分析AR+BIM在變電站工程施工中的應(yīng)用

　　 摘要： 變電站通常由變壓器、互感器、開關(guān)設(shè)備、防雷設(shè)備以及各種管線構(gòu)成，在新時代提出的新要求下，施工全程必須處于“全面可控”的狀態(tài)下。本文分析了變電站工程施工中 AR+BIM 技術(shù)的實現(xiàn)路徑，分別從 AR 室內(nèi)管線印證檢測、 AR 室內(nèi)全面布置預(yù)覽、實景與 BIM 5D 的結(jié)合運用等方面加以介紹，以供參考。

　　關(guān)鍵詞：增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù);建筑信息模型;結(jié)合運用;變電站工程施工

　　引言：AR即為增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)，原理為通過實時計算攝影機(jī)影像位置及角度，并配以相應(yīng)的圖像;該技術(shù)的目標(biāo)在于，在顯示屏中，使“虛擬世界”與現(xiàn)實世界產(chǎn)生聯(lián)系，進(jìn)而實現(xiàn)互動。目前，人們圍繞變電站變換、接收、分配電能的能力構(gòu)建了新的標(biāo)準(zhǔn)，在相關(guān)工程中運用AR+BIM技術(shù)，能夠大幅度提高工程質(zhì)量。

　　1 變電站工程施工中AR+BIM技術(shù)的實現(xiàn)路徑簡析

　　在現(xiàn)代建筑工程中，BIM(虛擬建筑信息模型)技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，即以工程項目的各項相關(guān)信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建出虛擬模型，在成功設(shè)置相關(guān)參數(shù)后，可以通過數(shù)字信息仿真系統(tǒng)，模擬出目標(biāo)所具有的各項真實信息。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合AR增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)，將真實的數(shù)字通過一種特定的轉(zhuǎn)換方式，進(jìn)一步虛擬出真實性極高的場景，從而使應(yīng)用者仿佛置身于目標(biāo)區(qū)域，在提高感受的同時，達(dá)到提高工程施工效率、保證質(zhì)量的目的。

　　AR與BIM兩項技術(shù)盡管具備一定的關(guān)聯(lián)性，但二者之間的相互結(jié)合并非易事。主要難點在于，幾乎容納全部工程數(shù)據(jù)的BIM虛擬模型，需要采用何種方式，方可全面轉(zhuǎn)化并最終融入AR場景中。目前，一種較為成熟的技術(shù)實現(xiàn)路徑在于：①以Unity引擎為基本，構(gòu)建三維立體直角坐標(biāo)框架;②將AR圖像識別的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為“全部基于測量控制網(wǎng)坐標(biāo)位置關(guān)系”;③按照上述思路，通過AR技術(shù)捕獲及處理的所有虛擬場景數(shù)據(jù)信息，均同時包含x、y、z三個維度的標(biāo)識(包含具體方向);④將BIM虛擬信息模型轉(zhuǎn)換為IFC格式，使之與AR技術(shù)“兼容”。如此一來，變電站工程施工中呈現(xiàn)出的具體情況在于：技術(shù)人員隨身攜帶移動終端設(shè)備(該設(shè)備具備實施掃描及信息傳遞以及成像功能)，在人員移動或是調(diào)整設(shè)備“視線”的過程中，已經(jīng)標(biāo)注在BIM模型中的每一個重要點位，均會借由AR智能圖像識別功能清晰呈現(xiàn)，從而達(dá)到實施印證以及精細(xì)化施工的目的[1]。

　　2 變電站工程施工中AR+BIM的具體應(yīng)用

　　2.1AR+BIM在變電站室內(nèi)施工中的運用

　　2.1.1AR室內(nèi)管線印證檢測法

　　變電站是一類改變電壓、控制和分配電能的場所;此外，還需承擔(dān)組裝設(shè)備的職責(zé)。為了達(dá)到上述目的，變電站工程施工期間，各類管線的走向布置是一項不容忽視的環(huán)節(jié)�；�于AR+BIM的管線施工印證檢測法，主要應(yīng)用流程如下：

　　(1)電氣專業(yè)設(shè)備及線路、包含消防用的給水排水管道、通風(fēng)及通信線路必須按照相應(yīng)的要求，分別設(shè)置在特定的區(qū)域。按照常規(guī)方法施工時，不同類別的管線觸碰現(xiàn)象頻繁發(fā)生，竣工核驗以及后續(xù)的維修均面臨較大的麻煩。采用AR+BIM技術(shù)之后，終端設(shè)備的顯示屏中，會實時呈現(xiàn)出預(yù)期的管線走向布置圖，不同用途的管線應(yīng)該布置于何處，管口的拼接是否發(fā)生錯誤，預(yù)留的長、寬、高等參數(shù)是否出現(xiàn)錯誤，均可得到時時提醒。

　　(2)管道碰撞、特殊功能的添加，可經(jīng)由AR+BIM技術(shù)實現(xiàn)自動計算及篩查。對于施工人員來說，處于施工現(xiàn)場特定的位置時，監(jiān)理工程師及技術(shù)人員可通過設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)端控制或提醒，在一些得到重點標(biāo)注的區(qū)域，每當(dāng)施工人員完成相應(yīng)的作業(yè)后，控制端的BIM模型均會發(fā)生相應(yīng)的改變，便于技術(shù)人員及時了解誤差，找出安裝問題。

