張謙碩，魏曉莉，穆康帝，郭一鳴，張文浩

（安徽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，安徽 合肥 230001）

0 引言

建筑信息模型BIM（Building Information Modeling）技術(shù)是對(duì)建筑物理和功能特征的數(shù)字式表達(dá),從建筑物誕生開始,為建筑物整個(gè)生命周期提供可信賴的信息共享知識(shí)資源[1]。目前BIM技術(shù)已經(jīng)被設(shè)計(jì)并應(yīng)用于建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和運(yùn)維階段，但由于技術(shù)限制，目前很難應(yīng)用于施工階段。本文從BIM與AR技術(shù)結(jié)合的角度，闡述如何將BIM技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)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(shè)計(jì)、施工和管理于一體的創(chuàng)新管理方法。BIM的核心是通過(guò)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(shè)計(jì)階段其直觀的模型可方便設(shè)計(jì)師進(jìn)行碰撞檢查，在施工階段BIM可幫助建筑師進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，進(jìn)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(xiàng)目的相關(guān)利益方提供了一個(gè)工程信息交換和共享的平臺(tái)[2]。但由于其是一項(xiàng)高新技術(shù)，真正了解的人并不多，尤其是對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)缺乏專業(yè)知識(shí)的建筑工人，難以理解BIM模型中所包含的信息。

1.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）概述

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality）是一種將虛擬信息與真實(shí)世界巧妙融合的技術(shù)。AR技術(shù)可以通過(guò)現(xiàn)代電子科技手段將真實(shí)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(xiàn)實(shí)世界并進(jìn)行互動(dòng)。比起虛擬現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)對(duì)設(shè)備的要求相對(duì)較低。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)以往需要特定的頭盔才能實(shí)現(xiàn)，但增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在未來(lái)很可能僅依靠手機(jī)就能實(shí)現(xiàn)。雖然AR技術(shù)在其他許多領(lǐng)域開始了不同的探索，但其目前在建筑領(lǐng)域應(yīng)用較少。如何將該技術(shù)完美應(yīng)用與現(xiàn)代建筑工程，是目前急需解決的一個(gè)問(wèn)題。

2 BIM技術(shù)在傳統(tǒng)工程中的優(yōu)點(diǎn)

一般一個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)主要要經(jīng)歷三個(gè)階段，即設(shè)計(jì)，施工和運(yùn)維。BIM的組建一般主要由Revit軟件及其他輔助軟件完成。在設(shè)計(jì)階段中，BIM技術(shù)可以將設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)出的二維圖紙轉(zhuǎn)化成三維圖像，傳統(tǒng)的二維圖紙中圖形和信息相對(duì)分散。而在BIM技術(shù)下的三維模型中，圖形和信息能一一對(duì)應(yīng)，并且圖形也比二維圖形更加直觀，不僅方便設(shè)計(jì)師查缺補(bǔ)漏（如鋼筋碰撞），優(yōu)化設(shè)計(jì)圖紙，提高工作效率，而且對(duì)于不懂專業(yè)知識(shí)的業(yè)主來(lái)說(shuō)，三維圖形更加直觀，不需要太多專業(yè)知識(shí)即可看懂，使他們能更好地提出要求。并且BIM技術(shù)依托于其強(qiáng)大的可視化功能，可以在施工前進(jìn)行對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行模擬分析，提前發(fā)現(xiàn)施工中可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題。

一個(gè)工程項(xiàng)目的施工會(huì)有很多分包商和專業(yè)團(tuán)隊(duì)共同完成，由于利益和專業(yè)技術(shù)等多方面的原因，他們往往只考慮完成自己的任務(wù)，而不在意對(duì)整個(gè)工程的影響。而事實(shí)上，施工現(xiàn)場(chǎng)中很多任務(wù)都需要各個(gè)團(tuán)隊(duì)的配合才能按質(zhì)按量的完成。這一直是傳統(tǒng)建筑施工過(guò)程中的一個(gè)弊端[3]。但在BIM技術(shù)加持的施工模式下，將各個(gè)專業(yè)有效結(jié)合在一個(gè)模型中（如水電、暖通、結(jié)構(gòu)等），提前對(duì)施工方案進(jìn)行預(yù)演，明確各個(gè)隊(duì)伍的職責(zé)及分工，尤其是需要合作才能完成的任務(wù)，大大提高了施工效率，降低了施工出錯(cuò)率。并且在施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤或與實(shí)際工程環(huán)境不符的地方，也能及時(shí)進(jìn)行改正，及時(shí)更新建筑數(shù)據(jù)庫(kù)，以防出現(xiàn)錯(cuò)上加錯(cuò)的情況[4]。其次，對(duì)于習(xí)慣于傳統(tǒng)二維圖紙的技術(shù)員來(lái)說(shuō)，Revit也能自動(dòng)根據(jù)信息庫(kù)生成相關(guān)圖紙，方便他們指導(dǎo)施工。

在后期的運(yùn)維中，BIM技術(shù)依靠其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)共享能力，將自己從設(shè)計(jì)階段到施工階段的建筑信息與互聯(lián)網(wǎng)大信息庫(kù)結(jié)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(shè)與使用周期統(tǒng)一成為一個(gè)完整的建筑生命周期，以達(dá)到建筑能被最高效、最合理、最長(zhǎng)久、最環(huán)保的利用目的。

