基于MR+BIM 技术的信息化建筑工程应用研究*

王晓亮，杜志芳（河北软件职业技术学院 河北 保定 071000）

0 引言

将现实世界和虚拟世界相融合的可视化环境就是混合现实（MR）技术，运用计算机的信息处理能力，将虚拟数字信息叠加在现实环境中，做到现实世界和虚拟世界的相联系[1]。通过空间定位、人机交互、全息投影以及传感技术之间的结合联系，实现混合现实技术，使用户体验有着实中有虚、虚中有实的感觉。用户既能感知现实物理世界的实体事物，又能获取该实体事物在虚拟数字世界中的信息，实现现实世界与虚拟世界的实时交互，增强用户的信息获取能力。

BIM 全称建筑信息模型，BIM 被国际标准组织设施信息委员会定义为：数字化的表现形式是物理设施、功能特性和相关项目生命周期信息的开放行业标准，其重要价值是为项目决策提供信息基础和更好的完成项目[2]。多维设计的建筑信息模型已经取代传统建筑工程行业的2D 设计，更加直观的展示建筑工程信息，提高了建筑工程各环节的工作效率。

MR+BIM 技术的信息化建筑工程应用，即建筑信息模型中的数据与用户的一系列操作进行同步交互，使建筑信息模型技术中的数字信息在混合现实技术的基础上同步作用于现实物理世界中，实现BIM 技术的可视化。在建筑工程领域中，目前关于混合现实技术的应用研究并不成熟，大多数学者也只是在AR+BIM 的基础上对建筑工程进行研究，然而MR 比AR 具有实时性、可视性、交互性的优点，更能把建筑信息模型的实用价值体现出来。所以，要深入研究MR+BIM 技术结合的信息化建筑工程。

1 运用混合现实（MR）技术的优势

1.1 MR比VR、AR 更具优势

将MR 与VR 的进行比较，VR 技术使用户沉浸在虚拟环境之中，而MR 技术则是把现实世界与虚拟世界相融合，用户既能体验现实物理世界的实体，还能得到该对象在虚拟数字世界中的信息，实现现实世界与虚拟世界的实时交互，并且，MR 技术的发展已经成熟，可以做到把小型计算机嵌入到移动设备中，用户在使用过程中可以更灵活的活动。虽然，MR 技术和AR 技术的差别不大，但是，在信息呈现方式上，MR 技术的功能性更强大，给用户的体验感更真实，因为MR 技术的虚拟数字信息还能给用户进行实时的交互反馈。总之，MR 技术是AR 与VR 技术的优点集合，在多方面使用上的优势更明显。

1.2 MR 技术在建筑工程领域的应用点

建筑工程领域要实现信息化施工，首先要建设好软件层面，其次需要强大的硬件平台作支撑。MR设备与AR、VR 设备相比，在交互性、可视性、实时性方面更具优势，强大的MR 技术在建筑工程领域更具有实用性，主要的应用点在以下3 个方面：

（1） MR 呈现的虚拟数据更加直观、立体，三维的全息投影取代了二维的显示屏；

（2） 设计效果同步呈现，方便专业人员交流设计信息、促进工作效率的提高；

（3） 建筑工程领域强大的生产工具是MR 计算能力，运用MR 设备对采集的数据进行实时处理并反馈。

2 运用建筑信息模型（BIM）的优势

2.1 可视化

传统的建筑工程图纸是平面的、抽象的，建筑信息模型可以把它转化为立体的、直观的，更能清晰的了解工程相关信息。在项目建设全过程，要实现可视化，就要运用建筑信息模型的优势，即一种能够同构建之间形成互动和反馈的可视[3]。所以，为了提高建筑工程项目的效率，就必须把设计初期到运营完成整套工作流程在可视化的监视下完成。

2.2 协调性

建筑工程工作人员沟通不畅是在工程领域常见的问题，当需要协调沟通时，就要将相关人员组织起来开会协调，找出问题的原因，及时采取对应的解决措施。在整个过程中，不仅浪费了大量的人力、物力、时间成本，最重要的是延缓项目进度和影响了工程建设完成的效率。使用建筑信息模型技术是解决协调性问题的有效方法。例如，在项目工程启动时，首先搭建建筑信息模型共享数据库，然后统一管理，各方在使用时的所有数据信息都在建筑信息模型中显示出来，所有工程人员都可以查看最新的项目数据，最后在各方的配合下，实现高度协同管理。

2.3 优化性

要优化好BIM 建筑工程从设计初期到运营维护等各环节。BIM 为工程人员提供了建筑的全方位信息，在此信息基础上进行综合分析，找到科学合理的方案[4]。建筑信息模型技术可以使建筑工程全过程的数据信息保持一致，将三维模型参数化的优势，可以在项目前期就修改工程信息，还不影响建筑工程所有信息保持一致。

3 BIM 信息化技术在建筑工程中的应用表现

3.1 基于BIM 信息化技术的数据集成

在工程项目刚启动时，要运用建筑信息模型建立一个工程数据源，把所有数据信息收集起来，统一管理，解决信息封闭的问题。在项目全过程中，所有参与人员使用的是同一个工程数据源，可以确保数据信息的一致性。建筑信息模型包含了项目全部的信息，并且所有关键信息各方都可以实时获得，并进行信息交流、共享。从而提高工程项目进度，从而解决传统平面模式信息交流的不对称和应用系统的信息孤立的问题。

