流而设计。由于所有图形处理都在具有 NVIDIA GPU 的强大虚拟工作站的数据中心内完成，因此终端设备的功耗可能相对较低。标准办公笔记本电脑、家用 PC 甚至手持平板电脑已经足够了。这为员工提供了灵活性，使建筑师、工程师和施工专业人员能够随时随地通过互联网连接开展工作，并在本地或异地进行实时协作。

这种灵活性使员工能够更轻松地居家办公，从而提高工作效率和生活质量。无需在办公室呆到很晚或周末来完成工作。

NVIDIA RTX vWS 为遍布各地的团队带来巨大优势。它还为在一个办公室内本地工作的员工带来了重要的好处。即使跨局域网（LAN）传输大型数据集也可能很慢。而借助 NVIDIA RTX vWS，可以立即开始工作。还有许多其他工作效率方面的优势。例如，在位于印第安纳波利斯的建筑公司 Browning Day Mullins Dierdorf （BDMD），虚拟工作站的使用意味着设计师和建筑师可以在办公室中四处移动以开展协作，并在需要的地方（甚至在会议中）在完整的 3D 建模环境中开展工作。

该公司的 NVIDIA RTX vWS 解决方案也改变了员工的工作方式。例如，在过去，园林建筑师必须在会议期间做笔记，更新模型，并在漫长的来回过程中迭代。现在，他们可以直接与工程师一起工作，把笔记本电脑拿到工程师的办公桌上，一起进行更改。

NVIDIA RTX vWS 不限于以 BIM 为中心的工作流。利用高度可扩展的 GPU 资源，它还扩展到设计可视化。借助NVIDIA Omniverse Enterprise（一个用于实时协作和逼真仿真的开放平台），团队可以使用其选择的建筑建模工具开展工作，同时在以逼真质量渲染的共享场景上开展协作。

可视化：实时决策

建筑师和建筑可视化专家现在可以使用大量可视化工具。随着 GPU 技术的巨大进步，人们越来越重视实时可视化。软件包括 Enscape、Lumion、Twinmotion、虚幻引擎、Chaos Vantage 和 Chaos V-Ray（通过 V-Ray Vision）。

GPU 加速渲染以远超以往的速度提供逼真的渲染效果，从而改变设计流程。当以较低保真度的视觉风格进行渲染时，它会显示设计模型中可能不明显的细节。它可用于快速评估建筑物的各个方面，如立面或夹层地板，同时根据准确的照明工程学会（IES）数据研究与材质、表面处理、涂料和人工照明相关的重要细节。此外，它还可以让建筑师清楚地了解一天和一年中不同时间的采光和阴影。最后，它让建筑师能够更好地了解建筑在现实世界中的外观和功能，并与包括客户在内的广泛利益相关者进行更有效的沟通。

实时提供结果可显著加速建筑工作流。使用实时可视化工具与主流的 BIM 创作工具（如 Graphisoft Archicad、Autodesk Revit 和Bentley Systems OpenBuildings Designer）的实时链接，意味着将逼真的可视化直接引入到设计流程中。

借助 McNeel Rhino 或 Trimble SketchUp 迭代构思，建筑师可以即时查看每个设计决策的影响。借助 GPU 助力的实时渲染工具（例如 Chaos Vantage 和双显示器），设计师可以在一个屏幕上编辑和调整设计模型，同时在另一个屏幕上实时查看结果。保持设计师的创意流程有助于他们加快设计迭代。同时，可以将模型与周围的建筑、人员、车辆、植被和其他随行人员一起生动呈现，从而提供真实世界的环境。在现实世界环境中，建筑师可以可视化其真实愿景，并改善与利益相关者的沟通。

借助 NVIDIA Omniverse Enterprise，可视化和仿真工作流在真正协作且物理属性准确的环境中达到新的水平。数据基于 Pixar 的 USD 开源格式构建，可从多个软件（包括 Revit、3ds Max、Rhino 和 SketchUp）串流到作为一个事实来源的共享 Omniverse 场景中。

高性能NVIDIA RTX GPU在提供出色的实时体验方面发挥着重要作用。建筑师在高分辨率下流畅地在视觉效果丰富的大型模型中漫游。随着场景复杂性的增加和高质量纹理的渲染，大量的 GPU 显存有助于确保充分交互。

NVIDIA RTX 不仅能提供出色的 3D 性能。新一代NVIDIA RTX Ampere 专业 GPU集实时光线追踪、人工智能（AI）、仿真和光栅化于一身，可显著加速渲染工作流。

借助NVIDIA 深度学习超级采样（DLSS），可以较低分辨率渲染 Enscape 等应用中的交互式场景，而 RTX GPU 中的专用 Tensor Core 可使用 AI 和机器学习（ML）技术“升级”图像。这可显著提高实时性能，尤其是在更高的分辨率下，并且在渲染视频时可以节省大量时间。

