本篇內容將探討如何將 GPU 技術應用于詳細設計階段，協同方式下 BIM 正向設計工作流、實時可視化、虛擬現實等。

隨著設計初具規模，BIM 流程開始發揮作用。建筑師和工程師在 3D 環境中協同工作，通過沖突檢測調整設計，實時可視化，并使用先進的 GPU 加速模擬環境仿真來幫助及優化，以設計為中心的可持續建筑設計。

簡介

建筑、工程、施工和運營（AECO）行業在協作方面不斷面臨巨大挑戰，尤其是在設計開發階段。遠程工作的團隊在使用多個應用時必須經常克服障礙。當他們與聲學、照明、可視化、制造、MEP 等不同領域的專家合作時，他們面臨的障礙變得更具挑戰性。

需要有效合作的不僅僅是地區辦事處和全球辦事處。隨著工作的靈活性，公司還需要優化工作流，以連接居家辦公的建筑師、工程師和設計師。

在設計開發階段，大多數工作流以建筑物信息建模（BIM）為中心，使用 Autodesk Revit、Graphisoft Archicad、Allplan 和 Bentley MicroStation 等軟件。模型在幾何圖形和底層對象數據方面的復雜性持續增長，這對 BIM 流程非常重要。隨著 AECO 行業在可持續發展和模塊化及預制施工方面面臨新挑戰，這一上升趨勢將一直延續到未來。

應對這種協作式數據挑戰的可靠解決方案是集中存儲所有項目數據以及功能強大的 GPU 加速虛擬工作站，并遠程訪問所有內容。

借助NVIDIA RTX 虛擬工作站（RTX vWS）軟件，AECO 公司的虛擬機具有靈活性，而物理工作站具有強大功能和性能，可處理大型 3D 數據集。通過這種組合，公司能夠在團隊和工作流發生變化時動態分配計算資源。

NVIDIA RTX vWS 還通過NVIDIA CloudXR技術將數據串流到獨立頭顯設備，從而在多臺顯示器上以更高分辨率實現高級可視化，以及虛擬現實（VR）和增強現實（AR）。

當然，部分用戶仍需輕松利用強大功能。如今，輕薄型移動工作站由 NVIDIA RTX 專業 GPU 加速，可讓建筑師和工程師在任何位置開展工作，提供媲美大多數桌面工作站的出色圖形性能級別。

桌面工作站、移動工作站和虛擬工作站還可增強高級可視化工作流，包括能夠準確模擬光線行為的實時光線追蹤。因此，建筑師可以在建筑建成之前就構建逼真的效果場景。通過在整個設計流程中使用可視化和仿真，建筑師和客戶能夠在重大修改帶來的過高成本投入之前做出更明智的決策，從而為所有人提供更高質量的構建環境。

簡化協作式 BIM 工作流

AECO 公司面臨的主要挑戰之一是如何使項目團隊有效合作，特別是跨地域合作。大型企業通常擁有全球團隊，但即使是中小型公司也需要在不同地點之間開展協作。這可能涉及與衛星辦公室、專家顧問或施工現場的承包商合作。

新冠肺炎（COVID-19）疫情對 AECO 公司的運作方式產生了重大影響。它加速了靈活工作的趨勢。現在，許多 AECO 公司擁有內置的數字恢復能力，無論是現在還是將來出現中斷，整個團隊都能夠在家工作。分布式協作的復雜性很大程度上與數據有關。BIM 創作工具（例如 Autodesk Revit）生成的模型通常非常龐大，有時高達千兆字節。現實捕獲數據集（包括捕獲整個站點或建筑物的激光點云）可能更大。

不斷地在不同地點之間移動大量的數據集，以使用桌面工作站或移動工作站進行本地處理，這是不現實的。從服務器下載文件可能需要很長時間（上傳文件甚至需要更長的時間），這意味著建筑師可能需要更多時間等待而不是工作。此外，文件交換工作流容易出錯，包括同步問題或多個貢獻者處理過期的修訂。

