在建筑工程教育中AR（增強現實）技術使用的探索

閆龍

（楊凌職業技術學院，陜西咸陽 712100）

1 引言

現階段BIM有時候被看作為一個純虛擬現實平臺，并沒有幫助學生對現場操作的實際問題進行充分的理解。雖然BIM技術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化給學生，同時缺乏增加和激發學生的興趣手段是建筑工程教育領域面臨的長期挑戰。

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

2 AR技術在可視化BIM教學中的優勢

2.1 提高學生關注度和動機

學生的關注度和動機是學習成效的關鍵因素，因此教學方法的改進的目的是鼓勵積極學習，改變傳統被動的方式。老師會有更多的時間進行創造性的工作，比如課堂開發，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生并促進學生批判性思維、反思和創造力。新的教學方式會增加專業的吸引力，從而提高從業人的整體水平，學生將能夠更快速地成長為優秀的工程師。基于AR的教育在建筑，工程和建筑中有許多應用。例如，學生可以使用AR技術改進地下市政項目挖掘的安全性，并結合地理數據，最大限度降低對地下管道的影響，如圖1。此外，學生可以經業主同意，對現有建筑結構進行延伸，如圖2中，增加一個遮陽篷以改善隔熱效果[1]。

2.2 提高認知學習能力

與純粹的BIM相比，學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給學生，并且可以改善不同領域的協作和溝通，方便學習，教學與評估。課程將會更快更有效地提高學生的認知學習能力和工程開發能力，即工具能力（分析和綜合技能，規劃和組織能力，解決問題，管理信息以及做出決定），個人能力（團隊合作，工作場所人際關系技巧，批判性推理），系統技能（自主學習，領導能力，質量動機）和空間識別技能。學生成為自我激勵，獨立和有能力的專業人士，減少臨時職業培訓成本。

圖1 提高挖掘安全性

圖2 現有結構延伸

2.3 通過AR技術增強BIM的社會價值

通過項目合作，促進教育創業技術（發布新的AR應用程序）的同時，AR可取代部分物理設備，從而消除不必要的安全風險，成本開支和權力。培訓所用的虛擬設備降低了對基礎設施場館，實驗室的依賴。并且可以將物理學習空間轉變為虛擬學習環境，這也讓偏遠地區的學生得以參與。

同時將BIM擴展到設計階段的現場操作是重要一步，是向BIM更高成熟度邁進的重要一步。由于建筑行業目前的專業分化，建筑，結構和施工的BIM模型都各自獨立，而AR技術能夠加強這些模型間的整合，使學生能夠更好地協調設計和現場，并將其應用在項目的生命周期中[2]。

2.4 加深對專業的理解和認知

BIM技術的應用改變了人們對傳統建筑行業的認識，而AR技術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。培養學生如何在設計環節中以更高的效率、更低的成本、更精準的傳達設計意圖，為管理者提供更加直觀的內部結構，更好的掌握工程的動態進度。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致可能返工的情況，一定程度上節約了成本。

我國隨著城市化不斷的深入，更加強調建筑與人文的結合，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。所以從最開始設計的時候，就要培養學生考慮到這些問題，并且利用AR+BIM技術將自己的構想呈現在用戶的面前，能更高效、直接地匯總工程各參與方的意見，達到預期的要求。

3 AR技術在可視化BIM教育中面臨的挑戰

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

4 結語

BIM與AR的結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也會得到相應的發展，雖然目前的軟硬件無法滿足當下的一些想法，但BIM與AR的結合的潛力已經逐漸顯現出來，所以應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。