3.2 基于BIM 信息化技术的协同办公

提高建筑工程的工作效率和质量有赖于协同设计的实现，在统一的集成平台上进行数据信息的协同办公，各参与方在同一集成平台下进行项目设计。将BIM 三维模型的虚拟数据交互于现实物理世界中，避免在建筑工程中的重复，优化设计方案，及时调整工程项目的设计。

3.3 基于BIM 信息化技术的数据关联及逻辑整合

根据建筑信息三维模型所生成的图文信息，将图文信息与模型关联，该模型的信息变动会影响与之关联数据的更新。例如，在项目设计过程中，创建一个对象，它与该模型存在关联，所以该对象发生变动，其关联的数据也会发生变化。从各专业的统一信息模型中，获取相关的设计参数及信息，对应的信息被修改，随之相关的信息也会更新，避免重复录入数据，减少在低价值上的重复劳动，集中精力在项目的关键问题上。

3.4 基于BIM 信息化技术的施工及管理

在工程施工阶段，BIM 信息化技术提供的信息比传统建筑工程更多，且优化了建筑质量、加快进度、节省成本等。利用BIM 技术进行施工管理，实现了动态集成管理及可视化模拟管理。项目各方进行有效沟通，将施工运营成本降到最低，优化施工规划，改善时间与资金的不足。最终促进工程质量的提高，施工的顺利完成。

4 MR+BIM 在信息化建筑工程中的应用研究

4.1 协同化模型设计

在工程建设过程中，通常以计算机图纸来完成设计流程，各专业设计人员遇到问题时，交流的手段有限，只能传递图文信息，信息传递没有实现实时、立体性，这严重阻碍了我国建筑行业的高效发展。随着BIM 模型的广泛应用，节省了设计流程的时间，促进工作效率的提高，所有的数据信息都可以通过三维模型来传递，信息呈现实时、立体。基于在同一个建筑信息模型数据库工作，各专业人员对数据库的一系列操作，数据信息同步更新，基本实现协同办公。但是，不管是BIM 技术设计，还是CAD 技术设计，两者都存在一个难以解决的问题，即三维数据模型在BIM 中虽然也可以实现，但显示手段仍为二维显示屏，假如建筑工程的规模特别大，那么就会有大量的项目信息需要显示，直观的呈现大量信息是传统二维显示技术无法做到的，这导致整体的工作效率无法提高。

例如，在传统的BIM 设计中，设计人员分散在不同的办公地点，无法统一在同一模型内进行一系列的操作。MR 设备的工程应用为建筑工程项目提供了一个三维的显示平台，各专业设计人员即使在不同的地点办公，MR 设备也能使他们在同一虚拟数字环境中，对工程项目建设进行同步办公。MR 设备实现了虚拟数据与现实环境的交互，解决了BIM 技术的核心问题，即二维显示转变为三维全息投影，使得项目问题更加直观、立体。同时，甲方与乙方可以借助MR 设备对项目施工的难疑点进行实时的交流讨论，及时的采取措施，提高了工作效率。

4.2 信息化现场施工

AR 技术不能处理复杂多变的施工环境，因为此技术只能将虚拟数字信息简单的作用在现实物理世界的实体上，无法完成人机的实时交互。基于AR、BIM 技术的基础上，通过实地调查施工环境进行分析研究，总结出一套完整的指导现场施工的方法[5]。首先在MR 设备上呈现虚拟数字信息，作用于现实物理世界，实现人机的同步交互。然后，在施工时，每位工程人员佩戴一套MR 设备，该设备相当于小型的BIM 数据库，数据库中的虚拟信息与现场施工状况的查看，每位工程人员随时都可以调用、比较，接着再根据现场施工情况对数据库中的虚拟信息进行修改，实现了现实世界和虚拟世界的交互。MR 设备既可以接收虚拟数字信息，还是将采集到的数据进行反馈，由此可见MR 设备强大的交互能力。保存项目重要的信息以及运用MR+BIM 工具是信息化施工的核心目标。

4.3 高效化运营维护

在项目运营维护阶段，建筑信息模型技术使得工程人员摆脱了杂乱无章的数据手册，数据信息在该模型中是以直观、立体的方式呈现，有利于运营维护工作的开展。但由于虚拟数据信息量巨大，现今仍无法实现虚拟数据与真实物理世界的同步交互，而且虚拟数据无法直观的展示存在的问题，使得该技术在工程运行维护方面还较少的使用。由此可知，MR 设备其实是运营维护建筑信息模型数据和真实世界同步交互的一条通道。在实际工程项目运营维护的过程中，专业维修人员利用MR 设备调用建筑信息模型云数据库中的虚拟数据信息，并查看相关数据信息，然后将同等比例的实体空间放置在该模型中，专业维修人员可以直观的找到问题原因所在，方便采取合理的维修方式。专业维修人员只需要一台MR 设备就可以对设备运行数据进行处理，实时监控设备运行数据的状态，有利于信息获取能力的提高。

5 结语

中国的工程建设规模是全球最大的，工程建设规模的扩大导致结构形式的复杂性，运用好MR+BIM 技术可使企业在建设超大型工程时规避一些不必要的技术风险、管理风险。BIM 技术奠定了MR 设备在信息化建筑工程领域的应用地位，MR 设备又挖掘了BIM 的应用潜力，二者相互促进、相互成就。MR+BIM 技术的结合为信息化建筑工程领域带来无限的可能，积极探索MR+BIM技术的应用研究，为我国建设工程项目带来变革，满足工程市场的巨大需求。