張亞飛，魏蘭，李俊豪，趙葳，劉蔚淼

（黑龍江科技大學，黑龍江 哈爾濱 150027）

1 研究背景：

1.1 BIM的現(xiàn)狀及背景

BIM全稱為建筑信息模型。將建筑數(shù)據(jù)信息通過轉(zhuǎn)換后成為三維信息模型，貫穿整個建筑全生命周期；在施工，決策，建立建筑模型等都有著至關重要的作用。具有立體可視化、模擬性、協(xié)調(diào)性、設計管理優(yōu)化、信息統(tǒng)一化的特點，在現(xiàn)今隨建設跨度越來越大，結(jié)構(gòu)越來越復雜；越應該通過BIM充分發(fā)揮智能信息化，現(xiàn)階段是借助大數(shù)據(jù)資源庫，使用數(shù)字化技術來合成一個建筑信息模型；對施工建設進行全生命周期的數(shù)據(jù)化管理與應用，對建筑業(yè)是一個跨時代的進展。在國內(nèi)，BIM是國家“十一五”規(guī)劃中的重點科技項目，起著不可代替的作用，后續(xù)又被納入我國“十二五”規(guī)劃中的重點研究課題，BIM應用目前在我國已漸漸興起，在現(xiàn)在這個信息高度化的社會中，只有牢牢抓住先進的技術和高科技的應用才能占據(jù)更加遼闊的市場發(fā)展前景，在建筑這一行業(yè)中，BIM技術的應用正是一個重要力量。

1.2 AR的現(xiàn)狀及背景

AR技術是將虛擬網(wǎng)絡世界和現(xiàn)實世界進行數(shù)字、圖像的疊加，在現(xiàn)實世界中加入虛擬信息，特定點和虛擬信息互相關聯(lián)，能從不同角度查看虛擬對象，即虛擬對象永遠在標記的頂部。具有非線性時空性，構(gòu)想真實性，打破時空阻礙性，兼具實用性等特點。

在建筑領域利用AR技術，能夠有效的解決施工環(huán)境中的復雜性和不可預測性，項目決策方面、溝通與教學方面、檢查施工現(xiàn)場方面、檢查進度方面、地下工程方面等，能高效準確、低失誤的完成施工作業(yè)工作。

BIM和AR技術有便利性、打斷時空阻礙性、兼并實用性、模擬真實性等特點。在BIM信息模型無法與現(xiàn)實環(huán)境相融和導致建筑信息差異大等問題中，BIM＋AR能夠很好的相融合起來，實現(xiàn)跨領域作業(yè)使建筑的建設成本降低，減少人力物力的消耗，進行高效率的應用。

2 在BIM＋AR技術下智慧建筑方面的應用

目前在國內(nèi)，BIM技術在建筑領域得到了廣泛的應用，很多技術都依托于BIM技術的應用，通過BIM技術創(chuàng)建建筑項目相關的3D模型，可以讓所有項目參與者清楚的了解到項目的相關信息。在建筑行業(yè)，使用相關的BIM技術，可以降低項目施工成本、提高項目的施工質(zhì)量、縮短項目的施工時間。而智慧建筑已然成為未來建筑發(fā)展的必然趨勢，而相對應的智慧樓宇這一概念源于建筑樓宇和先進的信息技術的不斷碰撞融合，通過這一技術，達到便捷、舒適、低成本、高效率的方式對樓宇進行遠程操控，從而達到智慧建筑安全、環(huán)保、便捷的目標。而BIM＋AR這一應用也是智慧建筑的重要組成部分，項目成員對BIM＋AR的了解有限，缺乏經(jīng)驗豐富的BIM＋AR實施者，以及缺乏明確的標準和法規(guī)來推動 BIM＋AR實施都是基于BIM＋AR的能源績效管理面臨的挑戰(zhàn)。在設施管理方面，基于BIM＋AR的設施運維仍面臨挑戰(zhàn)，基于BIM＋AR的設施管理面臨的挑戰(zhàn)包括互操作性不足、對BIM＋AR實施的基本運維原理缺乏了解、投資回報不明確等，這些都是我們需要解決的問題。

