BIM+AR技术在现代工程中的应用与展望

张谦硕，魏晓莉，穆康帝，郭一鸣，张文浩

（安徽建筑大学 土木工程学院，安徽 合肥 230001）

0 引言

建筑信息模型BIM（Building Information Modeling）技术是对建筑物理和功能特征的数字式表达,从建筑物诞生开始,为建筑物整个生命周期提供可信赖的信息共享知识资源[1]。目前BIM技术已经被设计并应用于建设项目的设计和运维阶段，但由于技术限制，目前很难应用于施工阶段。本文从BIM与AR技术结合的角度，阐述如何将BIM技术应用于现代工地中。

1 BIM与AR概述

1.1 建筑信息模型（BIM）概述

建筑信息模型（Building Information Modeling）是集建筑设计、施工和管理于一体的创新管理方法。BIM的核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，并将所有的建筑信息录入到三维模型中。在设计阶段其直观的模型可方便设计师进行碰撞检查，在施工阶段BIM可帮助建筑师进行深化设计，进行施工模拟。大大提高了建筑工程的信息集成化程度，从而为建筑工程项目的相关利益方提供了一个工程信息交换和共享的平台[2]。但由于其是一项高新技术，真正了解的人并不多，尤其是对于施工现场缺乏专业知识的建筑工人，难以理解BIM模型中所包含的信息。

1.2 增强现实（AR）概述

增强现实（Augmented Reality）是一种将虚拟信息与真实世界巧妙融合的技术。AR技术可以通过现代电子科技手段将真实世界信息和虚拟世界信息集成，在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。比起虚拟现实和混合现实，增强现实对设备的要求相对较低。增强现实技术以往需要特定的头盔才能实现，但增强现实技术在未来很可能仅依靠手机就能实现。虽然AR技术在其他许多领域开始了不同的探索，但其目前在建筑领域应用较少。如何将该技术完美应用与现代建筑工程，是目前急需解决的一个问题。

2 BIM技术在传统工程中的优点

一般一个项目的建设主要要经历三个阶段，即设计，施工和运维。BIM的组建一般主要由Revit软件及其他辅助软件完成。在设计阶段中，BIM技术可以将设计者设计出的二维图纸转化成三维图像，传统的二维图纸中图形和信息相对分散。而在BIM技术下的三维模型中，图形和信息能一一对应，并且图形也比二维图形更加直观，不仅方便设计师查缺补漏（如钢筋碰撞），优化设计图纸，提高工作效率，而且对于不懂专业知识的业主来说，三维图形更加直观，不需要太多专业知识即可看懂，使他们能更好地提出要求。并且BIM技术依托于其强大的可视化功能，可以在施工前进行对施工过程进行模拟分析，提前发现施工中可能会出现的问题。

一个工程项目的施工会有很多分包商和专业团队共同完成，由于利益和专业技术等多方面的原因，他们往往只考虑完成自己的任务，而不在意对整个工程的影响。而事实上，施工现场中很多任务都需要各个团队的配合才能按质按量的完成。这一直是传统建筑施工过程中的一个弊端[3]。但在BIM技术加持的施工模式下，将各个专业有效结合在一个模型中（如水电、暖通、结构等），提前对施工方案进行预演，明确各个队伍的职责及分工，尤其是需要合作才能完成的任务，大大提高了施工效率，降低了施工出错率。并且在施工过程中发现的错误或与实际工程环境不符的地方，也能及时进行改正，及时更新建筑数据库，以防出现错上加错的情况[4]。其次，对于习惯于传统二维图纸的技术员来说，Revit也能自动根据信息库生成相关图纸，方便他们指导施工。

在后期的运维中，BIM技术依靠其强大的数据共享能力，将自己从设计阶段到施工阶段的建筑信息与互联网大信息库结合提供给建筑的使用者，方便建成后的使用和维修，使建筑的建设与使用周期统一成为一个完整的建筑生命周期，以达到建筑能被最高效、最合理、最长久、最环保的利用目的。

3 BIM和AR技术结合应用到工程中的优点

3.1 建筑建设流程图

建筑建设流程如图1所示：

图1 建筑信息集成过程

3.2 BIM+AR技术应用于施工现场

虽然BIM技术有着强大多样的功能，但其也有不足之处。BIM模型虽然直观，包含很多建筑信息，但其所包含的大量建筑信息无法与真实环境相融合，无法应用到施工现场的工程管理中，进而导致信息交互不及时，导致施工现场管理混乱的后果[5]。随着信息技术的发展，AR的出现将使这一问题可能得到解决。

在传统的施工过程中，往往通过技术员读懂二维图纸来对建筑工人进行技术交底。由于是基于二维图纸的技术交底，所以无论是技术员还是建筑工人，都可能在施工过程中产生理解偏差，造成错误。随着BIM模型逐渐普及，很多项目都会在施工前通过在会议室的屏幕上展示三维图形来进行技术交底。虽然比起传统施工工艺，这种方式有一定的进步性，但仍然存在着许多弊端。比如会议结束后工人无法再次查看三维模型，而会议室离施工现场又比较远，且时间间隔比较长，这就容易造成施工错误，而且效率低下。而通过AR技术，技术员与工人可以在施工现场利用AR技术所形成的图像进行交底。即利用BIM软件或其他3D类软件，制作工法样板相关模型以及工艺工序动画，封装以后，载入AR平台，通过这类平台对现实环境进行扫描，从而将制作的BIM模型与现实环境相关联，投影到现实世界的图样中。此种方式将纸质版的施工工艺方案作为AR施工触发载体，结合方案中涉及的BIM节点、流程动画等内容，可以直观的感受到需要被建造的结构及其与现实空间的关系，并且可以快捷查看其建筑信息。提高了交底的可行性，降低了出错率。相比于前一种交底方式所形成的单纯的BIM模型，此图像更为直观，让人更容易理解空间关系。这种方法操作简单，性价比较高，以后很可能会广泛应用于建筑施工过程中。

不仅如此，AR+BIM技术的应用在施工过程中还可以进行测量，检查碰撞。传统的施工方式中多是利用人眼或者尺量等方式确定构件的位置。这种方式操作复杂，出错率高，尤其是对于预埋构件和预留洞口等，其大小，形状，位置难以精准确定。但是在BIM+AR技术的加持下，这些问题可以很好的被解决。在已经实现AR可视化的平台中，由于BIM模型已经与现实环境结合，其模型中所显示的构件大小和位置已经与现实环境一一对应，这样就极大的方便了工人确定构件的大小和方位，并且可以对钢筋等容易产生碰撞冲突的构件进行碰撞检查、模拟施工过程，减小出错率。条件较好的公司还可以使用增强现实操作台等更为先进的设备，这些设备可以直接使BIM模型以光影的形式直接投影于现实环境中，使施工精准度和效率得到进一步的提高。

4 结语

在信息化高速发展的时代，BIM技术无疑是建筑行业信息化的代表。AR技术以其轻量化、精准化、高效化的特点，解决了BIM技术现有的不足。BIM技术和AR技术的结合全面提高了建筑工程的速度与质量，推动建筑行业智能化、工业化、施工可视化、信息化。这种技术必定会成为未来的发展趋势。虽然BIM技术已经开始被很多企业应用，但目前AR技术的研发还停留在雏形阶段，5G的出现能使AR技术突破很多局限，但普遍应用还需要一定的时间。