覃月金 唐際宇 唐閣威 寧華宏

中國建筑第八工程局有限公司廣西分公司 廣西 南寧 530028

1 工程概況

廣西南寧華潤中心東寫字樓項目（圖1）建筑高度為445 m，地下3層、地上90層。工程結(jié)構收縮變化大，施工難度大且工期緊。鑒于工程的特殊性，在項目引進BIM技術的基礎上，結(jié)合AR（增強現(xiàn)實）技術探求更高效、安全的施工現(xiàn)場生產(chǎn)與管理手段，極具研究價值[1-4]。

施工前通過BIM技術優(yōu)化施工方案并進行三維可視化交底，施工中將虛擬信息和真實環(huán)境進行疊加實現(xiàn)現(xiàn)場施工指導，根據(jù)現(xiàn)場變化將問題即時記錄并反饋到三維模型中，以便后期維護和管理，切實彌補BIM技術無法將模型與現(xiàn)場實際進行實時交互的短板，實現(xiàn)質(zhì)量控制的優(yōu)化。

2 BIM與AR技術結(jié)合在質(zhì)量控制中的應用

圖1 項目整體效果圖

施工過程中影響工程質(zhì)量問題的因素主要分為產(chǎn)品質(zhì)量因素、技術質(zhì)量因素、參與主體的目標差異和外部環(huán)境影響，無論是哪種因素造成的質(zhì)量缺陷，都將帶來大量的返工，不但影響建筑整體性能還增加工程成本的負擔。建筑行業(yè)作為技術水平低、粗放、高能耗的一個典型行業(yè)，亟待新興科技對傳統(tǒng)施工理念和流程進行升級與改造。

技術質(zhì)量的合格，應該是保證所有建筑構件質(zhì)量符合要求的前提，技術方案的合理性、施工順序的正確性、施工用料的準確性都會對產(chǎn)品的質(zhì)量起到關鍵性影響。傳統(tǒng)的施工完全依賴于現(xiàn)場工人的技術經(jīng)驗、技術水平以及對圖紙的理解，質(zhì)量缺陷的形成不可控[5-7]。

據(jù)此，從本項目實際情況與需求出發(fā)，選取極具代表性且具備研究可行性的節(jié)點進行探索，在傳統(tǒng)技術施工方案的基礎上，結(jié)合BIM與AR技術，制訂了基于BIM與AR技術的施工質(zhì)量控制執(zhí)行方案，包括施工前的方案模擬、施工現(xiàn)場的三維指導、施工后的質(zhì)量檢查以及施工全過程的動態(tài)管理，實現(xiàn)事前控制和事中控制結(jié)合、事后及時反饋調(diào)整的主動控制管理思維。

2.1 施工前的方案模擬

通過Revit（土建）、Tekla（鋼結(jié)構）軟件對質(zhì)量控制點創(chuàng)建三維模型，使用Navisworks、BIM 5D、Lumion、3Ds Max、MAYA等軟件根據(jù)施工方案進行三維漫游、碰撞檢查、施工模擬、大型設備吊裝模擬等，然后用Unity＋VuforiaSDK創(chuàng)建允許人機交互的AR場景，根據(jù)軟件形成的檢查報告或者直接識別，找出方案中不合理的地方，進行深化設計，直至方案合理可行。

首先，施工過程中，三維模型能夠提供直觀的建筑成品的形態(tài)，幫助工人很好地理解圖紙，體現(xiàn)了BIM模型可視化的特征；其次，我們充分利用BIM的模擬性和優(yōu)化性，模擬施工工序，制作模擬動畫，最后通過AR技術將虛擬模型或模擬動畫疊加到真實場景中（圖2），在我們面前呈現(xiàn)的是一個生動而真實的建筑成品，方便施工方在施工前就將方案修改到最佳效果。

圖2 AR展示效果

2.2 施工現(xiàn)場的三維指導

盡管施工前參建各方已經(jīng)敲定最佳施工方案，減少了質(zhì)量缺陷風險，但在現(xiàn)場復雜多變的環(huán)境中，例如交底培訓宣貫不足、測量放線定位不準、緊前工序累計誤差過大，都可能造成現(xiàn)行施工方案的不適應。通過AR技術進行三維指導，一方面，在現(xiàn)場實時指導的過程中，能夠人機交互進行標記，有利于控制現(xiàn)場的變化情況，并將反饋信息記錄下來持續(xù)跟蹤反饋，管理人員能夠根據(jù)現(xiàn)場變化及時調(diào)整方案。另一方面，有了AR技術，我們只需要一本圖紙或規(guī)范，帶上我們的手機或平板，便可輕裝上陣，因為AR模型不像單純的BIM模型需要電腦查看，AR模型在軟件中經(jīng)過處理能生成移動端適用的程序，而且顯示效果更加真實立體（圖3、圖4）。