分布式團隊應對數據挑戰的一種強大而有效的方法是，通過虛擬桌面架構（VDI）解決方案。在這里，所有項目數據都存儲在云或本地的安全、受控的數據中心環境中，以及遠程訪問的強大虛擬工作站。只有像素串流到終端設備，因此團隊可以完全控制誰有權訪問什么，以及何時訪問。數據和知識產權（IP）保持安全。

其他優勢包括恢復能力、業務連續性和災難恢復。虛擬桌面架構應用廣泛，但為了在使用交互式 3D CAD、BIM、可視化和其他要求苛刻的 AECO 應用時提供良好的用戶體驗，需要使用多個重要組件。其中包括NVIDIA 數據中心 GPU和 NVIDIA RTX 虛擬工作站軟件（RTX vWS）。

NVIDIA RTX vWS 與大多數其他虛擬桌面架構技術不同，區別在于它專為處理圖形密集型 3D 工作流而設計。由于所有圖形處理都在具有 NVIDIA GPU 的強大虛擬工作站的數據中心內完成，因此終端設備的功耗可能相對較低。標準辦公筆記本電腦、家用 PC 甚至手持平板電腦已經足夠了。這為員工提供了靈活性，使建筑師、工程師和施工專業人員能夠隨時隨地通過互聯網連接開展工作，并在本地或異地進行實時協作。

這種靈活性使員工能夠更輕松地居家辦公，從而提高工作效率和生活質量。無需在辦公室呆到很晚或周末來完成工作。

NVIDIA RTX vWS 為遍布各地的團隊帶來巨大優勢。它還為在一個辦公室內本地工作的員工帶來了重要的好處。即使跨局域網（LAN）傳輸大型數據集也可能很慢。而借助 NVIDIA RTX vWS，可以立即開始工作。還有許多其他工作效率方面的優勢。例如，在位于印第安納波利斯的建筑公司 Browning Day Mullins Dierdorf （BDMD），虛擬工作站的使用意味著設計師和建筑師可以在辦公室中四處移動以開展協作，并在需要的地方（甚至在會議中）在完整的 3D 建模環境中開展工作。

該公司的 NVIDIA RTX vWS 解決方案也改變了員工的工作方式。例如，在過去，園林建筑師必須在會議期間做筆記，更新模型，并在漫長的來回過程中迭代。現在，他們可以直接與工程師一起工作，把筆記本電腦拿到工程師的辦公桌上，一起進行更改。

NVIDIA RTX vWS 不限于以 BIM 為中心的工作流。利用高度可擴展的 GPU 資源，它還擴展到設計可視化。借助NVIDIA Omniverse Enterprise（一個用于實時協作和逼真仿真的開放平臺），團隊可以使用其選擇的建筑建模工具開展工作，同時在以逼真質量渲染的共享場景上開展協作。

可視化：實時決策

建筑師和建筑可視化專家現在可以使用大量可視化工具。隨著 GPU 技術的巨大進步，人們越來越重視實時可視化。軟件包括 Enscape、Lumion、Twinmotion、虛幻引擎、Chaos Vantage 和 Chaos V-Ray（通過 V-Ray Vision）。

GPU 加速渲染以遠超以往的速度提供逼真的渲染效果，從而改變設計流程。當以較低保真度的視覺風格進行渲染時，它會顯示設計模型中可能不明顯的細節。它可用于快速評估建筑物的各個方面，如立面或夾層地板，同時根據準確的照明工程學會（IES）數據研究與材質、表面處理、涂料和人工照明相關的重要細節。此外，它還可以讓建筑師清楚地了解一天和一年中不同時間的采光和陰影。最后，它讓建筑師能夠更好地了解建筑在現實世界中的外觀和功能，并與包括客戶在內的廣泛利益相關者進行更有效的溝通。

實時提供結果可顯著加速建筑工作流。使用實時可視化工具與主流的 BIM 創作工具（如 Graphisoft Archicad、Autodesk Revit 和Bentley Systems OpenBuildings Designer）的實時鏈接，意味著將逼真的可視化直接引入到設計流程中。