智慧城市起源于傳媒領域，全球都在緊鑼密鼓的加強智慧城市的建設，它的核心在于建筑，在這其中綠色建筑則是必不可少的一項。在當今BIM技術廣泛應用到建筑施工中，對于綠色建筑的應用更是必不可少的，BIM技術最顯著的優(yōu)點是應用于綠色設計和可持續(xù)性設計領域。通過使用BIM技術加入到建筑中可以達到最少耗能，并借助通風、布局、采光等達到節(jié)能環(huán)保的作用。選用BIM＋AR技術，可以為設計建筑項目注入新興力量。

低碳建筑是社會對低碳科技的需求，通過BIM＋AR技術的加速整合，使建筑低碳環(huán)保成為了可能。低碳建筑主要目的是達到降低二氧化碳的排放效果，而建筑行業(yè)必須認識到科技驅(qū)動低碳發(fā)展，將以化石能源為基礎的工業(yè)文明用新興的低碳科技來代替，盡量減少化石能源的使用，顛覆建筑行業(yè)舊有的思維，帶來低碳能源的全新革命，使用BIM＋AR技術融入建筑行業(yè)，將極大的提高生產(chǎn)效率、促進設備電氣化。高新技術的快速發(fā)展并加入建筑行業(yè)，使建筑創(chuàng)作發(fā)展為建筑創(chuàng)新，使建筑創(chuàng)新發(fā)展推動智慧建造，面對這一機遇和挑戰(zhàn)，建筑行業(yè)必須加快變革速度。

3 增強現(xiàn)實（AR）及建筑信息模型（BIM）在水利工程中應用優(yōu)勢

3.1 獲得更完備的設計效果體驗

BIM+AR相結(jié)合的模式可以在水利工程常規(guī)施工的過程中彌補可視化的不足，增強AR與水利工程施工過程中的現(xiàn)實性，使得BIM+AR與水利工程三者之間的關系進一步增強，實現(xiàn)真正“三位一體“的直觀表達模型。在水利工程項目的生命周期中，BIM+AR技術可以自主的滲入水利工程的安全、造價和監(jiān)控等各個方面。以水利工程施工過程舉例，施工人員在BIM+AR模型中可以了解到真實環(huán)境與虛擬環(huán)境相結(jié)合的信息，使施工人員能感知到三維虛擬化環(huán)境，而AR效果的存在又會使施工人員不會完全脫離現(xiàn)實的世界，既可以保證項目穩(wěn)步高效的實施，又使項目的危險性和材料的浪費率大大降低。

3.2 在設計方面擁有更加直觀的可視化交流

在BIM+AR三維建模技術的支持下，可以更加精準的了解到水利工程的剖面圖、斷面圖，將整體水利工程的內(nèi)部成分、構(gòu)造等信息參數(shù)具體表達；并且對水利工程的成本投入、質(zhì)檢分析、項目周期控制性等方面存在不可或缺的作用。再加之BIM+AR模型擁有協(xié)調(diào)聯(lián)動化設計，一旦有某個視圖出現(xiàn)錯誤，更改后其他視圖也隨之更改。

3.3 模擬水利工程實際使用情況

BIM+AR模型可以從多角度來模擬水利工程實際使用情況，有效的支撐施工管理過程，并且在模擬運營的過程中出現(xiàn)的加固、改良和塌方等，可以通過BIM+AR技術模型直接分析處理，從而減少后續(xù)人力物力的大量投入。

3.4 增強現(xiàn)實（AR）及建筑信息模型（BIM）技術在水利工程方面的應用

水利工程建筑平臺BIM+AR模型建立是為了展現(xiàn)一個真實描述工程設計的數(shù)字信息模型，將可視化、仿真化、技術化集于一身的工程基礎。水利工程與普通建筑工程的建筑特點有差別，對其建模的方法，結(jié)構(gòu)，順序等要求也會有所不同，因此需要應用BIM+AR技術來對應水利工程在施工階段的標準，進而實現(xiàn)BIM+AR與水利工程在其施工階段不斷修改，不斷完善的作用。

