[分享]AR增强现实，能给BIM加几分？

BIM+AR

是现实还是未来

追星赶日的建筑业

作为互联网应用最为发达的国家，中国可谓受到很多外国人的赞叹，社交媒体上经常有外国人对比在中国生活的便利以及在自己国家的“落后”，什么出门不用带钱，外卖快且准时，滴滴和共享单车随叫随到，马云家买什么都有，这一切便利都让世人惊叹。

除了互联网应用比较发达，还有一项令世人赞叹的技艺，因为建造了一系列被认为是不可能完成的工程巨搫，中国被尊称为“基建狂魔”。

可是，相比于互联网应用，媒体上听到更多的都是某某工程投资之大，建造之快，体量之巨，但很少有听到某某工程的颠覆性创新使行业为之一变。

建筑行业虽然没有像互联网行业那样日新月异，但也是在不断创新精进中的，而这些年来，带给整个建筑行业最大变革的，无疑要算是BIM应用的渗透。

什么是BIM

在了解BIM前，我们要先了解一下建筑行业面临的一些陈年旧疾：

1、产业结构的分散性

建筑行业的一个项目往往牵涉多个独立的参与方，有建设、设计、施工、监理，而每个参与方又有多头信息来源，会导致大量分布式异构工程数据，难以交流、无法共享。

2、信息交流手段落后

工程项目设计、施工及管理过程中，相关数据主要采用估量统计、手工编制、人工报表和文档传递。各参与方之间的信息交流仍基于纸质或电子文档，而这之间的信息传递工作量大、效率低，传统的建筑业专业应用软件无法直接进行数据互通，形成一个又一个“信息孤岛”，建筑生命期不同阶段形成“信息断层”。另外，图纸作为最重要的信息载体，二维图形表达的设计结果，难以清晰地表达施工的动态变化过程，传统的横道图和直方图表示施工进度计划于资源计划，又容易造成信息歧义、失真和错误。

3、节能、还报和可持续发展面临严峻挑战

工程实施过程都是围绕“建造成本”的控制和管理，“建造成本”只是其生命期总成本中的一部分，而运营成本、维护成本、拆除和重建成本等完全没有纳入工程实施过程综合考虑，建设工程投入使用的运营利润，节能、节材、省地、环保以及可持续发展等方面的长远效益和整体价值无法核算，由于耗能、环保或危及可持续发展等因素，二导致项目负债运营、无效益、甚至提前废弃时有发生。工程总成本得不到核算，长远效益和整体价值无从预测，建设项目全寿命周期的管控更是无从谈起。

如何从根本上解决建设项目生命期各阶段以及应用系统之间的信息断层，实现全过程的工程信息集成和管理，就成了建筑行业信息化应用的重要问题。

BIM（Building Information Model）:建筑信息模型，是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达。

对于我们非建筑专业初次接触到这个概念时，很容易把BIM和一种软件系统或一种解决方案联系起来，其实BIM远远不止是狭义的模型和建模技术这些，而是一种新的理念及其相关的方法、技术、平台和应用。

BIM核心解决的是两个问题：

1、信息协同：不仅是简单的在不同参与方之间交换和传递信息，一个工程项目只建立一个工程数据源，解决分布式、异构工程数据之间的一致性和全局共享问题。

2、生命仿真：不仅是用计算机静态模拟出真实的建筑，而是动态仿真连接建筑生命期不同阶段的数据、过程和资源，是对工程对象的完整描述，可被建设项目各参与方普遍使用，创建、管理和共享生命期动态的工程信息。

说白了，BIM是建筑行业信息化的重要里程碑，其意义不亚于上一次建筑行业信息化，那次叫做CAD（计算机辅助设计），上一次建筑行业信息化导致了一个叫做描图员的工种整个消失，可以想象，当BIM全面彻底在建筑行业普及后，整个行业是怎样一个翻天覆地的变化。

VR还是AR？

虚拟现实（Virtual Reality）是利用VR设备模拟产生一个三维的虚拟空间，提供视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般。简而言之，就是“无中生有”。是创造了一整个虚拟世界，把你和现实世界隔离开。核心问题是图形计算和沉浸感。

增强现实（Augmented Reality）是VR技术的延伸，能够把计算机生成的虚拟信息（物体、图片、视频、声音、系统提示信息等）叠加到真实场景中并与人实现互动。简而言之，就是“锦上添花”。是把虚拟事物叠加到现实世界图像的最顶层。核心问题是图像识别和跟踪。

混合现实（Mixed Reality）是AR技术的升级，将虚拟世界和真实世界合成一个无缝衔接的虚实融合世界，其中的物理实体和数字对象满足真实的三维投影关系。简而言之，就是“实幻交织”。是把虚拟物体和现实物体都进行再次计算，把它们混合到一起，难分彼此。核心问题是对现实世界的三维扫描，以及远近空间的感知。

凡是熟悉这三者区别的使用者，必然知道，AR实现的是一种信息可视化的过程，而通过上文的介绍也知道，BIM实现的是信息共享的过程，这两者的共同点都是信息，显而易见，AR技术更适合与BIM融合。

AR技术通过使用电子设备将虚拟信息叠加到现实场景中，实现对现实场景的信息增强。使用AR技术能够增强BIM的表现能力、拓展BIM的应用范围。

1、缺陷管理：通过虚拟模型与现实叠加，可直观对比并识别施工的缺陷和错误。它所依赖的设备也不仅仅是手机或者掌上电脑，像微软的Hololens、国产的meta 这样的增强现实眼镜，都是专门为AR技术开发的设备。

