AR試建模在裝配式建筑中的應用

楊雨馨 劉欣 賀新明 謝艷梅 蔣雨琦

◆摘 要：本文通過分析AR的成像建模原理，優缺點和現在裝配式建筑的行業現狀，市場現狀和政策條件發現現有的裝配式建筑市場在整個施工過程中有可以進行優化的工序，我們通過裝配式建筑的前期準備和現場施工兩個角度來比較傳統的裝配式建筑前期準備和現場施工的工序和結合AR技術后的前期準備和投入生產的優化后的工序并且具體分析如何結合AR技術通過建模來實現優化工序的目的，通過比較我們發現利用AR技術能夠通過試建模，預生產，將虛擬與現實完美結合，通過成像原理轉化為動畫使人能夠直觀的感受到我們的整個過程的每一步的立體模型，達到我們的研究初衷，通過研究分析我們發現將AR技術結合到裝配式建筑中能夠極大程度的提高工作效率，降低成本投入，同時也能實現綠色建筑，保護環境的生態目標。

◆關鍵詞：AR技術；裝配式建筑；AR建模；檢測可行性；預制構件；分部掃描

裝配式建筑，是未來建筑行業的發展趨勢，這不僅關系到建筑業，更關系到社會上每一個人，包括中國未來的發展和生態環境，但從目前來看，傳統的建筑業存在著很多弊端，生產工期長，投入資金過高，安全事故發生率高，灰塵噪音污染環境。AR是一個現在處于正在開發階段的高科技技術，甚至是未來幾十年的重點發展領域，AR有著傳統方法無法代替的優點：將虛擬與現實結合，成像到人眼前，它是目前唯一一個可以比BIM技術更加直觀立體的科學手段，它能夠彌補現有的裝配式建筑的弊端，建立模型進行預生產，極大程度的提高生產率，降低廢料產生，因此對于研究AR技術如何應用到裝配式建筑里，研究AR在裝配式建筑中有哪些應用，對未來裝配式建筑行業的發展有著重大的理論意義和現實意義。

一、AR在建筑設計中應用

1.AR在建筑設計前期的應用

AR技術虛擬現實空間技術，使設計人員親身進入設計模型中，直觀觀測建筑物構造，并進行手動操作，技術人員發現問題并更改，直到設計出理想的建筑物。

（1）設計師客觀走進虛擬

AR技術呈現出數字化模型，使設計人員進入虛擬化空間，3D技術將裝配式構建安裝在三維模型中，模擬實際展現出建造時的不足，及時反饋并修改。提升構造建筑前期準備工作效率。

設計人員利用相應的硬件，進入BIM模型中進行觀測，使設計師進入模擬現場預測風險，提高效率，降低成本和風險。AR技術操作更簡單方便，更加的簡單明了易懂，省去了很多麻煩。

（2）利用AR技術在設計前期可以對項目在虛擬環境中做修改

設計師可以直接進入虛擬世界。生產之前預設出在生產過程中哪個階段需要哪種材料，預測出生產時每個項目需要的時間，在相應時間提供最新的構件及建造所需材料。節省時間及儲存材料利用的空間和費用。

通過AR技術來觀測地震、臺風、暴雨、洪水等自然災害對建筑物的影響程度，并預防，建造特定的建筑物來減少這些自然災害所造成的損失。

AR技術通過數字化后，將數字化的預構件在三維虛擬空間中進行疊加，達到可視化虛擬操作的目的。AR技術使設計人員突破了時間和空間的限制，在虛擬空間中盡情的體驗自己的設計，不用擔心修改時所帶來的成本以及人力物力資源的消耗。

2.利用AR技術提出施工方案

利用AR技術對裝配式建筑進行三維建模，這種三維模型圖可以投射到平面上，還可以直接投射到空間中，實現虛擬建筑與現實世界的完美融合，只要佩戴相應的AR設備就可看到，并且完全沉浸其中。利用三維模型圖對建筑進行模擬施工，提出并不斷修改施工方案，使施工方案更貼近現實情況。

利用AR技術進行模擬施工、提出施工方案可以使建設單位和施工單位都可以更加直觀地感受到建成后的房屋整體上和細節上的效果；提出施工方案，及時發現施工過程中存在的問題，提出解決方案；有效預測施工過程中可能存在的風險，提出預防方案，降低風險度；可以更加科學、合理地規劃施工工期；可以減少不必要的資源浪費，節約資源。

目前來說要想實現這一技術還具有非常多的技術難點，其中AR技術中的鏡面成像技術、底層算法、四維光場顯示技術、自適應AR技術目前還無法突破；這一技術的時間成本、資金成本和人力成本會很高；在我國，裝配式建筑技術還十分不成熟；如果不能保證百分百裝配，其操作也會非常復雜；若將三維模型1：1投射到現實空間，其需要的場地很大。目前這些難點都難以突破。

