1概述

1.1 BIM概述

建筑信息模型即BIM（Building Information modeling）, 作为建筑全生命周期数据集成管理的技术，盛行至今，已经能够应用于建设项目的各个阶段，辅助项目各个参与方之间的沟通，解决各专业间的碰撞冲突，降低返工成本等。然而，大多数项目都只是将BIM应用于方案实施前期的模拟和分析，并没有将BIM很好的传递到生产现场，原因是难以满足复杂多变的施工现场环境中工人与BIM模型实时交互的需求，而当下AR技术正是解决这种需求的最佳工具。

1.2 AR 概述

增强现实即AR(Augmented Reality)，是在虚拟现实VR（Virtual Reality）的基础上发展起来的，与VR让体验者完全沉浸在虚拟环境中不同的是，AR技术是将计算机搭建的虚拟世界或信息无缝地嵌入到体验者所处的真实环境中，并通过显示工具使真实环境达到现实增强的技术，提高体验者对真实世界的感知能力。AR技术具有现实增强和实时交互两大特性，在国内的研究尚处于起步阶段，仅在建筑、医疗、游戏娱乐、地理信息领域有相当成功的研究成果，例如我们在百度地图APP里面看到的实景地图就是AR应用的一种。

1.3 项目概况

南宁华润中心东写字楼项目，建筑高度为445m，地下3层地上90层。本工程属超高结构，体量大、基坑深、施工场地狭窄、社会关注度高，建成后将成为广西乃至西南地区第一高楼。该工程结构空间尺度逐层收缩，体量变化大，施工难度大且工期紧，每一项技术方案的实施，都深刻影响整体的质量和进度，鉴于工程的特殊性，在项目引进BIM技术的基础上，结合AR技术探求更高效安全的施工现场生产与管理手段，极具研究价值。在项目中，我们将BIM技术与AR技术结合，施工前通过BIM技术优化施工方案并进行三维可视化交底，施工中将虚拟信息和真实环境作叠加实现现场施工指导，并根据现场变化将问题即时记录反馈到三维模型中，以便后期维护和管理，切实弥补BIM技术无法将模型与现场实际进行实时交互的短板，实现了质量控制的优化。

2 BIM与AR结合在质量控制中的应用

施工过程中影响工程质量的因素主要为产品因素、技术因素、参与主体的目标差异和外部环境影响，无论是哪一种因素造成的质量缺陷，都将带来大量的返工，不但影响建筑整体性能还增加工程成本。根据中国建筑设计研究院的一份研究报告，返工现象已成为建筑工程中额外增加成本的一大因素，返工成本占建筑总成本的比例高达12%。建筑行业作为技术水平低、粗放、高能耗的一个典型行业，亟待新兴科技对传统施工理念和流程的升级与改造。

技术因素是保证所有建筑构件质量符合要求的前提，方案的合理性、施工顺序的正确性、施工用料的准确性都会对产品的质量起到关键性影响。传统的施工大都依赖于现场工人的技术经验、技术水平的高低对图纸的理解，这诸多技术因素中有一个不可控，质量缺陷就不可控。

本文从项目实际情况与需求出发，选取极具代表性且具备研究可行性的节点进行探索，在传统施工方案的基础上，结合BIM与AR技术，制定了《基于BIM与AR技术的施工质量控制执行方案》，包括施工前的方案模拟、施工现场的三维指导、施工后的质量检查及施工全过程的动态管理，实现事前控制和事中控制结合、事后及时反馈调整的主动控制管理。

2.1  施工前的方案模拟

通过Revit（土建）、tekla（钢结构）软件对质量控制点创建三维模型，使用Navisworks、 BIM 5D、Lumion、3D max、MAYA等软件，根据施工方案进行三维漫游、碰撞检查、施工模拟、大型设备吊装模拟等，然后用Unity+Vuforia SDK创建允许人机交互的AR场景，根据软件形成的检查报告或者直接识别，找出方案中不合理的地方进行深化设计，直至方案合理可行。

图2.1-1 实现流程

首先，三维模型能够提供直观的建筑成品形态，帮助工人理解图纸，体现了BIM模型可视化的特征；其次，充分利用BIM的模拟性和优化性，模拟施工工序，制作模拟动画；最后通过AR技术将虚拟模型或模拟动画叠加到真实场景中，在我们面前呈现的是一个生动而真实的建筑成品，方便在施工前将方案修改到最佳效果。

