AR试建模在装配式建筑中的应用

杨雨馨 刘欣 贺新明 谢艳梅 蒋雨琦

◆摘 要：本文通过分析AR的成像建模原理，优缺点和现在装配式建筑的行业现状，市场现状和政策条件发现现有的装配式建筑市场在整个施工过程中有可以进行优化的工序，我们通过装配式建筑的前期准备和现场施工两个角度来比较传统的装配式建筑前期准备和现场施工的工序和结合AR技术后的前期准备和投入生产的优化后的工序并且具体分析如何结合AR技术通过建模来实现优化工序的目的，通过比较我们发现利用AR技术能够通过试建模，预生产，将虚拟与现实完美结合，通过成像原理转化为动画使人能够直观的感受到我们的整个过程的每一步的立体模型，达到我们的研究初衷，通过研究分析我们发现将AR技术结合到装配式建筑中能够极大程度的提高工作效率，降低成本投入，同时也能实现绿色建筑，保护环境的生态目标。

◆关键词：AR技术；装配式建筑；AR建模；检测可行性；预制构件；分部扫描

装配式建筑，是未来建筑行业的发展趋势，这不仅关系到建筑业，更关系到社会上每一个人，包括中国未来的发展和生态环境，但从目前来看，传统的建筑业存在着很多弊端，生产工期长，投入资金过高，安全事故发生率高，灰尘噪音污染环境。AR是一个现在处于正在开发阶段的高科技技术，甚至是未来几十年的重点发展领域，AR有着传统方法无法代替的优点：将虚拟与现实结合，成像到人眼前，它是目前唯一一个可以比BIM技术更加直观立体的科学手段，它能够弥补现有的装配式建筑的弊端，建立模型进行预生产，极大程度的提高生产率，降低废料产生，因此对于研究AR技术如何应用到装配式建筑里，研究AR在装配式建筑中有哪些应用，对未来装配式建筑行业的发展有着重大的理论意义和现实意义。

一、AR在建筑设计中应用

1.AR在建筑设计前期的应用

AR技术虚拟现实空间技术，使设计人员亲身进入设计模型中，直观观测建筑物构造，并进行手动操作，技术人员发现问题并更改，直到设计出理想的建筑物。

（1）设计师客观走进虚拟

AR技术呈现出数字化模型，使设计人员进入虚拟化空间，3D技术将装配式构建安装在三维模型中，模拟实际展现出建造时的不足，及时反馈并修改。提升构造建筑前期准备工作效率。

设计人员利用相应的硬件，进入BIM模型中进行观测，使设计师进入模拟现场预测风险，提高效率，降低成本和风险。AR技术操作更简单方便，更加的简单明了易懂，省去了很多麻烦。

（2）利用AR技术在设计前期可以对项目在虚拟环境中做修改

设计师可以直接进入虚拟世界。生产之前预设出在生产过程中哪个阶段需要哪种材料，预测出生产时每个项目需要的时间，在相应时间提供最新的构件及建造所需材料。节省时间及储存材料利用的空间和费用。

通过AR技术来观测地震、台风、暴雨、洪水等自然灾害对建筑物的影响程度，并预防，建造特定的建筑物来减少这些自然灾害所造成的损失。

AR技术通过数字化后，将数字化的预构件在三维虚拟空间中进行叠加，达到可视化虚拟操作的目的。AR技术使设计人员突破了時间和空间的限制，在虚拟空间中尽情的体验自己的设计，不用担心修改时所带来的成本以及人力物力资源的消耗。

2.利用AR技术提出施工方案

利用AR技术对装配式建筑进行三维建模，这种三维模型图可以投射到平面上，还可以直接投射到空间中，实现虚拟建筑与现实世界的完美融合，只要佩戴相应的AR设备就可看到，并且完全沉浸其中。利用三维模型图对建筑进行模拟施工，提出并不断修改施工方案，使施工方案更贴近现实情况。

利用AR技术进行模拟施工、提出施工方案可以使建设单位和施工单位都可以更加直观地感受到建成后的房屋整体上和细节上的效果；提出施工方案，及时发现施工过程中存在的问题，提出解决方案；有效预测施工过程中可能存在的风险，提出预防方案，降低风险度；可以更加科学、合理地规划施工工期；可以减少不必要的资源浪费，节约资源。

目前来说要想实现这一技术还具有非常多的技术难点，其中AR技术中的镜面成像技术、底层算法、四维光场显示技术、自适应AR技术目前还无法突破；这一技术的时间成本、资金成本和人力成本会很高；在我国，装配式建筑技术还十分不成熟；如果不能保证百分百装配，其操作也会非常复杂；若将三维模型1：1投射到现实空间，其需要的场地很大。目前这些难点都难以突破。

