BIM+AR技術在現代工程中的應用與展望

張謙碩，魏曉莉，穆康帝，郭一鳴，張文浩

（安徽建筑大學 土木工程學院，安徽 合肥 230001）

0 引言

建筑信息模型BIM（Building Information Modeling）技術是對建筑物理和功能特征的數字式表達,從建筑物誕生開始,為建筑物整個生命周期提供可信賴的信息共享知識資源[1]。目前BIM技術已經被設計并應用于建設項目的設計和運維階段，但由于技術限制，目前很難應用于施工階段。本文從BIM與AR技術結合的角度，闡述如何將BIM技術應用于現代工地中。

1 BIM與AR概述

1.1 建筑信息模型（BIM）概述

建筑信息模型（Building Information Modeling）是集建筑設計、施工和管理于一體的創新管理方法。BIM的核心是通過建立虛擬的建筑工程三維模型，并將所有的建筑信息錄入到三維模型中。在設計階段其直觀的模型可方便設計師進行碰撞檢查，在施工階段BIM可幫助建筑師進行深化設計，進行施工模擬。大大提高了建筑工程的信息集成化程度，從而為建筑工程項目的相關利益方提供了一個工程信息交換和共享的平臺[2]。但由于其是一項高新技術，真正了解的人并不多，尤其是對于施工現場缺乏專業知識的建筑工人，難以理解BIM模型中所包含的信息。

1.2 增強現實（AR）概述

增強現實（Augmented Reality）是一種將虛擬信息與真實世界巧妙融合的技術。AR技術可以通過現代電子科技手段將真實世界信息和虛擬世界信息集成，在屏幕上把虛擬世界套在現實世界并進行互動。比起虛擬現實和混合現實，增強現實對設備的要求相對較低。增強現實技術以往需要特定的頭盔才能實現，但增強現實技術在未來很可能僅依靠手機就能實現。雖然AR技術在其他許多領域開始了不同的探索，但其目前在建筑領域應用較少。如何將該技術完美應用與現代建筑工程，是目前急需解決的一個問題。

2 BIM技術在傳統工程中的優點

一般一個項目的建設主要要經歷三個階段，即設計，施工和運維。BIM的組建一般主要由Revit軟件及其他輔助軟件完成。在設計階段中，BIM技術可以將設計者設計出的二維圖紙轉化成三維圖像，傳統的二維圖紙中圖形和信息相對分散。而在BIM技術下的三維模型中，圖形和信息能一一對應，并且圖形也比二維圖形更加直觀，不僅方便設計師查缺補漏（如鋼筋碰撞），優化設計圖紙，提高工作效率，而且對于不懂專業知識的業主來說，三維圖形更加直觀，不需要太多專業知識即可看懂，使他們能更好地提出要求。并且BIM技術依托于其強大的可視化功能，可以在施工前進行對施工過程進行模擬分析，提前發現施工中可能會出現的問題。

一個工程項目的施工會有很多分包商和專業團隊共同完成，由于利益和專業技術等多方面的原因，他們往往只考慮完成自己的任務，而不在意對整個工程的影響。而事實上，施工現場中很多任務都需要各個團隊的配合才能按質按量的完成。這一直是傳統建筑施工過程中的一個弊端[3]。但在BIM技術加持的施工模式下，將各個專業有效結合在一個模型中（如水電、暖通、結構等），提前對施工方案進行預演，明確各個隊伍的職責及分工，尤其是需要合作才能完成的任務，大大提高了施工效率，降低了施工出錯率。并且在施工過程中發現的錯誤或與實際工程環境不符的地方，也能及時進行改正，及時更新建筑數據庫，以防出現錯上加錯的情況[4]。其次，對于習慣于傳統二維圖紙的技術員來說，Revit也能自動根據信息庫生成相關圖紙，方便他們指導施工。