　　2.1.2AR室內(nèi)全面布置預(yù)覽

　　在變電站工程施工中，單純運用BIM技術(shù)，盡管能夠構(gòu)建虛擬模型，并通過設(shè)置參數(shù)的方式，找出實際施工與預(yù)期目標(biāo)之間的差異。但此種方式衍生的新問題在于，實際施工期間，虛擬模型內(nèi)部經(jīng)常發(fā)生構(gòu)件沖突;此外，沖突的種類(施工中未加注意的、可以避免的“軟碰撞”，或是因參數(shù)計算錯誤而導(dǎo)致的設(shè)計“硬失誤”)缺乏對應(yīng)的即時判斷功能。此外，由于變電站本身的空間構(gòu)成較為復(fù)雜，必須經(jīng)由多道控制工序?qū)崿F(xiàn)對應(yīng)的功能，故單一BIM虛擬模型已經(jīng)呈現(xiàn)出較大的局限性。為了解決此類問題，在BIM模型基礎(chǔ)上，運用AR預(yù)覽技術(shù)，即可針對變電站室內(nèi)預(yù)布置情況進(jìn)行全面預(yù)覽，以期盡早發(fā)現(xiàn)空間、具體布置方面的不合理因素，提前解決，降低返工頻率。一般來說，為了進(jìn)一步提高變電站室內(nèi)布置合理性，還可在AR軟件中增設(shè)“監(jiān)控模塊”，針對已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的不合理因素，完成三維空間信息備注。

　　2.2AR+BIM在室外施工中的應(yīng)用

　　2.2.1AR實景與BIM 5D的結(jié)合運用

　　常規(guī)的BIM軟件，僅僅包含常規(guī)的“三維”，只能反映基于特定參數(shù)設(shè)定而成的施工場景模型，無法對施工進(jìn)度、成本控制等其他因素進(jìn)行工程。實際上，BIM軟件自帶的5D功能，在三維基礎(chǔ)上，可以額外添加“工程進(jìn)度”及“投入成本”兩個新的維度，結(jié)合AR實景技術(shù)，能夠?qū)ψ冸娬臼┕みM(jìn)行全方位控制。具體的實現(xiàn)過程在于：

　　(1)在BIM軟件中調(diào)出Project項目管理模塊，將施工工期、材料及設(shè)備、人力資源配比等情況全部輸入后，即可按照“日”、“周”、“旬”、“月”、“年”等周期，自動計算出有關(guān)成本投入的使用情況;

　　(2)BIM 5D功能雖然可以單獨運行，但尚無法實時反映工程進(jìn)展情況，故需加入AR實景檢測技術(shù)，通過對工程各處發(fā)生的微小變動情況進(jìn)行收集，更加全面地掌握工程各處的真實進(jìn)展度[2]。

　　2.2.2基于AR實景的工程信息實景地圖對照施工模式

　　AR+BIM結(jié)合技術(shù)的另一項重要功能在于，可通過對工程真實信息的追蹤，對工程進(jìn)行虛擬劃分，進(jìn)而在終端的顯示屏中自動顯示“標(biāo)注”，完成對現(xiàn)實場景的“虛擬命名”。比如在變壓器周圍管線布置施工時，變壓器所在位置會被系統(tǒng)自動標(biāo)注為“Transformer”;如果系統(tǒng)連接外網(wǎng)，或是人為預(yù)先存入“與變壓器施工”有關(guān)的備注條件，則在施工期間，相應(yīng)數(shù)據(jù)庫中的信息會被自行調(diào)用，提醒施工人員注意觀察。除了文字注釋形式之外，施工人員可自行調(diào)整標(biāo)記提醒方式(如改變材質(zhì)顏色等)，從而達(dá)到對照信息實景地圖開展高質(zhì)量施工的目的。

　　建筑論文范例：建筑工程深基坑支護(hù)的施工技術(shù)探析

　　結(jié)語：AR混合現(xiàn)實技術(shù)，充分運用計算機(jī)應(yīng)用軟件對虛擬場景的設(shè)計及綜合處理功能，將虛擬信息轉(zhuǎn)換至現(xiàn)實世界，構(gòu)建出“真實環(huán)境+虛擬物體”相互疊加的虛擬現(xiàn)實場景。此種技術(shù)結(jié)合BIM模型，能夠完整再現(xiàn)變電站工程施工中的所有細(xì)節(jié)，呈現(xiàn)給使用者極其真實的感官效果，進(jìn)而從根源上保證施工質(zhì)量。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]張奇.基于建筑安全管理的BIM+AR技術(shù)運用[J].地產(chǎn),2019(15):89.

　　[2]常紅賓,季華衛(wèi),劉益安,等.基于BIM與AR的智慧圖紙技術(shù)研究與應(yīng)用[J].施工技術(shù),2019,48(S1):372-374.

　　作者簡介：楊寶軍

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