借助 McNeel Rhino 或 Trimble SketchUp 迭代構思，建筑師可以即時查看每個設計決策的影響。借助 GPU 助力的實時渲染工具（例如 Chaos Vantage 和雙顯示器），設計師可以在一個屏幕上編輯和調整設計模型，同時在另一個屏幕上實時查看結果。保持設計師的創意流程有助于他們加快設計迭代。同時，可以將模型與周圍的建筑、人員、車輛、植被和其他隨行人員一起生動呈現，從而提供真實世界的環境。在現實世界環境中，建筑師可以可視化其真實愿景，并改善與利益相關者的溝通。

借助 NVIDIA Omniverse Enterprise，可視化和仿真工作流在真正協作且物理屬性準確的環境中達到新的水平。數據基于 Pixar 的 USD 開源格式構建，可從多個軟件（包括 Revit、3ds Max、Rhino 和 SketchUp）串流到作為一個事實來源的共享 Omniverse 場景中。

高性能NVIDIA RTX GPU在提供出色的實時體驗方面發揮著重要作用。建筑師在高分辨率下流暢地在視覺效果豐富的大型模型中漫游。隨著場景復雜性的增加和高質量紋理的渲染，大量的 GPU 顯存有助于確保充分交互。

NVIDIA RTX 不僅能提供出色的 3D 性能。新一代NVIDIA RTX Ampere 專業 GPU集實時光線追蹤、人工智能（AI）、仿真和光柵化于一身，可顯著加速渲染工作流。

借助NVIDIA 深度學習超級采樣（DLSS），可以較低分辨率渲染 Enscape 等應用中的交互式場景，而 RTX GPU 中的專用 Tensor Core 可使用 AI 和機器學習（ML）技術“升級”圖像。這可顯著提高實時性能，尤其是在更高的分辨率下，并且在渲染視頻時可以節省大量時間。

NVIDIA RTX GPU 還借助實時光線追蹤將渲染質量提升至更高水平。專用 RT Core 以更高效率執行硬件光線追蹤操作。通過模擬光線及其照射到物體表面時的反應，建筑師不再需要在視覺質量上做出妥協。借助 NVIDIA RTX，用戶只需單擊按鈕即可體驗物理屬性準確的反射和漫反射、間接照明，從而在 Enscape 等軟件中實現更逼真的可視化效果，并更好地了解設計決策的影響。

通過利用 RT Core 和 NVIDIA 基于 AI 的降噪算法，NVIDIA RTX GPU 還可在先進的逼真渲染器 Chaos V-Ray 或 Omniverse RTX 渲染器中快速地加速光線追蹤。插件可用于一系列軟件，包括 Autodesk 3ds Max、Autodesk Revit、Graphisoft Archicad 和 McNeel & Associates Rhino。

Chaos Vantage 使用 NVIDIA RTX 技術，允許用戶在 100% 的光線追蹤環境中實時探索和操作 V-Ray 場景，使用基于物理性質的光線、材質和全局照明來獲得最逼真的結果。

Omniverse RTX 渲染器是基于 NVIDIA RTX 技術專門構建的，使團隊能夠跨多 GPU 部署擴展物理屬性準確的實時可視化。它還使團隊能夠在實時光線追蹤、交互式路徑追蹤和準確的 NVIDIA Iray 渲染模式之間進行切換，以獲得出色的靈活性。

擴展現實：AR、MR、VR

在概念階段，虛擬現實（VR）主要用于通過相對簡單的幾何圖形快速探索設計理念。它主要讓建筑師欣賞比例和規模。隨著項目進入設計開發階段，更多細節也已得到填補，VR 的作用也顯著增加。

它在設計驗證中起著非常重要的作用，使建筑師能夠更真實、沉浸式體驗詳細的室內外環境。可以評估從夾層樓上觀看的景色，評估中庭的視覺影響，也可以真實體驗光線在一天中的不同時間照進建筑物的情況。