在后期的運維中，BIM技術依靠其強大的數據共享能力，將自己從設計階段到施工階段的建筑信息與互聯網大信息庫結合提供給建筑的使用者，方便建成后的使用和維修，使建筑的建設與使用周期統一成為一個完整的建筑生命周期，以達到建筑能被最高效、最合理、最長久、最環保的利用目的。

3 BIM和AR技術結合應用到工程中的優點

3.1 建筑建設流程圖

建筑建設流程如圖1所示：

圖1 建筑信息集成過程

3.2 BIM+AR技術應用于施工現場

雖然BIM技術有著強大多樣的功能，但其也有不足之處。BIM模型雖然直觀，包含很多建筑信息，但其所包含的大量建筑信息無法與真實環境相融合，無法應用到施工現場的工程管理中，進而導致信息交互不及時，導致施工現場管理混亂的后果[5]。隨著信息技術的發展，AR的出現將使這一問題可能得到解決。

在傳統的施工過程中，往往通過技術員讀懂二維圖紙來對建筑工人進行技術交底。由于是基于二維圖紙的技術交底，所以無論是技術員還是建筑工人，都可能在施工過程中產生理解偏差，造成錯誤。隨著BIM模型逐漸普及，很多項目都會在施工前通過在會議室的屏幕上展示三維圖形來進行技術交底。雖然比起傳統施工工藝，這種方式有一定的進步性，但仍然存在著許多弊端。比如會議結束后工人無法再次查看三維模型，而會議室離施工現場又比較遠，且時間間隔比較長，這就容易造成施工錯誤，而且效率低下。而通過AR技術，技術員與工人可以在施工現場利用AR技術所形成的圖像進行交底。即利用BIM軟件或其他3D類軟件，制作工法樣板相關模型以及工藝工序動畫，封裝以后，載入AR平臺，通過這類平臺對現實環境進行掃描，從而將制作的BIM模型與現實環境相關聯，投影到現實世界的圖樣中。此種方式將紙質版的施工工藝方案作為AR施工觸發載體，結合方案中涉及的BIM節點、流程動畫等內容，可以直觀的感受到需要被建造的結構及其與現實空間的關系，并且可以快捷查看其建筑信息。提高了交底的可行性，降低了出錯率。相比于前一種交底方式所形成的單純的BIM模型，此圖像更為直觀，讓人更容易理解空間關系。這種方法操作簡單，性價比較高，以后很可能會廣泛應用于建筑施工過程中。

不僅如此，AR+BIM技術的應用在施工過程中還可以進行測量，檢查碰撞。傳統的施工方式中多是利用人眼或者尺量等方式確定構件的位置。這種方式操作復雜，出錯率高，尤其是對于預埋構件和預留洞口等，其大小，形狀，位置難以精準確定。但是在BIM+AR技術的加持下，這些問題可以很好的被解決。在已經實現AR可視化的平臺中，由于BIM模型已經與現實環境結合，其模型中所顯示的構件大小和位置已經與現實環境一一對應，這樣就極大的方便了工人確定構件的大小和方位，并且可以對鋼筋等容易產生碰撞沖突的構件進行碰撞檢查、模擬施工過程，減小出錯率。條件較好的公司還可以使用增強現實操作臺等更為先進的設備，這些設備可以直接使BIM模型以光影的形式直接投影于現實環境中，使施工精準度和效率得到進一步的提高。

4 結語

在信息化高速發展的時代，BIM技術無疑是建筑行業信息化的代表。AR技術以其輕量化、精準化、高效化的特點，解決了BIM技術現有的不足。BIM技術和AR技術的結合全面提高了建筑工程的速度與質量，推動建筑行業智能化、工業化、施工可視化、信息化。這種技術必定會成為未來的發展趨勢。雖然BIM技術已經開始被很多企業應用，但目前AR技術的研發還停留在雛形階段，5G的出現能使AR技術突破很多局限，但普遍應用還需要一定的時間。