BIM与AR定制化研发结合应用技术

李庆达，张啸驰，齐圣鑫，杨佳佳

(1.中建三局集团有限公司，湖北 武汉 430000；2.北京优比智成建筑科技有限公司，北京 100102)

0 引言

随着BIM技术在国内不断发展，越来越多的项目开始深度发掘BIM与新技术相结合的应用，如现阶段较火热的BIM+AR技术应用[1]。但在应用过程中常发现现有新技术本身会存在一定的局限性，难以适应部分项目需求。例如，保密类项目一般要求在实施过程中软件不能与公共网络连接，以便保证项目信息数据安全。而传统AR软件则大多需联网操作，这就需要企业根据项目实际应用需求进行AR软件定制开发，使软件能在局域网服务器下运行，以便满足项目保密要求。同时，针对不同项目对软件使用功能上的特殊化需求，也同样需进行定制化开发才能得以实现。

1 BIM+AR技术应用概况

在传统施工图中，1个构件需通过多张图纸、文档才能描述清楚，一方面造成信息传递和沟通效率低下，另一方面随着工程进度推进，靠多文档描述1个构件的方式往往会产生信息偏差，产生较多施工质量、进度问题[2-3]。当一个建筑对象用实体表达出来并对其增加信息属性后，可潜在出现更多的应用场景。因此，建筑行业在此背景下诞生大量可视化软件，而AR软件就是其中之一。

AR技术是一种新型的人机交互技术，通过计算机将制作的虚拟场景、模型、音频等信息借助现实设备无缝精确叠加至现实场景中，并对内容进行视觉上的增强，同时还可赋予各种动作、信息。通过将这些数据融入现实场景，人员可看到各种形式数据，使输出的场景内容更加丰富。AR技术的出现摆脱了传统施工中管理人员对图纸的依赖，可有效提高管理人员工作效率，以达到解放人力的效果[4]。

而通过AR技术与BIM技术相结合，可将BIM模型精准融合至现实环境中，并在视觉上进行增强。现场工作人员携带智能手机或iPAD作为终端展示设备即可完成交互应用，在施工的全生命周期均发挥着重要作用。具体应用包括：将计划施工进度和实际施工进度制作成对比动画进行实时比较，把控实际施工进度；对比拟建模型与在建建筑，及时发现工程缺陷并对其整改，实现有效、快捷的质量把控。

2 AR定制化研发流程

2.1 研发引擎

软件研发是根据项目应用需求利用编程技术创建软件或系统中部分软件，以解决项目特殊的应用需求，提高工程质量与经济效益[5]。AR应用开发一般是基于现有主流的开发引擎，通过其提供的API接口进行定制开发。目前市面上主要有Unity3D和Unreal两大开发引擎，本研发采用Unity3D开发引擎。

Unity3D是一款专业的可视化开发引擎，操作简便，拥有高效的图形渲染。其适合虚拟现实世界的生成，广泛应用于游戏、汽车、建筑行业的AR软件开发。同时，Unity3D提供了诸多插件，可大大提高日常开发效率。例如，Unity3D中导入Vuforia SDK插件包和资源包后，即可实现模型放大、缩小等功能。

2.2 研发流程及内容

使用Revit建造的模型在渲染效果方面略有不足，为提高其AR效果，需对BIM模型格式进行转换及优化。首先使用Revit导出dwg格式，再导入3ds Max软件，即可有效减少实体的三角面数量，轻量化处理模型并提高其三维现实效果，之后将3ds Max导入Unity3D，删除场景中多余的面。需注意导入时的构件单位及需将模型命名改为英文，然后转至Unity3D中创建AR项目，创建流程为：①新建Unity3D工程，导入Vuforia-unity3D数据包；②模型导入Unity3D场景中；③设置相关参数；④编写相关脚本。最后将AR应用进行发布，将生成的APK安装至安卓手机或iPad上即可运行。同时，也可依据项目实际需求增加特殊功能要求至APP中，还可制作对应的UI界面。基于Unity3D的AR软件研发流程如图1所示。