借助 Enscape 和 Twinmotion 等建筑可視化軟件，建筑師只需按下按鈕，即可在桌面 BIM 創作工具和 VR 之間快速移動。這可能是一個迭代過程。有些 VR 頭盔（如 VIVE Cosmos Elite）甚至還帶有翻蓋式面罩，使過渡更加順暢。

VR 可以對工作站的 GPU 提出巨大需求，而功能強大的 NVIDIA RTX GPU 可提供出色體驗。模型大小、模型復雜性、材質和照明都對性能產生影響，VR 頭盔中顯示器的分辨率也會受到影響。更高的分辨率意味著需要渲染的像素更多。

超高端 NVIDIA RTX GPU 擁有強大的處理和內存容量，能夠處理要求嚴苛的數據集，并允許將渲染質量設置設為高，因此用戶可獲得視覺上豐富而順暢的 VR 體驗。

性能不僅僅取決于原始處理。此外，還可以通過軟件進行增強。例如，NVIDIA DLSS 允許以較低分辨率處理交互式 VR 場景，然后與 NVIDIA RTX GPU 中的專用 Tensor Core 配合使用，以“升級”圖像。

例如，在 Enscape 中，DLSS 技術可顯著提高幀率。使用 VR 頭盔時，用戶的性能提升超過 60%。

VR 并不一定是一種個人體驗；使用它進行團隊評審會帶來巨大的好處。它可改善設計意圖的溝通，并有助于在設計流程中更早地解決問題。包括 The Wild、Resolve、Trezi、VREX 等在內的工具專為協作式 VR 而打造，可連接全球各地的團隊。

Oculus Quest 2 和 HTC VIVE Focus 3 等獨立頭顯設備越來越受建筑師的歡迎，因為它們易于設置，無需與功能強大的工作站進行物理連接。但是，如果在頭顯設備的本地集成處理器上完成圖形處理，性能可能會受到限制。

NVIDIA CloudXR 有助于確保 VR 體驗不會受到損害。所有 GPU 渲染均在服務器上遠程完成，而不是簡化幾何圖形和紋理，以便集成處理器能夠應對。然后，CloudXR 會將數據串流到頭顯設備，因此用戶可以獲得高質量的體驗，就像直接連接到本地工作站一樣。

CloudXR 還可擴展到增強現實（AR）。隨著設計辦公室和施工現場連接的日益緊密，數據可以實時串流到設備（例如 Nreal 眼鏡或手持設備），這樣工作人員就可以在現場的真實環境中可視化新的設計修訂。

現實數據也可以兩全其美。借助 Varjo Reality Cloud，施工現場工作人員可以使用 Varjo XR-3 MR 頭顯設備實時 3D 掃描周圍環境，然后將其他人即時傳輸到同樣表示現實的地方，以獲得協作式沉浸體驗。

助力利益相關者

許多 AECO 專業人員的工作流以 BIM 編輯建模工具為中心。合作伙伴/負責人、所有者和項目經理只需查看和訪問 3D 模型和數據即可。這可用于設計評審、問題解決、沖突檢測、項目跟蹤、模型驗證、4D 調度等。

要有效處理復雜的多學科 BIM 模型，需要配備 GPU 加速和大容量內存的工作站。規格通常遠高于標準的商務筆記本電腦或 PC，并且在使用對視覺質量十分重視的軟件時甚至更高。例如，在 Fuzor 和 Unity Reflect 中，GPU 加速允許使用更逼真的材質和照明實時渲染模型，從而增強通信并保持對重要 BIM 數據的即時訪問。同時，4D 施工規劃工具 Bentley Systems SYNCHRO 4D 利用 NVIDIA 基于物理效果的渲染技術 Iray 渲染靜態和動畫。