水利工程在結(jié)構(gòu)布局，施工策劃，施工方案的實施，以及施工位置的確定都有著不同程度的難點。在方案預確定階段建立各種建筑的BIM模型及其AR模型，將數(shù)據(jù)與可視化相結(jié)合，通過可視化模型與整體地形相結(jié)合，從而建立完整、可協(xié)調(diào)的總體沙盤，可使施工人員更加直觀的了解到水工建筑物與基本建筑物之間、建筑物與周圍地形之間的限制關系?；诟鞣N數(shù)據(jù)、參數(shù)的BIM+AR模型可以在空間的任一位置實現(xiàn)可視化，協(xié)調(diào)化和現(xiàn)實模擬化，實現(xiàn)預更改、全更改的模式，使每次決策都成為完整可視的沙盤。

4 BIM＋AR技術在水利工程中施工安全管理的應用研究

4.1 BIM＋AR技術在施工安全管理中的研究

在施工過程中，安全問題是不容忽視的一個問題，建筑施工現(xiàn)場是一個動態(tài)且復雜的作業(yè)現(xiàn)場，不論安全教育多完善、管理制度多嚴格，在施工過程中總無法避免許多安全隱患，所以將BIM＋AR技術融入施工作業(yè)中進行施工的安全與質(zhì)量監(jiān)控?；贐IM＋AR技術探測施工模型，可以從三維角度剖析施工項目，從而對施工工藝實現(xiàn)三維可視高新技術交底?；贐IM可視化和AR三維化的動態(tài)模擬施工建造作業(yè)的施工項目、工藝流程，通過這種電子化模擬方式，提前識別工程安全，將施工方案的危險度降到最低，將施工場地布置達到最大安全化，消除安全隱患。利用BIM＋AR技術構(gòu)建、設計出安全施工模型，在施工工程正式進行之前對工程信息進行掌握，利用BIM＋AR的動態(tài)分析功能，及時發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的安全問題，并及時針對安全問題做出相應對策，使施工安全和施工效率達到最高。通過BIM＋AR對施工工藝模擬達到施工方案、施工場地布置方案的優(yōu)化，在施工現(xiàn)場，基于BIM＋AR信息平臺對施工現(xiàn)場進行監(jiān)控，將現(xiàn)場實時動態(tài)作品上傳至云端，通過對違章作業(yè)圖片進行識別而達到施工安全管理，還可以人工智能識別違章行為，通過將違章行為自動抽取歸類達到智能化的現(xiàn)場安全管理，通過這種技術手段，現(xiàn)場工程人員可實時掌握危險作業(yè)狀況，提前將施工風險降到最低。

4.2 BIM+AR技術在水利工程中信息安全管理的應用

BIM+AR技術模型可以在水利工程運營期間為安全檢測工作提供水利建筑物從開始規(guī)劃、設計、進行施工到投入運營的生命周期過程中全部的信息流調(diào)、發(fā)展趨向，為水利工程項目管理者提供了一套完善且高效的數(shù)字化信息安全管理應用平臺，進而對水利工程項目全生命周期的水工建筑物安全實現(xiàn)全信息化監(jiān)測管理，改善了傳統(tǒng)水利工程監(jiān)測的數(shù)據(jù)缺少集成系統(tǒng)化的存儲、分析、應用與管理的問題。在BIM+AR技術高精度的參數(shù)整合模擬過程中，管理者既可以對指定的水工建筑物模型構(gòu)件進行單獨的信息分析，又可以精確監(jiān)測到水利工程項目中全部的水工建筑物所容納的所有信息。BIM+AR技術在水利工程施工安全檢測的過程中最重要的特性是加強現(xiàn)實與虛擬模型信息參數(shù)化。使得整個水利工程可以實現(xiàn)全面的虛擬模型信息參數(shù)化而又不會脫離現(xiàn)實，進而將與現(xiàn)實與模型所相關的所有信息集成化，實現(xiàn)發(fā)現(xiàn)問題同步解決，大大縮減了管理者在日常檢測中所花費的人力、物力，最大程度降低了各水利水工建筑之間信息傳遞、分析和解決過程中所發(fā)生的信息失效性。

