在建筑工程教育中AR（增強現(xiàn)實）技術(shù)使用的探索

閆龍

【摘 要】建筑信息模型（BIM）早已被用于建筑工程和建筑教育中，但現(xiàn)階段的BIM相應(yīng)的課程教學(xué)也存在一系列的缺點，如學(xué)生不熟悉現(xiàn)場操作和決策過程。通過增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)為解決BIM可視化教育創(chuàng)新提供了可能性。

【Abstract】Building information model （BIM） has been used in architectural engineering and architecture education for a long time， but at the present stage， the corresponding course teaching of BIM has a series of shortcomings， such as the students are not familiar with the field operation and decision-making process. The technology of augmented reality （AR） provides the possibility of solving the innovation of BIM visualization education.

【關(guān)鍵詞】建筑信息模型（BIM）；增強現(xiàn)實技術(shù)（AR）；教育；建筑施工

【Keywords】building information model （BIM）； augmented reality technology （AR）； education； building construction

【中圖分類號】G434 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）09-0189-02

1 引言

現(xiàn)階段BIM有時候被看作為一個純虛擬現(xiàn)實平臺，并沒有幫助學(xué)生對現(xiàn)場操作的實際問題進行充分的理解。雖然BIM技術(shù)有益于施工過程管理和模擬，但是例如Revit和Catia這樣的BIM平臺并沒有將真實的物理模型和工程問題轉(zhuǎn)化給學(xué)生，同時缺乏增加和激發(fā)學(xué)生的興趣手段是建筑工程教育領(lǐng)域面臨的長期挑戰(zhàn)。

本文認為上述問題可以通過其他技術(shù)來實現(xiàn)更好的可視化BIM，例如增強現(xiàn)實（AR）。本文將側(cè)重于互動和豐富學(xué)習(xí)資源（練習(xí)、項目游戲化），而不是被動來源，例如教學(xué)視頻。本文將對AR技術(shù)在建筑工程BIM教育中的應(yīng)用進行初步探索，并提出了對未來方向的思考。

2 AR技術(shù)在可視化BIM教學(xué)中的優(yōu)勢

2.1 提高學(xué)生關(guān)注度和動機

學(xué)生的關(guān)注度和動機是學(xué)習(xí)成效的關(guān)鍵因素，因此教學(xué)方法的改進的目的是鼓勵積極學(xué)習(xí)，改變傳統(tǒng)被動的方式。老師會有更多的時間進行創(chuàng)造性的工作，比如課堂開發(fā)，課堂準備，研究性工作。老師能夠提供更有針對性的個人反饋給學(xué)生并促進學(xué)生批判性思維、反思和創(chuàng)造力。新的教學(xué)方式會增加專業(yè)的吸引力，從而提高從業(yè)人的整體水平，學(xué)生將能夠更快速地成長為優(yōu)秀的工程師。基于AR的教育在建筑，工程和建筑中有許多應(yīng)用。例如，學(xué)生可以使用AR技術(shù)改進地下市政項目挖掘的安全性，并結(jié)合地理數(shù)據(jù)，最大限度降低對地下管道的影響，如圖1。此外，學(xué)生可以經(jīng)業(yè)主同意，對現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)進行延伸，如圖2中，增加一個遮陽篷以改善隔熱效果[1]。

2.2 提高認知學(xué)習(xí)能力

與純粹的BIM相比，學(xué)生的感覺是與真實世界的信息和物體分離的。通過AR為可視化BIM提供了真實的模型信息，將項目問題和決策過程更好地呈現(xiàn)給學(xué)生，并且可以改善不同領(lǐng)域的協(xié)作和溝通，方便學(xué)習(xí)，教學(xué)與評估。課程將會更快更有效地提高學(xué)生的認知學(xué)習(xí)能力和工程開發(fā)能力，即工具能力（分析和綜合技能，規(guī)劃和組織能力，解決問題，管理信息以及做出決定），個人能力（團隊合作，工作場所人際關(guān)系技巧，批判性推理），系統(tǒng)技能（自主學(xué)習(xí)，領(lǐng)導(dǎo)能力，質(zhì)量動機）和空間識別技能。學(xué)生成為自我激勵，獨立和有能力的專業(yè)人士，減少臨時職業(yè)培訓(xùn)成本。