NVIDIA RTX GPU 还借助实时光线追踪将渲染质量提升至更高水平。专用 RT Core 以更高效率执行硬件光线追踪操作。通过模拟光线及其照射到物体表面时的反应，建筑师不再需要在视觉质量上做出妥协。借助 NVIDIA RTX，用户只需单击按钮即可体验物理属性准确的反射和漫反射、间接照明，从而在 Enscape 等软件中实现更逼真的可视化效果，并更好地了解设计决策的影响。

通过利用 RT Core 和 NVIDIA 基于 AI 的降噪算法，NVIDIA RTX GPU 还可在先进的逼真渲染器 Chaos V-Ray 或 Omniverse RTX 渲染器中快速地加速光线追踪。插件可用于一系列软件，包括 Autodesk 3ds Max、Autodesk Revit、Graphisoft Archicad 和 McNeel & Associates Rhino。

Chaos Vantage 使用 NVIDIA RTX 技术，允许用户在 100% 的光线追踪环境中实时探索和操作 V-Ray 场景，使用基于物理性质的光线、材质和全局照明来获得最逼真的结果。

Omniverse RTX 渲染器是基于 NVIDIA RTX 技术专门构建的，使团队能够跨多 GPU 部署扩展物理属性准确的实时可视化。它还使团队能够在实时光线追踪、交互式路径追踪和准确的 NVIDIA Iray 渲染模式之间进行切换，以获得出色的灵活性。

扩展现实：AR、MR、VR

在概念阶段，虚拟现实（VR）主要用于通过相对简单的几何图形快速探索设计理念。它主要让建筑师欣赏比例和规模。随着项目进入设计开发阶段，更多细节也已得到填补，VR 的作用也显著增加。

它在设计验证中起着非常重要的作用，使建筑师能够更真实、沉浸式体验详细的室内外环境。可以评估从夹层楼上观看的景色，评估中庭的视觉影响，也可以真实体验光线在一天中的不同时间照进建筑物的情况。

借助 Enscape 和 Twinmotion 等建筑可视化软件，建筑师只需按下按钮，即可在桌面 BIM 创作工具和 VR 之间快速移动。这可能是一个迭代过程。有些 VR 头盔（如 VIVE Cosmos Elite）甚至还带有翻盖式面罩，使过渡更加顺畅。

VR 可以对工作站的 GPU 提出巨大需求，而功能强大的 NVIDIA RTX GPU 可提供出色体验。模型大小、模型复杂性、材质和照明都对性能产生影响，VR 头盔中显示器的分辨率也会受到影响。更高的分辨率意味着需要渲染的像素更多。

超高端 NVIDIA RTX GPU 拥有强大的处理和内存容量，能够处理要求严苛的数据集，并允许将渲染质量设置设为高，因此用户可获得视觉上丰富而顺畅的 VR 体验。

性能不仅仅取决于原始处理。此外，还可以通过软件进行增强。例如，NVIDIA DLSS 允许以较低分辨率处理交互式 VR 场景，然后与 NVIDIA RTX GPU 中的专用 Tensor Core 配合使用，以“升级”图像。

例如，在 Enscape 中，DLSS 技术可显著提高帧率。使用 VR 头盔时，用户的性能提升超过 60%。

VR 并不一定是一种个人体验；使用它进行团队评审会带来巨大的好处。它可改善设计意图的沟通，并有助于在设计流程中更早地解决问题。包括 The Wild、Resolve、Trezi、VREX 等在内的工具专为协作式 VR 而打造，可连接全球各地的团队。

Oculus Quest 2 和 HTC VIVE Focus 3 等独立头显设备越来越受建筑师的欢迎，因为它们易于设置，无需与功能强大的工作站进行物理连接。但是，如果在头显设备的本地集成处理器上完成图形处理，性能可能会受到限制。

NVIDIA CloudXR 有助于确保 VR 体验不会受到损害。所有 GPU 渲染均在服务器上远程完成，而不是简化几何图形和纹理，以便集成处理器能够应对。然后，CloudXR 会将数据串流到头显设备，因此用户可以获得高质量的体验，就像直接连接到本地工作站一样。

CloudXR 还可扩展到增强现实（AR）。随着设计办公室和施工现场连接的日益紧密，数据可以实时串流到设备（例如 Nreal 眼镜或手持设备），这样工作人员就可以在现场的真实环境中可视化新的设计修订。

现实数据也可以两全其美。借助 Varjo Reality Cloud，施工现场工作人员可以使用 Varjo XR-3 MR 头显设备实时 3D 扫描周围环境，然后将其他人即时传输到同样表示现实的地方，以获得协作式沉浸体验。