4.3 基于BIM+AR技術在水利工程建筑選點方面的應用

基于BIM+AR技術的集成性、可視性，可以模擬出水工建筑物所建筑選點的位置是否具有合理性、可行性。水利位置選點應選在地面起伏小、地勢相對平整且選取點周圍地勢地貌近期不能發(fā)生改變。基于BIM+AR技術所提供的模擬可視化模型以及其集成性的特點，可以有效減少實地勘測所需的數(shù)據(jù)處理時間。且基于BIM+AR技術系統(tǒng)相較與傳統(tǒng)的壩體附近固定點位高清攝像技術來說，基于BIM+AR技術對壩體的受力應力的監(jiān)測更為直觀，監(jiān)測的精準度更高，對數(shù)據(jù)的連續(xù)性處理更加準確，使得水利工程在建筑選點方面的數(shù)據(jù)直觀化、可視化，同樣也為后續(xù)的水工建筑物的施工提供強有力的數(shù)據(jù)分析。

4.4 BIM+AR技術在水利工程使用中安全監(jiān)測的應用

BIM+AR技術可以通過現(xiàn)實立體可視化對水工建筑物進行模型分析，為后期建構(gòu)更高精度的縮放比例模型和對水利工程建筑群的病險監(jiān)測提供真實的可參考數(shù)據(jù)。BIM+AR也可以對水庫、河流、壩體等進行不間斷的監(jiān)測，對水利工程項目范圍內(nèi)實現(xiàn)實時變化情況匯報，通過實時匯報的數(shù)據(jù)情況進而獲得一系列的模型參數(shù)變化情況，如壩體變形、地基沉降、水位變幅等，核驗工程是否存在滑坡、垮塌等重大風險的發(fā)生，便于水利施工人員對水利工程項目安全性評估、預測。還可以通過BIM+AR技術所反饋的信息進而分析水利工程項目周圍的生態(tài)水域安全情況，逐步實現(xiàn)在BIM+AR技術加持下安全管理精確化、系統(tǒng)化，從而滿足社會發(fā)展需要。

4.5 BIM+AR技術在水利工程測量方面的應用

水工建筑物測量作為水利工程規(guī)劃的重要組成部分之一，準確的進行測量工作對水利工程項目的科學性、合理性，具有重大意義。當水工建筑物在水利工程項目中變得錯綜復雜時，其建筑物體表面積，空間距離的測量難度也成倍增加，而基于BIM+AR技術的集成性，模擬可視性，測量方面的問題將迎刃而解。只需要對BIM+AR技術所模擬出的水工建筑物模型進行測量，其數(shù)據(jù)就會被AR技術在相關圖層所顯示出來，使測量問題變得簡單化，進而節(jié)省大量的人力物力進行實體測量，從而確保了數(shù)據(jù)的真實性、精確性。

5 結(jié)語

將BIM＋AR技術運用到水利工程施工的安全管理中，是未來發(fā)展的必然趨勢。在過去施工過程中，施工管理者無法準確對每個施工安全隱患進行把控，BIM＋AR能極好的解決這個問題。BIM＋AR具有專業(yè)性和實用性；極大的提高了安全管理的效率，具有極高的應用研究價值。并且與傳統(tǒng)的靜態(tài)圖紙相比，BIM＋AR動態(tài)圖紙與靜態(tài)施工圖紙的相結(jié)合，能很好的處理對于施工人員曲解施工圖紙和傳統(tǒng)思維而影響施工進度。水利工程是我國重要的戰(zhàn)略發(fā)展事業(yè)，施工安全則是重中之重，對促進我國水利工程發(fā)展的戰(zhàn)略意義重大。