BIM+AR智慧建造技術的應用研究

高展望，李榮榮，喬 洋，付煲云，吳 貝

(天津大學 仁愛學院，天津 301636)

1 BIM與AR的概述

1.1 BIM概述

建筑信息模型的過程是包括設計、生產、施工、裝修和管理五個部分。BIM是數字技術在AEC(Architec ture，Engineering Construction)行業中的直接表達。該系統的各種元件可以數字化的描述中，將所有信息都集中到三維模型上。在設計階段，運用BIM進行三維圖形的設計，專業協調和碰撞檢查，可以避免重復錄入。在施工階段，BIM輔助施工是為了深化設計或生成施工深化圖，可以提高總包管理和分包協調工作效率。

1.2 AR概述

AR廣泛應用多媒體、三維模型、實時跟蹤、注冊等技術手段。在建筑領域，增強現實允許施工人員、建筑師、開發人員和客戶在施工的任何階段查看三維建筑和內部設計，從而實現整個建筑的可視化。此外，AR技術還可以幫助識別錯誤和有問題的工作，從而防止在施工過程中遇到相同的問題。目前虛擬物體的生成主要體現在三維建模的基礎上，可以在三維建模的基礎上充分反映虛擬對象的現實，可以全方位和集體化將物體模型展示出來。

1.3 BIM+AR技術的功能特點

1)裝配式BIM+AR圖集：將傳統二維圖集制作為可視化的三維交互模型，并進行部分構件三維交底模擬，可以方便隱蔽工程的施工。

2)裝配式虛擬施工：基于3 D打印場地制作AR的虛擬施工過程(如市面常見的AR游戲)，顛覆傳統施工模擬。

3)裝配式BIM+AR現場施工：基于BIM模型坐標點，結合GIS(地理信息系統)，通過AR展示形式，在施工現場的相應坐標位置可以顯示1∶1建筑信息模型的比例。

4)統一的二維碼質量管理入口，本項目計劃研發的 BIM和 AR工程質量溯源系統，實現了二維碼是質量數據的呈現終端，方便工程管理者隨時查閱、更新、管理質量信息。

2 工程概況

某項目為辦公樓，規劃總建筑面積為89 500 m2，其中包括72 500 m2以上的地面面積和17 000 m2的地下面積，最大樓層數為12層，最大高度為64.18 m。為提高項目管理的信息化程度，項目以BIM應用為載體，引進增強現實技術(AR)合理利用BIM技術做好文明施工的規劃和實施。BIM工程技術與AR技術的結合，為施工過程中實現資源節約和消耗控制提供了技術支持。

3 BIM+AR技術在項目施工過程中的應用

3.1 查看施工做法

通過掃描二維碼進入定位漫游，查看幕墻復雜節點施工要點及構件信息。本項目中的龍骨大樣圖的三維模型見圖1，這是幕墻施工中一個非常重要的節點，因為其施工隱蔽，施工工序復雜，造型獨特，在實際施工中具有一定的困難。

圖1 龍骨大樣模型

利用BIM技術將二維圖紙轉換為三維模型，并將信息綜合到模型中，向專業施工人員展示并講解龍骨的施工工序和施工要點，可以準確、直觀地了解到此節點實際施工的所有相關信息。將制作好的施工流程視頻以二維碼的方式保存，并貼在相對應的位置，利用AR技術的專有設備掃描，便可體驗到實際施工的情景，便于施工人員快速確定施工方案。

3.2 運維管理

項目管理人員通過計算機、圖像處理軟件、傳感器等建立與真實環境相匹配的虛擬場景模型，通過特定設備體驗類似于真實環境的虛擬世界。本項目通過利用BIM技術和AR技術及時追蹤施工現場信息，合理給各部門分配工作。運維平臺可以讓各部門及時獲取項目進度信息和項目更改的最新信息，使各部門緊密聯系，進而保證工程準時完成。

3.3 碰撞檢測，管綜優化

傳統建筑行業項目從設計到施工，圖紙往往存在大量變更，且各個專業設計、施工都存在諸多難協調、不合理性，導致了總體成本增加。針對本項目實際情況：專業覆蓋面廣，管線排布復雜，專業交叉施工協調難度大，項目各參與方協調、配合困難；本文采用BIM+AR技術進行管綜優化設計。

1)設計階段：利用BIM技術將傳統的二維圖紙轉化為三維模型。通過建立模型的過程，對圖紙上出現的問題進行反饋并及時修改。模型建立完成后，通過REVIT進行碰撞檢測，利用AR技術測量判斷出具體的碰撞點，進行模型優化，避免在施工過程中出現返工或停工等情況。

2)碰撞檢測：碰撞檢查工作主要分成以下五個流程：①第一階段：土建和安裝每一個專業的模型提交；②第二階段：審查和修改模型，模型審查和編輯；③第三階段：系統后臺自動碰撞檢測并輸出報告，編寫并提供碰撞檢測報告；④第四階段：根據碰撞報告修改優化模型；⑤第五階段：重復上面的工作，直到沒有碰撞。

模型經過碰撞檢測后，發現結構柱和電氣橋架發生碰撞，根據建筑施工原則，槽式大跨距的電纜橋架由室外進入建筑物內時，橋架向外的坡度不得小于1/100；電纜橋架與用電設備交越時，其間的凈距不得小于0.5 m。預留間距，將結構柱和電氣橋架進行優化，如圖2。

(a)結構柱和電氣橋架碰撞

3)管綜優化：針對復雜機電管線進行的碰撞檢查，檢查的碰撞清單可以通過AR設備在視野的上下文列表中呈現，并針對特定位置進行過濾。在這個階段，通過使用BIM數據和AR設備找到問題，及時讓施工人員進行處理，使工程質量符合相關標準的要求。模型經過碰撞檢測后，發現給排水管道之間的碰撞，根據管綜優化標準規范：給水管道如果與排水或其他大管徑的自流管道交叉相碰時，上彎通過；給水管道如果與電線管交叉相碰時，下彎通過(見圖3)。

(a)管道碰撞

3.4 預留孔洞的檢查

經過碰撞檢查和優化之后，修改二維圖紙，確定預留孔洞的位置。利用BIM模型的可視化功能，模擬施工并確定施工方案。通過查看BIM模型可以確定預留孔洞的尺寸、位置，避免和其他工程產生沖突。引入AR技術，可以利用AR技術以1∶1的比例將模型顯示在施工現場的對應坐標，定位標高尺寸，在實際施工中準確標好給排水管預留洞的位置。檢查預留孔洞的結果如圖4所示。

(a)給排水管預留孔洞

3.5 施工階段

在BIM+AR技術在項目施工過程中的應用中，設計師能夠配戴AR設備以從二維圖紙提取施工的有關數據，在三維模型中找到相對應的信息，可以在現場準確的定位有問題的地方，并作出反饋進行及時更改，實現施工現場和模型的信息交互，避免在施工過程中出現錯誤，并制定合理工期和質量要求。

4 結 語

本項目將AR技術與BIM模型結合在一起，對土建、機電專業進行了管綜優化，在項目前期，通過BIM技術，提前找到設計圖中產生的錯誤并進行修改，避免在施工過程中出現返工或停工的情況。在施工期間，為施工人員提供了直觀的三維模型，利用AR技術可以讓其身臨其境，從而使施工人員高效保質的完成施工任務。在整個項目中，為管理人員提供了豐富的項目信息，便于各部門之間的協調和溝通，大大提高了管理效率。在未來，BIM技術與AR技術的結合會在建筑領域的諸多方面發揮作用，為建筑行業增光添彩。

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