BIM+AR智慧建造技术的应用研究

高展望，李荣荣，乔 洋，付煲云，吴 贝

(天津大学 仁爱学院，天津 301636)

1 BIM与AR的概述

1.1 BIM概述

建筑信息模型的过程是包括设计、生产、施工、装修和管理五个部分。BIM是数字技术在AEC(Architec ture，Engineering Construction)行业中的直接表达。该系统的各种元件可以数字化的描述中，将所有信息都集中到三维模型上。在设计阶段，运用BIM进行三维图形的设计，专业协调和碰撞检查，可以避免重复录入。在施工阶段，BIM辅助施工是为了深化设计或生成施工深化图，可以提高总包管理和分包协调工作效率。

1.2 AR概述

AR广泛应用多媒体、三维模型、实时跟踪、注册等技术手段。在建筑领域，增强现实允许施工人员、建筑师、开发人员和客户在施工的任何阶段查看三维建筑和内部设计，从而实现整个建筑的可视化。此外，AR技术还可以帮助识别错误和有问题的工作，从而防止在施工过程中遇到相同的问题。目前虚拟物体的生成主要体现在三维建模的基础上，可以在三维建模的基础上充分反映虚拟对象的现实，可以全方位和集体化将物体模型展示出来。

1.3 BIM+AR技术的功能特点

1)装配式BIM+AR图集：将传统二维图集制作为可视化的三维交互模型，并进行部分构件三维交底模拟，可以方便隐蔽工程的施工。

2)装配式虚拟施工：基于3 D打印场地制作AR的虚拟施工过程(如市面常见的AR游戏)，颠覆传统施工模拟。

3)装配式BIM+AR现场施工：基于BIM模型坐标点，结合GIS(地理信息系统)，通过AR展示形式，在施工现场的相应坐标位置可以显示1∶1建筑信息模型的比例。

4)统一的二维码质量管理入口，本项目计划研发的 BIM和 AR工程质量溯源系统，实现了二维码是质量数据的呈现终端，方便工程管理者随时查阅、更新、管理质量信息。

2 工程概况

某项目为办公楼，规划总建筑面积为89 500 m2，其中包括72 500 m2以上的地面面积和17 000 m2的地下面积，最大楼层数为12层，最大高度为64.18 m。为提高项目管理的信息化程度，项目以BIM应用为载体，引进增强现实技术(AR)合理利用BIM技术做好文明施工的规划和实施。BIM工程技术与AR技术的结合，为施工过程中实现资源节约和消耗控制提供了技术支持。

3 BIM+AR技术在项目施工过程中的应用

3.1 查看施工做法

通过扫描二维码进入定位漫游，查看幕墙复杂节点施工要点及构件信息。本项目中的龙骨大样图的三维模型见图1，这是幕墙施工中一个非常重要的节点，因为其施工隐蔽，施工工序复杂，造型独特，在实际施工中具有一定的困难。

图1 龙骨大样模型

利用BIM技术将二维图纸转换为三维模型，并将信息综合到模型中，向专业施工人员展示并讲解龙骨的施工工序和施工要点，可以准确、直观地了解到此节点实际施工的所有相关信息。将制作好的施工流程视频以二维码的方式保存，并贴在相对应的位置，利用AR技术的专有设备扫描，便可体验到实际施工的情景，便于施工人员快速确定施工方案。

3.2 运维管理

项目管理人员通过计算机、图像处理软件、传感器等建立与真实环境相匹配的虚拟场景模型，通过特定设备体验类似于真实环境的虚拟世界。本项目通过利用BIM技术和AR技术及时追踪施工现场信息，合理给各部门分配工作。运维平台可以让各部门及时获取项目进度信息和项目更改的最新信息，使各部门紧密联系，进而保证工程准时完成。

3.3 碰撞检测，管综优化

传统建筑行业项目从设计到施工，图纸往往存在大量变更，且各个专业设计、施工都存在诸多难协调、不合理性，导致了总体成本增加。针对本项目实际情况：专业覆盖面广，管线排布复杂，专业交叉施工协调难度大，项目各参与方协调、配合困难；本文采用BIM+AR技术进行管综优化设计。

1)设计阶段：利用BIM技术将传统的二维图纸转化为三维模型。通过建立模型的过程，对图纸上出现的问题进行反馈并及时修改。模型建立完成后，通过REVIT进行碰撞检测，利用AR技术测量判断出具体的碰撞点，进行模型优化，避免在施工过程中出现返工或停工等情况。

2)碰撞检测：碰撞检查工作主要分成以下五个流程：①第一阶段：土建和安装每一个专业的模型提交；②第二阶段：审查和修改模型，模型审查和编辑；③第三阶段：系统后台自动碰撞检测并输出报告，编写并提供碰撞检测报告；④第四阶段：根据碰撞报告修改优化模型；⑤第五阶段：重复上面的工作，直到没有碰撞。

模型经过碰撞检测后，发现结构柱和电气桥架发生碰撞，根据建筑施工原则，槽式大跨距的电缆桥架由室外进入建筑物内时，桥架向外的坡度不得小于1/100；电缆桥架与用电设备交越时，其间的净距不得小于0.5 m。预留间距，将结构柱和电气桥架进行优化，如图2。

(a)结构柱和电气桥架碰撞

3)管综优化：针对复杂机电管线进行的碰撞检查，检查的碰撞清单可以通过AR设备在视野的上下文列表中呈现，并针对特定位置进行过滤。在这个阶段，通过使用BIM数据和AR设备找到问题，及时让施工人员进行处理，使工程质量符合相关标准的要求。模型经过碰撞检测后，发现给排水管道之间的碰撞，根据管综优化标准规范：给水管道如果与排水或其他大管径的自流管道交叉相碰时，上弯通过；给水管道如果与电线管交叉相碰时，下弯通过(见图3)。

(a)管道碰撞

3.4 预留孔洞的检查

经过碰撞检查和优化之后，修改二维图纸，确定预留孔洞的位置。利用BIM模型的可视化功能，模拟施工并确定施工方案。通过查看BIM模型可以确定预留孔洞的尺寸、位置，避免和其他工程产生冲突。引入AR技术，可以利用AR技术以1∶1的比例将模型显示在施工现场的对应坐标，定位标高尺寸，在实际施工中准确标好给排水管预留洞的位置。检查预留孔洞的结果如图4所示。

(a)给排水管预留孔洞

3.5 施工阶段

在BIM+AR技术在项目施工过程中的应用中，设计师能够配戴AR设备以从二维图纸提取施工的有关数据，在三维模型中找到相对应的信息，可以在现场准确的定位有问题的地方，并作出反馈进行及时更改，实现施工现场和模型的信息交互，避免在施工过程中出现错误，并制定合理工期和质量要求。

4 结 语

本项目将AR技术与BIM模型结合在一起，对土建、机电专业进行了管综优化，在项目前期，通过BIM技术，提前找到设计图中产生的错误并进行修改，避免在施工过程中出现返工或停工的情况。在施工期间，为施工人员提供了直观的三维模型，利用AR技术可以让其身临其境，从而使施工人员高效保质的完成施工任务。在整个项目中，为管理人员提供了丰富的项目信息，便于各部门之间的协调和沟通，大大提高了管理效率。在未来，BIM技术与AR技术的结合会在建筑领域的诸多方面发挥作用，为建筑行业增光添彩。

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