3.利用AR测试项目可行性，降低返工率

现如今建设项目中，因为返工消耗的人材机通常能占总花费的15%及以上。AR技术可以有效解决返工率高的问题，节约资源。

（1）现如今建筑项目返工率高的原因

如下：①bim模型设计软件操作困难；②客户不一定看得懂图纸或者bim模型；③设计师设计完bim模型之后需要多次修改改进，过程繁琐；④设计好的bim模型可能会与实际脱节。

（2）如何利用AR技术测试项目可行性

如下：①设计师用AR设计bim模型；②设计师用AR沉浸式向客户展示bim模型；③设计师与工程师用AR直观修改模型；④设计师用AR模拟测试项目各项性能

（3）利用AR测试项目可行性的优点和缺点

利用AR测试项目可行性的优点：①利用AR技术设计师就可以简洁的将三维的想法设计成三维的模型再建成三维的建筑；②客户带上AR头盔或者眼镜，身临其境的感受，在正式建设项目之前提出问题，省去了来回返工的时间和成本；③设计师可以在虚拟环境中和工程师一起讨论细节；④在三维的建筑中测试的各项性能提高了大大精确度。

利用AR测试项目可行性的缺点：①精度不高；②误差大；③头盔等辅助设备用起来很不方便；④AR设备成本高；⑤有延迟

二、在投入生产时的应用

1.在投入生产时，利用AR设备进行监督

在施工现场时我们将用AR技术进行施工现场的利用和监督，以下用预制构件举例，对于预制构件的安装，我们选择采用AR技术与其传统安装工艺相结合：①首先我们将之前制作的AR模型按照构件的分类及建筑物的层数将其拆分成好几个单个的小模块，如：首层外墙板构造模型A，这个模型A是之前已经制作好的；②根据这个模型A，再利用电脑和已知数据制作出安装的操作过程模型，并将其转化为动画效果，将其投射到平面上进行预演示，根据演示结果B与之前已经有的模型A做比较，看前后两个模型结果是否一致，如果有出入的地方及时作出修改，经过多次修改完毕后，模型B的演示结果已与模型A结果一致，则可投入下一环节；③投入现场空间呈像后，再次预演修改后的模型B，再与模型A做比较，看是否完全一致，根据呈像的结果和问题进行修改，经过多次修改完毕后，空间现场的模型B也已经修改完成；④接着我们便可将其模型B与AR设备结合起来，为负责安装的工人配发调试好的AR设备，我们的调试包括安装的位置，每个连接点分别所在的位置等。

2.AR结合基础扫描技术

对于现浇混凝土建筑等整体建筑来说，装配式建筑极大的提高了施工的作业效率，是未来建筑业的发展趋势。但是在装配式建筑领域上，我国是后起之秀，在许多方面还存在一定的问题。例如在装配建筑的构配件的运输中。装配式构配件具有大件和单一等的特性，一般不可以现场建筑，需要从场外运输。但我国的运输方法还不太完善，常常会造成购配件的不完整。这样就会造成成本大幅度提高，并且延长工期。

AR增强现实是的一种新兴的模拟现实的工具，相较于BIM技术，它可以将现实与虚拟建筑联系起来，具有更强的交互性和能动性。若可以将AR技术应用到装配式建筑中，就可以实时的反应装配式构配件的信息。类似于智慧物流中的快递分拣扫描技术，通过传输分拣信号达到自动分拣的目的。我们可以将建筑物构配件的信息以扫描的方式作为识别信号，键入我们的计算机，传输到我们的AR模拟器上。类似条形码、二维码或者色码扫描，将我们的构配件当做一个条形码或二维码的整体进行扫描。

三、总结

我们利用AR技术和设备的优点充分应用在施工现场中，将虚拟与现实相结合，完美成像于人的眼前，让我们能够直观的感受到进行预设方案时的不足与问题，通过修改，利用AR技术和设备能够提前检验一些问题，比如：构件安装时面临的安装工人的安全问题以及无法判断最为准确的安装位置问题，人工输入构件错误问题等。而现在我们利用AR技术与设备，在施工现场的可变通性极强，随时都能根据施工现场的环境和条件作出相应的预生产试建模方案的调整，利用AR设备降低了工人的施工难度和施工强度，极大程度的保证了工人们的安全问题，极大程度的提高了施工效率，所以我认为利用AR技术与设备无论从经济角度，生产角度还是环保角度都有着极大的优势。