無論擴展團隊對圖形的要求如何，NVIDIA RTX vWS 軟件都有助于確保所有項目參與者都能通過設備按需訪問強大的 GPU 加速虛擬工作站。例如，平板電腦在施工現場越來越受歡迎，但缺乏 GPU 加速工作站的處理能力和容量。借助基于 NVIDIA RTX 技術構建的NVIDIA CloudXR，建筑專業人員可以使用平板電腦直接通過 5G 和 Wi-Fi 網絡訪問功能強大的虛擬工作站。

設計優化

仿真曾經是專家的專利，但現在越來越多的建筑師和工程師也可以使用。它可以在整個設計流程中使用，用于測試和評估建筑物在現實世界條件下的表現。優化的性能和降低的成本是既定優勢，但重要的是，它有助于減少建筑物對環境的影響。隨著該行業力爭到 2050 年實現凈零構建環境，這一點將變得越來越重要。

仿真變得更加適合用戶，隨著 NVIDIA 專業 GPU 加速了基于物理的現代求解器，結果的交付速度大大加快。

SimScale 等應用鼓勵建筑師和工程師迭代更多內容，并更快地做出設計決策，而不是簡單地使用仿真來驗證設計。

仿真在 AECO 中的應用非常廣泛。例如，計算流體動力學（CFD）可用于更好地了解建筑物內部和周圍氣流的影響。

從外部來看，建筑圍護結構和立面可以進行優化，以減少風荷載，盡量降低不必要的空氣動力影響，增加行人舒適度。在建筑物內部，CFD 仿真有助于減少太陽能熱量增加，并支持 AECO 團隊開發有效的通風策略來改善空氣質量。

通過與供暖、通風和空調（HVAC）專家密切合作，項目團隊可以提供受控環境，以更大限度地提高乘客的健康和舒適度，降低能源成本并更大限度地減少碳排放量。

與現實保持一致

雖然大部分詳細設計階段都圍繞 CAD 或 BIM 數據展開，但 AECO 部門對現實建模的使用在大幅增加。激光點云和真實網格模型為改造項目、施工驗證或為數字孿生奠定基礎提供了重要環境。

現實建模不僅僅適用于工程工作流。它越來越多地用于實時可視化，為 AECO 項目提供重要的視覺環境，并改善溝通和理解。

數據捕獲速度至關重要。手持 SLAM（同步定位和地圖繪制）設備或安裝在帶輪子的三腳架上的激光掃描儀可快速加速這一流程。此外，還可以使用安裝在機器人上的攝像頭或激光掃描儀的無人機自動捕獲數據。

然后，需要快速處理龐大的數據集。例如，借助攝影測量軟件 Bentley Systems ContextCapture，無人機拍攝的數千張照片或視頻由 NVIDIA RTX GPU 快速處理，以創建維度準確的真實網格模型。

NVIDIA RTX GPU 還支持實時可視化激光點云和真實網格模型。借助激光點云軟件 FARO SCENE、協作式 Omniverse Enterprise 工作流中的實時 3D 創建工具“虛幻引擎”等應用，功能強大的 GPU 甚至可在 VR 中提供流暢的體驗。

為各種規模的公司改進設計工作流

建筑的設計發展階段在短時間內取得了長足發展。3D 模型現在是項目的關鍵部分，充當高級數字工作流的中心。從 BIM、可視化和 VR，到仿真、現實建模和設計/評審，NVIDIA RTX 桌面和移動 GPU 在快速加速設計流程方面發揮著重要作用。過去需要數小時或數天的工作，現在只需幾秒鐘就能完成，因為建筑師根據對美學、性能、成本和環境影響的寶貴見解，做出了明智決策。

但設計開發是一個高度協作的過程。借助 NVIDIA Omniverse Enterprise，分布在各地的團隊能夠在物理屬性準確的視覺環境中實時協作。

此外，借助 NVIDIA RTX 虛擬工作站，軟件團隊現在可以使用許多不同的應用在許多不同地點進行連接。

該技術可在需要時按需提供更高水平的圖形處理，而團隊則確信，即使設計進展速度驚人，每個人都在同一頁面上。

審核編輯：湯梓紅