图1 基于Unity3D的AR软件研发流程

区别于常规AR软件，AR软件定制化开发研究产生如下创新功能。

1)增加了修改BIM模型材质及颜色的功能，并创建自主UI界面，左上角滑块可调整模型中的颜色及材质。

2)使用iPad扫描图纸出现模型后，选择UI界面呈现的虚拟界面即可实现交互操作及测量等功能应用。

3 项目实际应用

3.1 图纸扫描及AR展示

通过将项目BIM模型上传至AR软件，将分层、分区域模型与施工图纸进行挂接，再通过iPad端扫描项目纸质版图纸，即可实现在现实图纸上呈现BIM三维模型的增强效果。管理人员可对模型进行剖切查看，查阅模型构件信息参数，充分利用BIM可视化优势更加直观形象地展示图纸内容，辅助管理人员日常工作。

3.2 各专业模型浏览

项目管理人员可直接利用AR软件查看各楼层建筑、结构专业，机电的暖通专业、电气专业、给排水专业的BIM模型(见图2)，便于管理人员更好地理解模型及施工内容。现场施工人员也无须安装BIM建模软件，通过移动端扫描图纸的方式，即可随时查阅BIM模型及信息参数，加深对图纸的理解，辅助日常管理工作高效开展。

图2 各专业模型浏览及查看

3.3 可视化施工管理

将实施过程中产生的各种BIM视频文件(如进度模拟、施工方案模拟等)集合至AR软件中，辅助可视化施工管理工作。管理人员可携带iPad直接进行可视化施工交底，与传统的工作模式相比更直观、高效。如项目中存在多个高支模区域，管理人员即可通过iPad完成施工指导及部署，大大提高管理人员工作效率。施工方案模拟视频展示如图3所示。

图3 施工方案模拟视频展示

但此项应用也存在局限性，如视频文件不宜过大，需使用视频压缩软件进行压制，不宜存放过多的视频文件，否则软件使用过程中将引起卡顿。

3.4 精装修方案体验

基于Unity3D进行AR漫游体验系统自主开发，其中包含建筑内部360°全景展示、室内装修效果交互展示及通过拨动轮盘在模型内进行漫游。通过自行选择切换建筑表面材质、颜色交互等功能，辅助不同精装修方案的展示与比选工作，最大限度地发挥BIM可视化优势。室内漫游及方案比选如图4所示。

图4 室内漫游及方案比选

4 应用效益分析

施工过程中，BIM技术人员可利用建模软件制作BIM三维模型，对于特殊复杂的施工节点可制作相关节点模型，之后利用AR技术将虚拟BIM模型叠加至真实场景中展现，呈现出一种灵活可变的建筑虚拟效果，辅助现场质量交底工作，以便更好地使现场人员了解施工内容，实现基于AR技术的质量管理[6-7]。

利用AR技术可有效辅助施工后的质量检查工作。管理人员既可通过单一构件进行检查，也可通过施工后的整体空间关系进行检查，所有构件信息及其空间关系均可通过AR技术关联在一起。管理人员携带手机或iPad即可进行现场检查工作，避免了传统工作中需携带图纸、图集进入现场等诸多不便，有效提升工作效率。

5 结语

在智慧建造日益多样化的今天，工程师仅依靠既有的一些通用软件功能已较难满足项目多样化需求，进行软件定制化开发很有必要。本研究通过基于实际应用需求的软件定制化研发，实现了基于BIM+AR技术的各类应用，在提供更形象的可视化展示效果的同时，也可将BIM+AR技术应用贯穿于整个施工管理过程中，辅助全过程信息化管理。但在实施过程中同样存在一些难题，如软件无法承载过多的BIM模型及信息；对硬件设备需求较高，无法大面积开展应用等问题。随着行业内对先进技术的不断研究与探索，这些难题将逐一被攻克，进而更好地推进建筑行业信息化改革进程。