图2.1-2 用AR交底

2.2施工现场的三维指导

尽管施工前参建各方已经敲定最佳施工方案，减少了质量缺陷风险，但在现场复杂多变的环境中，如交底培训宣贯不足、测量放线定位不准、紧前工序累计误差过大等，都可能造成现行施工方案的不适应。用AR技术进行三维指导，一方面，在现场实时指导的过程中，能够人机交互进行标记，有利于控制现场的变化情况，并将反馈信息记录下来持续跟踪反馈，管理人员能够根据现场变化及时调整方案；另一方面，有了AR技术，我们只需要图纸或规范，带上手机或平板电脑，便可轻装上阵，因为AR模型不像单纯的BIM模型需要电脑查看，AR模型在软件中经过处理能生成适用移动端的APK程序，显示效果更加真实立体。

图2.1-3 AR展示效果

2.3施工后的质量检查

施工过程中的质量检查都是针对单一构件或专业内部的检查，施工后还应该有整体空间关系的检查。施工过程的现场实况与模型查对一般是现场工人或施工员的自检，在施工完成后还有质量部和监理甚至第三方的检查。此时，提供AR模型作为质量检查的依据，并将AR标记的在现实环境中，能触发虚拟场景的image target贴到相应的构件上，我们对哪个构件有疑问，在现场使用手机或者其他移动设备识别构件上的image target，调出AR模型进行检查。除此之外，如需进一步检查整体空间关系，还可以使用手机或者其他移动设备来识别标记整个房间的image target进行检查。

检查过程中一旦发现问题，现场人员就将问题对应的模型截图，发送给工程部和技术部，待后续进行查改，整个过程的信息传递非常高效、便捷、准确。

2.4 施工全过程的动态管理

BIM 与AR结合在施工质量全过程动态管理中的价值很容易被理解，但施工前的方案模拟、施工中的现场三维指导、施工后的质量检查，都会不断出现新的质量风险。为了达到事前控制的目的，最大限度避免质量缺陷，应将后续工序会出现的问题反馈至前面各工序，在前面各工序中采取应对措施。BIM与AR技术结合在现场质量控制应用中，整个方案实施过程的信息都会在数据库中存储，这些数据不断的被积累最终形成强大的数据库，为后续应用或新建项目提供最大化的经验积累，从而为企业的纵向管理作出贡献。

3 总结及设想

3.1应用总结

BIM与AR结合应用于施工现场质量控制，形成一个从施工开始到施工结束的全过程动态管理，为现场质量控制提供了一种创新的管理模式。现阶段AR技术有效解决了BIM在施工质量控制中的应用缺陷，推动了BIM在建筑全生命周期中的价值体现。

图2.3-2钢构桁架加强层安装后的整体空间关系检查

在南宁华润中心东写字楼项目， BIM与AR结合的应用覆盖了钢结构冲突检测、顶模爬升模拟及冲突检测、管线综合应用、系统培训、土建及钢筋建模培训、管井综合深化、机电与二次结构（圈梁构造柱）冲突检测等。目前为止，总经济效益分析证明共节约工期36.5天，同时也创造了约700万的经济效益。

3.2 AR应用展望

目前AR应用还仅在单一操作面板的水平，如果房间过于复杂或整个建筑包含构件数量庞大，对构件一一标记image target显得过于麻烦。设想在Unity 3D软件中，对Hiar插件进行简单的代码操作，创建UI系统按钮，形成主面板和子集面板，可以将整个房间所有构件的模型都配置到同一个AR资源包中，根据“房间-竖向结构-构件1-钢筋”、“房间-水平结构-构件2-钢筋”的关系逐层打开需要查看的信息，每一个房间仅对应一个image target图片。但是，这样做我们将面临的难题在于AR模型承载的内存过大，对硬件设备的要求非常高，反而不利于AR技术在现场的应用。综上所述，无论是由于BIM的轻量化研究障碍，还是软件产品的专业化程度不足，AR应用研究的道路还很漫长。

图3.2-1 UI系统控制查看AR模型

4 结语

建筑行业是一个信息、技术密集型产业，每一个建筑项目都蕴含着丰富的图纸信息，在传统的“按图施工”管理模式中，施工指导高度依赖图纸，但是图纸无法直观的呈现建筑三维空间形态，需要使用者翻阅大量图纸对照读取信息并依靠个人空间想象力在意识里将二维信息转换为三维形象，导致识图理解、沟通交流、信息储存都存在障碍，尤其对专业知识薄弱的工人是一项极具挑战的工作.而BIM管理理念的提出，切切实实在提升人的认知能力方面将我们从痛苦中解放出来，它在建筑领域中对大量数据的准确读取并可视化表达，深度挖掘并系统的存储将发挥不可估量的作用。尽管BIM技术和AR 技术仍存在很多人为因素或技术因素亟待解决和改进，但它们在施工指导中的应用前景是毋庸置疑的。

（中国建筑第八工程局有限公司广西分公司  供稿）