2.3 施工后的質(zhì)量檢查

圖3 機電專業(yè)現(xiàn)場安裝的AR指導模型

圖4 封閉式樓梯的AR指導模型

以上施工過程中的質(zhì)量檢查都是針對單一構件或?qū)I(yè)內(nèi)部的檢查，施工后還應該有整體空間關系的檢查，而施工過程的現(xiàn)場實況與模型查對一般是現(xiàn)場工人或施工員的自檢，在施工完成后還有質(zhì)量部和監(jiān)理甚至第三方的檢查。此時，將AR模型提供為質(zhì)量檢查的依據(jù)，并將AR標記的在現(xiàn)實環(huán)境中能觸發(fā)虛擬場景的image target貼到相應的構件上，一旦我們對哪個構件有疑問，便現(xiàn)場使用手機或者其他移動設備識別構件上的image target從而調(diào)出AR模型進行檢查（圖5）。除此之外，如需要進一步檢查整體空間關系，仍可以使用手機或者其他移動設備來識別標記整個房間的image target來進行檢查。

圖5 鋼構桁架加強層安裝后的整體空間關系檢查

檢查過程中一旦發(fā)現(xiàn)問題，現(xiàn)場人員就將問題對應的模型截圖后發(fā)送給工程部和技術部，待后續(xù)的查改。整個過程的信息傳遞非常高效、便捷、準確。

2.4 施工全過程的動態(tài)管理

BIM結(jié)合AR技術在施工質(zhì)量全過程動態(tài)管理中的價值很容易被理解，施工前的方案模擬、施工現(xiàn)場的三維指導、施工后的質(zhì)量檢查，都會不斷出現(xiàn)新的質(zhì)量風險，為了達到事前控制的目的，最大限度地避免質(zhì)量缺陷，應將后續(xù)工序出現(xiàn)的問題反饋至前面各工序。BIM與AR技術結(jié)合在現(xiàn)場質(zhì)量控制的應用中，整個方案實施過程的信息都會在數(shù)據(jù)庫中存儲，這些數(shù)據(jù)不斷地被積累，最終形成強大的數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)應用或新建項目提供最大化的經(jīng)驗積累，從而為企業(yè)的縱向管理做出貢獻。

3 總結(jié)及設想

3.1 應用總結(jié)

BIM與AR技術結(jié)合應用于施工現(xiàn)場質(zhì)量控制，形成一個從施工前到施工后的全過程動態(tài)管理，為現(xiàn)場質(zhì)量控制提供了一種創(chuàng)新的模式?，F(xiàn)階段AR技術切實有效地解決了BIM在施工質(zhì)量控制中的應用缺陷，推動了BIM在建筑全生命周期中的價值體現(xiàn)。

在廣西南寧華潤中心東寫字樓項目中，BIM結(jié)合AR技術的應用覆蓋了鋼結(jié)構沖突檢測、頂模爬升模擬及沖突檢測、管線綜合應用、系統(tǒng)培訓、土建及鋼筋建模培訓、管井綜合深化、機電與二次結(jié)構（圈梁、構造柱）沖突檢測等，目前為止，共節(jié)約工期36.5 d，總經(jīng)濟效益7 501 400元。

3.2 AR應用展望

目前AR應用還僅在單一操作面板的水平上，如果房間過于復雜或整個建筑包含構件數(shù)量龐大，對構件一一標記image target顯得過于麻煩。設想在Unity 3D軟件中，對Hiar插件進行簡單的代碼操作，創(chuàng)建UI系統(tǒng)按鈕，形成主面板和子集面板，可將整個房間所有構件的模型都配置到同一個AR資源包中，根據(jù)“房間—豎向結(jié)構—構件1—鋼筋”“房間—水平結(jié)構—構件2—鋼筋”的關系逐層地打開需要查看的信息，每個房間僅對應一個image target圖片。然而這樣我們將面臨的難題是AR模型承載的內(nèi)存過大，對硬件設備的要求非常高，反而不利于AR技術的現(xiàn)場應用。綜上所述，無論是BIM的輕量化研究障礙，還是軟件產(chǎn)品的專業(yè)化程度不足，AR應用研究的道路還很漫長。

4 結(jié)語

建筑行業(yè)是一個信息、技術密集型產(chǎn)業(yè)，每一個建筑項目都蘊含著豐富的圖紙信息，在傳統(tǒng)的“按圖施工”管理模式中，施工指導高度依賴圖紙，而BIM管理理念的提出，切實地在提升人的認知能力方面將我們從痛苦中解放出來，它在建筑領域中對大量數(shù)據(jù)的準確讀取并可視化表達，深度挖掘并系統(tǒng)地存儲將發(fā)揮不可估量的作用。

盡管BIM或AR技術仍存在很多人為因素或技術因素亟待解決和改進，但在施工指導中的應用前景是毋庸置疑的。