VR/AR技術在建筑設計及建筑施工中的應用

盧博文　吳雨舟　孫志鋮　王靜

摘 要：信息化催生出了很多新型技術，比如VR和AR，改變了我們的工作和學習習慣，提高了生活質量，在建筑行業同樣如此。本文通過論述VR/AR技術概念以及意義，指出該技術應用在建筑設計中，主要是提高了建筑物采光、通風效果，同時能夠對建筑物內外部構造進行預體驗，豐富了設計師思路;在建設施工中，通過采集可靠數據，利用三維動態方式將施工圖紙進行優化，降低了施工誤差。

關鍵詞：VR/AR;建筑設計;建筑施工

文章編號：2095-4085（2020）09-0017-02

隨著信息化技術的發展，建筑設計和施工中高科技技術應用越來越多，比如VR/AR技術，極大的提高了建筑工程管理效率。利用VR/AR技術進行建筑設計和施工，以可視、全景和動態的方式展示建筑物所處的地理環境、內部構造和附屬設備，讓管理者在一個虛擬的環境中，實現對建筑工程各方面的再現，能夠突破時間和空間去想象自己想要設計的建筑物，給設計者和施工者帶來一種“身臨其境”的感覺。

1 VR/AR技術概念以及意義

1.1 VR技術

VR是一種將虛擬和現實相結合的技術，將建筑物從三維立體的角度進行再現，同時利用傳感和交互技術產生虛擬現實空間。VR技術可以在建筑設計的初期，將設計者的想象理念融入到建筑模型中，構建出理想的建筑物類型，對具體的建筑物部位和構件進行說明，不僅提高了建筑物的質量，同時對建筑企業控制成本帶來很大幫助。可以說VR技術對建筑工程項目的全流程管理提供了很好的方法，對于投資決策階段、設計階段、施工階段的優化提出了寶貴的意見。

1.2 AR技術

AR技術是在VR基礎上發展起來的，與VR技術存在著緊密的聯系，同時有自己顯著的優勢。AR技術主要是將虛擬技術進行多方面的論證，通過技術疊加的方式最大化的應用到現實中，實現對制定的方案的優化。AR技術除了將虛擬物體用于現實場景中外，還能將虛擬的對象在現實情況下進行動態的展示，讓設計的虛擬事物與現實的差距逐漸縮小，增加人們的感受和體驗效果。在具體的實現路徑中，AR利用攝像頭對虛擬和現實的場景進行拍攝，以該視頻為基礎，進行持續的跟蹤計算。此外，對視頻中每秒甚至更小單位內產生的視頻流進行擴大化展示和計算，得出虛擬和現實的真實布景，對于計算結果進行動態生產和融合，構建空間維度。

2 VR/AR技術在建筑設計中的應用

2.1 VR/AR在建筑采光中的應用

采光是建筑設計中的重要內容，傳統設計中，建筑師大部分都采用增加窗戶開口方式增加采光效果，業主只有在建筑物完成后，才能體驗到采光的效果，建筑師是無法為業主提供采光體驗的。隨著建筑工程發展，采光被重視之后，在設計中主要采用了光照驗證設計（Daylight verification）和光照設計（Daylight design）兩種方法，但是這些設計軟件只能對某天中的平均光照進行可視化的呈現，并不能提供現實的、瞬間的光照體驗。利用VR/AR技術，可以將太陽光明亮的像素以平滑的方式在更大范圍內展示，在有效的亮度范圍內，更好的反應真實太陽光照下建筑物的視覺效果。通過采光設計，業主可以在三維的虛擬環境下，看到自己各個臥室的采光效果，在以后的裝修設計中更有針對性，最重要的是為建筑設計師提供了優化房屋設計的思路，提高了建筑物的居住檔次感。

2.2 VR/AR建筑空間展覽

VR/AR可以將虛擬和現實技術緊密的融合在一起，在建筑設計中可以利用VR和全景視頻的方式展示建筑物內部的環境，比如每個臥室的真實布局、陽臺與衛生間的構造設計等。在動態的展示過程中，可以利用Autopano Video Pro進行全景視頻的縫合，將建筑物與周圍交通的情況以動態的方式展示出來，讓業主仿佛處在真實的建筑環境下。除了上述功能外，設計師可以利用VR/AR技術模擬建筑物的實際自然通風、自然采光以及建筑物能耗等，從整體上實現對建筑物的全面再現，可以說是對建筑設計的一次再創新。

3 VR/AR技術在建筑施工中的應用

3.1 提高了現場施工管理效率

VR/AR技術能夠通過三維模擬，對于施工過程中的人、機、料做好提前的規劃，為施工人員提供準確的施工信息和流程，降低施工中可能出現的各種問題。在傳統施工中，項目管理者一般參照CAD出具的施工圖紙安排施工，要求項目方具有很強的識圖能力，同時CAD圖紙是二維的展示圖，很多位置和設備等采用專門符號表示，如果審查不到位，在施工中很容易發生遺漏。VR/AR技術相比于CAD，能夠提供更具體和真實的施工數據，施工人員不需要具備很強的識圖能力也能看懂圖紙，能夠對重要信息進行標記，減少了施工誤差，提高了施工效率。

3.2 利用BIM+VR實現虛擬施工

在施工開始之前，結合VR技術的特點，可以利用比如無人機等采集現場的施工圖片，將這些圖片匯入后臺數據庫，變成一個個具體的“虛擬模型”，技術人員能夠將施工中的一每個細小的環節制作成3D模型，這樣得出的施工圖，數據不僅準確，而且數據呈現簡便，每個施工者都能夠看懂。虛擬技術與BIM的聯系也越來越多，在施工中項目方可以將施工設備、施工工藝組成相關的數據庫，利用BIM技術進行施工4D虛擬建造，通過可視化的預演練和施工過程模擬，對施工工藝、設備、材料等進行檢查，從而優化組織施工方案，減少返工的出現。BIM+VR技術目前在一些高規模、大工程以及危險工程中應用越來越多，提供了便捷直觀的模擬以及詳細精確的分析結果，下一步，應該在普通的建筑工程中也積極的推廣，實現真正的“智慧施工”。

4 結 語

綜上所述，VR/AR技術作為一種新型的虛擬現實技術，在建筑行業中的應用越來越多，提高了建筑工程的質量，滿足了業主的多方面要求。目前，VR/AR技術在建筑設計和施工中的應用比較廣泛，設計中的應用主要是提高建筑物采光、通風以及全景構造展示上，在施工中則是通過將虛擬數據進行加工，提高施工圖紙的準確性。在建筑虛擬技術發展中，VR/AR技術要多融合其他技術，比如BIM技術，滿足現代建筑的發展要求。

參考文獻：

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課題項目：課題名稱：基于5G的AR技術在建筑施工中的應用研究。

項目編號：xcx2019102