助力利益相关者

许多 AECO 专业人员的工作流以 BIM 编辑建模工具为中心。合作伙伴/负责人、所有者和项目经理只需查看和访问 3D 模型和数据即可。这可用于设计评审、问题解决、冲突检测、项目跟踪、模型验证、4D 调度等。

要有效处理复杂的多学科 BIM 模型，需要配备 GPU 加速和大容量内存的工作站。规格通常远高于标准的商务笔记本电脑或 PC，并且在使用对视觉质量十分重视的软件时甚至更高。例如，在 Fuzor 和 Unity Reflect 中，GPU 加速允许使用更逼真的材质和照明实时渲染模型，从而增强通信并保持对重要 BIM 数据的即时访问。同时，4D 施工规划工具 Bentley Systems SYNCHRO 4D 利用 NVIDIA 基于物理效果的渲染技术 Iray 渲染静态和动画。

无论扩展团队对图形的要求如何，NVIDIA RTX vWS 软件都有助于确保所有项目参与者都能通过设备按需访问强大的 GPU 加速虚拟工作站。例如，平板电脑在施工现场越来越受欢迎，但缺乏 GPU 加速工作站的处理能力和容量。借助基于 NVIDIA RTX 技术构建的NVIDIA CloudXR，建筑专业人员可以使用平板电脑直接通过 5G 和 Wi-Fi 网络访问功能强大的虚拟工作站。

设计优化

仿真曾经是专家的专利，但现在越来越多的建筑师和工程师也可以使用。它可以在整个设计流程中使用，用于测试和评估建筑物在现实世界条件下的表现。优化的性能和降低的成本是既定优势，但重要的是，它有助于减少建筑物对环境的影响。随着该行业力争到 2050 年实现净零构建环境，这一点将变得越来越重要。

仿真变得更加适合用户，随着 NVIDIA 专业 GPU 加速了基于物理的现代求解器，结果的交付速度大大加快。

SimScale 等应用鼓励建筑师和工程师迭代更多内容，并更快地做出设计决策，而不是简单地使用仿真来验证设计。

仿真在 AECO 中的应用非常广泛。例如，计算流体动力学（CFD）可用于更好地了解建筑物内部和周围气流的影响。

从外部来看，建筑围护结构和立面可以进行优化，以减少风荷载，尽量降低不必要的空气动力影响，增加行人舒适度。在建筑物内部，CFD 仿真有助于减少太阳能热量增加，并支持 AECO 团队开发有效的通风策略来改善空气质量。

通过与供暖、通风和空调（HVAC）专家密切合作，项目团队可以提供受控环境，以更大限度地提高乘客的健康和舒适度，降低能源成本并更大限度地减少碳排放量。

与现实保持一致

虽然大部分详细设计阶段都围绕 CAD 或 BIM 数据展开，但 AECO 部门对现实建模的使用在大幅增加。激光点云和真实网格模型为改造项目、施工验证或为数字孪生奠定基础提供了重要环境。

现实建模不仅仅适用于工程工作流。它越来越多地用于实时可视化，为 AECO 项目提供重要的视觉环境，并改善沟通和理解。

数据捕获速度至关重要。手持 SLAM（同步定位和地图绘制）设备或安装在带轮子的三脚架上的激光扫描仪可快速加速这一流程。此外，还可以使用安装在机器人上的摄像头或激光扫描仪的无人机自动捕获数据。

然后，需要快速处理庞大的数据集。例如，借助摄影测量软件 Bentley Systems ContextCapture，无人机拍摄的数千张照片或视频由 NVIDIA RTX GPU 快速处理，以创建维度准确的真实网格模型。

NVIDIA RTX GPU 还支持实时可视化激光点云和真实网格模型。借助激光点云软件 FARO SCENE、协作式 Omniverse Enterprise 工作流中的实时 3D 创建工具“虚幻引擎”等应用，功能强大的 GPU 甚至可在 VR 中提供流畅的体验。

为各种规模的公司改进设计工作流

建筑的设计发展阶段在短时间内取得了长足发展。3D 模型现在是项目的关键部分，充当高级数字工作流的中心。从 BIM、可视化和 VR，到仿真、现实建模和设计/评审，NVIDIA RTX 桌面和移动 GPU 在快速加速设计流程方面发挥着重要作用。过去需要数小时或数天的工作，现在只需几秒钟就能完成，因为建筑师根据对美学、性能、成本和环境影响的宝贵见解，做出了明智决策。

但设计开发是一个高度协作的过程。借助 NVIDIA Omniverse Enterprise，分布在各地的团队能够在物理属性准确的视觉环境中实时协作。

此外，借助 NVIDIA RTX 虚拟工作站，软件团队现在可以使用许多不同的应用在许多不同地点进行连接。

该技术可在需要时按需提供更高水平的图形处理，而团队则确信，即使设计进展速度惊人，每个人都在同一页面上。

审核编辑：汤梓红