在建筑工程教育中AR（增强现实）技术使用的探索

闫龙

【摘 要】建筑信息模型（BIM）早已被用于建筑工程和建筑教育中，但现阶段的BIM相应的课程教学也存在一系列的缺点，如学生不熟悉现场操作和决策过程。通過增强现实（AR）技术为解决BIM可视化教育创新提供了可能性。

【Abstract】Building information model （BIM） has been used in architectural engineering and architecture education for a long time， but at the present stage， the corresponding course teaching of BIM has a series of shortcomings， such as the students are not familiar with the field operation and decision-making process. The technology of augmented reality （AR） provides the possibility of solving the innovation of BIM visualization education.

【关键词】建筑信息模型（BIM）；增强现实技术（AR）；教育；建筑施工

【Keywords】building information model （BIM）； augmented reality technology （AR）； education； building construction

【中图分类号】G434 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）09-0189-02

1 引言

现阶段BIM有时候被看作为一个纯虚拟现实平台，并没有帮助学生对现场操作的实际问题进行充分的理解。虽然BIM技术有益于施工过程管理和模拟，但是例如Revit和Catia这样的BIM平台并没有将真实的物理模型和工程问题转化给学生，同时缺乏增加和激发学生的兴趣手段是建筑工程教育领域面临的长期挑战。

本文认为上述问题可以通过其他技术来实现更好的可视化BIM，例如增强现实（AR）。本文将侧重于互动和丰富学习资源（练习、项目游戏化），而不是被动来源，例如教学视频。本文将对AR技术在建筑工程BIM教育中的应用进行初步探索，并提出了对未来方向的思考。

2 AR技术在可视化BIM教学中的优势

2.1 提高学生关注度和动机

学生的关注度和动机是学习成效的关键因素，因此教学方法的改进的目的是鼓励积极学习，改变传统被动的方式。老师会有更多的时间进行创造性的工作，比如课堂开发，课堂准备，研究性工作。老师能够提供更有针对性的个人反馈给学生并促进学生批判性思维、反思和创造力。新的教学方式会增加专业的吸引力，从而提高从业人的整体水平，学生将能够更快速地成长为优秀的工程师。基于AR的教育在建筑，工程和建筑中有许多应用。例如，学生可以使用AR技术改进地下市政项目挖掘的安全性，并结合地理数据，最大限度降低对地下管道的影响，如图1。此外，学生可以经业主同意，对现有建筑结构进行延伸，如图2中，增加一个遮阳篷以改善隔热效果[1]。

2.2 提高认知学习能力

与纯粹的BIM相比，学生的感觉是与真实世界的信息和物体分离的。通过AR为可视化BIM提供了真实的模型信息，将项目问题和决策过程更好地呈现给学生，并且可以改善不同领域的协作和沟通，方便学习，教学与评估。课程将会更快更有效地提高学生的认知学习能力和工程开发能力，即工具能力（分析和综合技能，规划和组织能力，解决问题，管理信息以及做出决定），个人能力（团队合作，工作场所人际关系技巧，批判性推理），系统技能（自主学习，领导能力，质量动机）和空间识别技能。学生成为自我激励，独立和有能力的专业人士，减少临时职业培训成本。

2.3 通过AR技术增强BIM的社会价值

通过项目合作，促进教育创业技术（发布新的AR应用程序）的同时，AR可取代部分物理设备，从而消除不必要的安全风险，成本开支和权力。培训所用的虚拟设备降低了对基础设施场馆，实验室的依赖。并且可以将物理学习空间转变为虚拟学习环境，这也让偏远地区的学生得以参与。

同时将BIM扩展到设计阶段的现场操作是重要一步，是向BIM更高成熟度迈进的重要一步。由于建筑行业目前的专业分化，建筑，结构和施工的BIM模型都各自独立，而AR技术能够加强这些模型间的整合，使学生能够更好地协调设计和现场，并将其应用在项目的生命周期中[2]。

2.4 加深对专业的理解和认知

BIM技术的应用改变了人们对传统建筑行业的认识，而AR技术将有效填补可视化平台管理上的缺失，从而为工程的管理提供更直观的操作。培养学生如何在设计环节中以更高的效率、更低的成本、更精准的传达设计意图，为管理者提供更加直观的内部结构，更好的掌握工程的动态进度。这样用户也可以从认知功能上受益，改善工作记忆容量来减少认知负荷，从而使工作人员能更有效地进行工作，这也可以在一定程度上降低施工中因身体疲劳而造成的人员伤亡。随着工人的心理工作负荷减少，可以减轻由于失误而导致可能返工的情况，一定程度上节约了成本。

我国随着城市化不断的深入，更加强调建筑与人文的结合，人们对建筑的要求不再只是居住，而是希望生活在一个自然、和谐、舒适的空间中。所以从最开始设计的时候，就要培养学生考虑到这些问题，并且利用AR+BIM技术将自己的构想呈现在用户的面前，能更高效、直接地汇总工程各参与方的意见，达到预期的要求。

3 AR技术在可视化BIM教育中面临的挑战

第一，模型通常包含大量数据，甚至小体量的模型也很难上传至当前的教学管理系统；第二，如何在建筑类教学过程中将实体与虚拟联系起来也是一个挑战；第三，需要使用较复杂的可视化技术来消除虚拟与实体间的阻隔，以便学生获得真正的现场操作感[3]；第四，教育工作者必须不断思考如何在使用BIM+AR教学模块化的过程中避免知识的重复以及学生的倦怠感。

4 结语

BIM与AR的结合可以为建筑工程提供更精确的直观的模型，信息表达更直观准确[4]，更能帮助学生了解工程的整个生命周期，更有实际工程的参与感。随着科技的不断进步，BIM和AR也会得到相应的发展，虽然目前的软硬件无法满足当下的一些想法，但BIM与AR的结合的潜力已经逐渐显现出来，所以应该开始着手研究并为在未来的建筑教育中广泛实施这个强大平台铺平道路。

【参考文献】

【1】H.-L. Chi， S.-C. Kang， X. Wang. Research trends and opportunities of augmented reality applications in architecture， engineering， and construction[J]. Autom. Constr， 2013 （33） ：116–122.

【2】X. Wang， M. Truijens， L. Hou， Y. Wang， Y. Zhou.Integrating Augmented Reality with Building Information Modeling： Onsite construction process controlling for liquefied natural gas industry[J]， Autom. Constr，2014 （ 40）： 96–105.

【3】杜长亮. BIM和AR技术结合在施工现场应用研究[D].重庆：重庆大学，2014.

【4】王廷魁，胡攀辉.基于BIM与AR的施工指导应用与评价[J].施工技术，2015，44（06）：54-58.