这类头显设备都带有前置传感器，可以识别场景和穿戴者的手势，也可以通过编写程序，把施工现场的工序做法、施工问题、构建属性等信息投射到眼前，不仅可以用于施工阶段，还可以用于后期运维。

在这类应用中，BIM模型中的信息就为AR程序的编写提供了有力的支持。需要知道的是，这些硬件产品虽然已经逐步进入商业市场，但应用层面还不是很成熟。比如对空间的识别精度不够，对遮挡物的处理能力不足等问题。不过随着硬件的计算能力和软件的更新迭代，这些问题都将逐渐得到解决。

2、施工指导：基于BIM与AR的施工指导能够带来更加形象的三维可视化效果，利于高效准确完成施工。

比如项目的土建已经施工完成，在安装机电设备的过程中，用移动设备观看现场，可以把未来需要安装的机电设备模型投射到画面中，指导现场施工，还可以随时观看施工进展是否符合BIM设计。

再比如改造项目，可以用手机来扫描现场，AR程序能通过投射的方式给你一双「透视眼」，看到地下和墙壁后面的管道，来进行精确的开挖。当然这些投射的模型是BIM提供的。

3、协同设计：基于BIM的设计方案模型，结合AR的呈现方式，可以更便捷的做到随时修改随时查看，真正所见即所得。

可视化本来就是多方共享设计理念，进行协同设计的关键，一个直观的可视化平台对有效的处理数字信息的建筑设计产业来说更是必不可少的。

在招投标现场，AR+BIM技术与二维图纸相结合的方式进行交流和决策更加高效，甲方现场提出修改意见，乙方按照甲方的意见修改BIM模型，现场就能直接映射到眼镜中，可视化的呈现出来。

高科技也不好嫁接

首先，BIM在应用层面非常复杂。

上文已经提到，BIM并不是一个软件，而是一种新的理念及其相关的方法、技术、平台和应用。这就涉及到大量的解决不同专业不同问题的应用平台，而这些应用本身就还在探索阶段，更谈不上统一的接口。

国内缺乏成熟的BIM设计软件，国外软件专业不配套以及设计规范有限制。而工程设计仍以二维设计为主，设计过程中无法直接创建BIM模型，需要按照2D设计图纸另行建模，额外增加建模成本。设计BIM传递到施工或运维阶段，缺乏合适的平台和工具添加和集成施工或运维信息，难以形成支持施工及运维管理的信息模型。项目各参与方个字建模，大量数据冗余，无法形成面向建筑全生命期的完整BIM模型。

其次，增强现实的实现技术也很复杂。

对于增强现实系统来说，一个重要的任务就是实时、准确地获取当前摄像机位置和姿态，判断虚拟物体在真实世界中的位置，进而实现虚拟物体与真实世界的融合。其中摄像机位姿的获取方法即为跟踪注册技术。从具体实现上来说，跟踪注册技术可以分为3类：基于传感器的跟踪注册技术、基于计算机视觉的跟踪注册技术及综合视觉与传感器的跟踪注册技术。

增强现实技术的最终目标是为用户呈现一个虚实融合的世界。因此，显示技术是增强现实系统中的重要组成部分。目前，常用的显示设备有头戴式显示设备、计算机屏幕显示设备、手持式移动显示设备及投影显示设备等。

一方面是BIM软件的升级迭代，另一方面是引擎平台的升级迭代，两边要无缝对接，开发和维护成本不小。再加上各家公司的数据插件，几乎只服务于自家产品，几乎不对外开放，所以都很难达到引擎平台自己来做插件软件的影响力和技术集成能力。

鉴于此，基于BIM最大的平台Revit和AR最大的平台Unity进行数据转换，只需一键，即可将多个Revit模型及其BIM元数据转换实时3D环境，并且数据和实时3D环境之间保持着实时关联。因为Unity本身是一个开发平台，所以可以使用那个Unity编辑器基于Unity Reflect进行开发，创造出与众不同的实时BIM应用，并定制个性化的用户体验，对设计作出反馈的过程也因为沉浸式而变得直观，有效消除设计概念与实际建造之间的可能存在的信息和理解部队称。

一方面是BIM软件的升级迭代，另一方面是引擎平台的升级迭代，两边要无缝对接，开发和维护成本不小。再加上各家公司的数据插件，几乎只服务于自家产品，几乎不对外开放，所以都很难达到引擎平台自己来做插件软件的影响力和技术集成能力。

鉴于此，基于BIM最大的平台Revit和AR最大的平台Unity进行数据转换，只需一键，即可将多个Revit模型及其BIM元数据转换实时3D环境，并且数据和实时3D环境之间保持着实时关联。因为Unity本身是一个开发平台，所以可以使用那个Unity编辑器基于Unity Reflect进行开发，创造出与众不同的实时BIM应用，并定制个性化的用户体验，对设计作出反馈的过程也因为沉浸式而变得直观，有效消除设计概念与实际建造之间的可能存在的信息和理解部队称。

今后，将会有更多的服务商提供创建实时3D体验的过程缺乏实时性和一站式的解决方案问题。BIM+AR+5G+Cloud等一系列数字化应用都会整合到一个方案中，更方便建筑行业体验最新的信息可视化带来的便利。