2.3 通過AR技術(shù)增強BIM的社會價值

通過項目合作，促進教育創(chuàng)業(yè)技術(shù)（發(fā)布新的AR應(yīng)用程序）的同時，AR可取代部分物理設(shè)備，從而消除不必要的安全風(fēng)險，成本開支和權(quán)力。培訓(xùn)所用的虛擬設(shè)備降低了對基礎(chǔ)設(shè)施場館，實驗室的依賴。并且可以將物理學(xué)習(xí)空間轉(zhuǎn)變?yōu)樘摂M學(xué)習(xí)環(huán)境，這也讓偏遠地區(qū)的學(xué)生得以參與。

同時將BIM擴展到設(shè)計階段的現(xiàn)場操作是重要一步，是向BIM更高成熟度邁進的重要一步。由于建筑行業(yè)目前的專業(yè)分化，建筑，結(jié)構(gòu)和施工的BIM模型都各自獨立，而AR技術(shù)能夠加強這些模型間的整合，使學(xué)生能夠更好地協(xié)調(diào)設(shè)計和現(xiàn)場，并將其應(yīng)用在項目的生命周期中[2]。

2.4 加深對專業(yè)的理解和認知

BIM技術(shù)的應(yīng)用改變了人們對傳統(tǒng)建筑行業(yè)的認識，而AR技術(shù)將有效填補可視化平臺管理上的缺失，從而為工程的管理提供更直觀的操作。培養(yǎng)學(xué)生如何在設(shè)計環(huán)節(jié)中以更高的效率、更低的成本、更精準的傳達設(shè)計意圖，為管理者提供更加直觀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，更好的掌握工程的動態(tài)進度。這樣用戶也可以從認知功能上受益，改善工作記憶容量來減少認知負荷，從而使工作人員能更有效地進行工作，這也可以在一定程度上降低施工中因身體疲勞而造成的人員傷亡。隨著工人的心理工作負荷減少，可以減輕由于失誤而導(dǎo)致可能返工的情況，一定程度上節(jié)約了成本。

我國隨著城市化不斷的深入，更加強調(diào)建筑與人文的結(jié)合，人們對建筑的要求不再只是居住，而是希望生活在一個自然、和諧、舒適的空間中。所以從最開始設(shè)計的時候，就要培養(yǎng)學(xué)生考慮到這些問題，并且利用AR+BIM技術(shù)將自己的構(gòu)想呈現(xiàn)在用戶的面前，能更高效、直接地匯總工程各參與方的意見，達到預(yù)期的要求。

3 AR技術(shù)在可視化BIM教育中面臨的挑戰(zhàn)

第一，模型通常包含大量數(shù)據(jù)，甚至小體量的模型也很難上傳至當(dāng)前的教學(xué)管理系統(tǒng)；第二，如何在建筑類教學(xué)過程中將實體與虛擬聯(lián)系起來也是一個挑戰(zhàn)；第三，需要使用較復(fù)雜的可視化技術(shù)來消除虛擬與實體間的阻隔，以便學(xué)生獲得真正的現(xiàn)場操作感[3]；第四，教育工作者必須不斷思考如何在使用BIM+AR教學(xué)模塊化的過程中避免知識的重復(fù)以及學(xué)生的倦怠感。

4 結(jié)語

BIM與AR的結(jié)合可以為建筑工程提供更精確的直觀的模型，信息表達更直觀準確[4]，更能幫助學(xué)生了解工程的整個生命周期，更有實際工程的參與感。隨著科技的不斷進步，BIM和AR也會得到相應(yīng)的發(fā)展，雖然目前的軟硬件無法滿足當(dāng)下的一些想法，但BIM與AR的結(jié)合的潛力已經(jīng)逐漸顯現(xiàn)出來，所以應(yīng)該開始著手研究并為在未來的建筑教育中廣泛實施這個強大平臺鋪平道路。

【參考文獻】

【1】H.-L. Chi， S.-C. Kang， X. Wang. Research trends and opportunities of augmented reality applications in architecture， engineering， and construction[J]. Autom. Constr， 2013 （33） ：116–122.

【2】X. Wang， M. Truijens， L. Hou， Y. Wang， Y. Zhou.Integrating Augmented Reality with Building Information Modeling： Onsite construction process controlling for liquefied natural gas industry[J]， Autom. Constr，2014 （ 40）： 96–105.

【3】杜長亮. BIM和AR技術(shù)結(jié)合在施工現(xiàn)場應(yīng)用研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2014.

【4】王廷魁，胡攀輝.基于BIM與AR的施工指導(dǎo)應(yīng)用與評價[J].施工技術(shù)，2015，44（06）：54-58.