3.利用AR測試項目可行性，降低返工率

現如今建設項目中，因為返工消耗的人材機通常能占總花費的15%及以上。AR技術可以有效解決返工率高的問題，節約資源。

（1）現如今建筑項目返工率高的原因

如下：①bim模型設計軟件操作困難；②客戶不一定看得懂圖紙或者bim模型；③設計師設計完bim模型之后需要多次修改改進，過程繁瑣；④設計好的bim模型可能會與實際脫節。

（2）如何利用AR技術測試項目可行性

如下：①設計師用AR設計bim模型；②設計師用AR沉浸式向客戶展示bim模型；③設計師與工程師用AR直觀修改模型；④設計師用AR模擬測試項目各項性能

（3）利用AR測試項目可行性的優點和缺點

利用AR測試項目可行性的優點：①利用AR技術設計師就可以簡潔的將三維的想法設計成三維的模型再建成三維的建筑；②客戶帶上AR頭盔或者眼鏡，身臨其境的感受，在正式建設項目之前提出問題，省去了來回返工的時間和成本；③設計師可以在虛擬環境中和工程師一起討論細節；④在三維的建筑中測試的各項性能提高了大大精確度。

利用AR測試項目可行性的缺點：①精度不高；②誤差大；③頭盔等輔助設備用起來很不方便；④AR設備成本高；⑤有延遲

二、在投入生產時的應用

1.在投入生產時，利用AR設備進行監督

在施工現場時我們將用AR技術進行施工現場的利用和監督，以下用預制構件舉例，對于預制構件的安裝，我們選擇采用AR技術與其傳統安裝工藝相結合：①首先我們將之前制作的AR模型按照構件的分類及建筑物的層數將其拆分成好幾個單個的小模塊，如：首層外墻板構造模型A，這個模型A是之前已經制作好的；②根據這個模型A，再利用電腦和已知數據制作出安裝的操作過程模型，并將其轉化為動畫效果，將其投射到平面上進行預演示，根據演示結果B與之前已經有的模型A做比較，看前后兩個模型結果是否一致，如果有出入的地方及時作出修改，經過多次修改完畢后，模型B的演示結果已與模型A結果一致，則可投入下一環節；③投入現場空間呈像后，再次預演修改后的模型B，再與模型A做比較，看是否完全一致，根據呈像的結果和問題進行修改，經過多次修改完畢后，空間現場的模型B也已經修改完成；④接著我們便可將其模型B與AR設備結合起來，為負責安裝的工人配發調試好的AR設備，我們的調試包括安裝的位置，每個連接點分別所在的位置等。

2.AR結合基礎掃描技術

對于現澆混凝土建筑等整體建筑來說，裝配式建筑極大的提高了施工的作業效率，是未來建筑業的發展趨勢。但是在裝配式建筑領域上，我國是后起之秀，在許多方面還存在一定的問題。例如在裝配建筑的構配件的運輸中。裝配式構配件具有大件和單一等的特性，一般不可以現場建筑，需要從場外運輸。但我國的運輸方法還不太完善，常常會造成購配件的不完整。這樣就會造成成本大幅度提高，并且延長工期。

AR增強現實是的一種新興的模擬現實的工具，相較于BIM技術，它可以將現實與虛擬建筑聯系起來，具有更強的交互性和能動性。若可以將AR技術應用到裝配式建筑中，就可以實時的反應裝配式構配件的信息。類似于智慧物流中的快遞分揀掃描技術，通過傳輸分揀信號達到自動分揀的目的。我們可以將建筑物構配件的信息以掃描的方式作為識別信號，鍵入我們的計算機，傳輸到我們的AR模擬器上。類似條形碼、二維碼或者色碼掃描，將我們的構配件當做一個條形碼或二維碼的整體進行掃描。

三、總結

我們利用AR技術和設備的優點充分應用在施工現場中，將虛擬與現實相結合，完美成像于人的眼前，讓我們能夠直觀的感受到進行預設方案時的不足與問題，通過修改，利用AR技術和設備能夠提前檢驗一些問題，比如：構件安裝時面臨的安裝工人的安全問題以及無法判斷最為準確的安裝位置問題，人工輸入構件錯誤問題等。而現在我們利用AR技術與設備，在施工現場的可變通性極強，隨時都能根據施工現場的環境和條件作出相應的預生產試建模方案的調整，利用AR設備降低了工人的施工難度和施工強度，極大程度的保證了工人們的安全問題，極大程度的提高了施工效率，所以我認為利用AR技術與設備無論從經濟角度，生產角度還是環保角度都有著極大的優勢。