3 BIM和AR技術(shù)結(jié)合應(yīng)用到工程中的優(yōu)點(diǎn)

3.1 建筑建設(shè)流程圖

建筑建設(shè)流程如圖1所示：

圖1 建筑信息集成過(guò)程

3.2 BIM+AR技術(shù)應(yīng)用于施工現(xiàn)場(chǎng)

雖然BIM技術(shù)有著強(qiáng)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(wú)法與真實(shí)環(huán)境相融合，無(wú)法應(yīng)用到施工現(xiàn)場(chǎng)的工程管理中，進(jìn)而導(dǎo)致信息交互不及時(shí)，導(dǎo)致施工現(xiàn)場(chǎng)管理混亂的后果[5]。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，AR的出現(xiàn)將使這一問(wèn)題可能得到解決。

在傳統(tǒng)的施工過(guò)程中，往往通過(guò)技術(shù)員讀懂二維圖紙來(lái)對(duì)建筑工人進(jìn)行技術(shù)交底。由于是基于二維圖紙的技術(shù)交底，所以無(wú)論是技術(shù)員還是建筑工人，都可能在施工過(guò)程中產(chǎn)生理解偏差，造成錯(cuò)誤。隨著BIM模型逐漸普及，很多項(xiàng)目都會(huì)在施工前通過(guò)在會(huì)議室的屏幕上展示三維圖形來(lái)進(jìn)行技術(shù)交底。雖然比起傳統(tǒng)施工工藝，這種方式有一定的進(jìn)步性，但仍然存在著許多弊端。比如會(huì)議結(jié)束后工人無(wú)法再次查看三維模型，而會(huì)議室離施工現(xiàn)場(chǎng)又比較遠(yuǎn)，且時(shí)間間隔比較長(zhǎng)，這就容易造成施工錯(cuò)誤，而且效率低下。而通過(guò)AR技術(shù)，技術(shù)員與工人可以在施工現(xiàn)場(chǎng)利用AR技術(shù)所形成的圖像進(jìn)行交底。即利用BIM軟件或其他3D類軟件，制作工法樣板相關(guān)模型以及工藝工序動(dòng)畫，封裝以后，載入AR平臺(tái)，通過(guò)這類平臺(tái)對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境進(jìn)行掃描，從而將制作的BIM模型與現(xiàn)實(shí)環(huán)境相關(guān)聯(lián)，投影到現(xiàn)實(shí)世界的圖樣中。此種方式將紙質(zhì)版的施工工藝方案作為AR施工觸發(fā)載體，結(jié)合方案中涉及的BIM節(jié)點(diǎn)、流程動(dòng)畫等內(nèi)容，可以直觀的感受到需要被建造的結(jié)構(gòu)及其與現(xiàn)實(shí)空間的關(guān)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(cuò)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(guān)系。這種方法操作簡(jiǎn)單，性價(jià)比較高，以后很可能會(huì)廣泛應(yīng)用于建筑施工過(guò)程中。

不僅如此，AR+BIM技術(shù)的應(yīng)用在施工過(guò)程中還可以進(jìn)行測(cè)量，檢查碰撞。傳統(tǒng)的施工方式中多是利用人眼或者尺量等方式確定構(gòu)件的位置。這種方式操作復(fù)雜，出錯(cuò)率高，尤其是對(duì)于預(yù)埋構(gòu)件和預(yù)留洞口等，其大小，形狀，位置難以精準(zhǔn)確定。但是在BIM+AR技術(shù)的加持下，這些問(wèn)題可以很好的被解決。在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)AR可視化的平臺(tái)中，由于BIM模型已經(jīng)與現(xiàn)實(shí)環(huán)境結(jié)合，其模型中所顯示的構(gòu)件大小和位置已經(jīng)與現(xiàn)實(shí)環(huán)境一一對(duì)應(yīng)，這樣就極大的方便了工人確定構(gòu)件的大小和方位，并且可以對(duì)鋼筋等容易產(chǎn)生碰撞沖突的構(gòu)件進(jìn)行碰撞檢查、模擬施工過(guò)程，減小出錯(cuò)率。條件較好的公司還可以使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)操作臺(tái)等更為先進(jìn)的設(shè)備，這些設(shè)備可以直接使BIM模型以光影的形式直接投影于現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，使施工精準(zhǔn)度和效率得到進(jìn)一步的提高。

4 結(jié)語(yǔ)

在信息化高速發(fā)展的時(shí)代，BIM技術(shù)無(wú)疑是建筑行業(yè)信息化的代表。AR技術(shù)以其輕量化、精準(zhǔn)化、高效化的特點(diǎn)，解決了BIM技術(shù)現(xiàn)有的不足。BIM技術(shù)和AR技術(shù)的結(jié)合全面提高了建筑工程的速度與質(zhì)量，推動(dòng)建筑行業(yè)智能化、工業(yè)化、施工可視化、信息化。這種技術(shù)必定會(huì)成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。雖然BIM技術(shù)已經(jīng)開始被很多企業(yè)應(yīng)用，但目前AR技術(shù)的研發(fā)還停留在雛形階段，5G的出現(xiàn)能使AR技術(shù)突破很多局限，但普遍應(yīng)用還需要一定的時(shí)間。