在建筑工程教育中AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）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(diǎn)，如學(xué)生不熟悉現(xiàn)場(chǎng)操作和決策過程。通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（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(qiáng)現(xiàn)實(shí)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(hào)】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）09-0189-02

1 引言

現(xiàn)階段BIM有時(shí)候被看作為一個(gè)純虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)，并沒有幫助學(xué)生對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作的實(shí)際問題進(jìn)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(tái)并沒有將真實(shí)的物理模型和工程問題轉(zhuǎn)化給學(xué)生，同時(shí)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(zhǎng)期挑戰(zhàn)。

本文認(rèn)為上述問題可以通過其他技術(shù)來實(shí)現(xiàn)更好的可視化BIM，例如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）。本文將側(cè)重于互動(dòng)和豐富學(xué)習(xí)資源（練習(xí)、項(xiàng)目游戲化），而不是被動(dòng)來源，例如教學(xué)視頻。本文將對(duì)AR技術(shù)在建筑工程BIM教育中的應(yīng)用進(jìn)行初步探索，并提出了對(duì)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(shì)

2.1 提高學(xué)生關(guān)注度和動(dòng)機(jī)

學(xué)生的關(guān)注度和動(dòng)機(jī)是學(xué)習(xí)成效的關(guān)鍵因素，因此教學(xué)方法的改進(jìn)的目的是鼓勵(lì)積極學(xué)習(xí)，改變傳統(tǒng)被動(dòng)的方式。老師會(huì)有更多的時(shí)間進(jìn)行創(chuàng)造性的工作，比如課堂開發(fā)，課堂準(zhǔn)備，研究性工作。老師能夠提供更有針對(duì)性的個(gè)人反饋給學(xué)生并促進(jìn)學(xué)生批判性思維、反思和創(chuàng)造力。新的教學(xué)方式會(huì)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(zhǎng)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(jìn)地下市政項(xiàng)目挖掘的安全性，并結(jié)合地理數(shù)據(jù)，最大限度降低對(duì)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(duì)現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行延伸，如圖2中，增加一個(gè)遮陽篷以改善隔熱效果[1]。

2.2 提高認(rèn)知學(xué)習(xí)能力

與純粹的BIM相比，學(xué)生的感覺是與真實(shí)世界的信息和物體分離的。通過AR為可視化BIM提供了真實(shí)的模型信息，將項(xiàng)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(píng)估。課程將會(huì)更快更有效地提高學(xué)生的認(rèn)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(gè)人能力（團(tuán)隊(duì)合作，工作場(chǎng)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(dòng)機(jī)）和空間識(shí)別技能。學(xué)生成為自我激勵(lì)，獨(dú)立和有能力的專業(yè)人士，減少臨時(shí)職業(yè)培訓(xùn)成本。

2.3 通過AR技術(shù)增強(qiáng)BIM的社會(huì)價(jià)值

通過項(xiàng)目合作，促進(jìn)教育創(chuàng)業(yè)技術(shù)（發(fā)布新的AR應(yīng)用程序）的同時(shí)，AR可取代部分物理設(shè)備，從而消除不必要的安全風(fēng)險(xiǎn)，成本開支和權(quán)力。培訓(xùn)所用的虛擬設(shè)備降低了對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施場(chǎng)館，實(shí)驗(yàn)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(yuǎn)地區(qū)的學(xué)生得以參與。

同時(shí)將BIM擴(kuò)展到設(shè)計(jì)階段的現(xiàn)場(chǎng)操作是重要一步，是向BIM更高成熟度邁進(jìn)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(dú)立，而AR技術(shù)能夠加強(qiáng)這些模型間的整合，使學(xué)生能夠更好地協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)，并將其應(yīng)用在項(xiàng)目的生命周期中[2]。

2.4 加深對(duì)專業(yè)的理解和認(rèn)知

BIM技術(shù)的應(yīng)用改變了人們對(duì)傳統(tǒng)建筑行業(yè)的認(rèn)識(shí)，而AR技術(shù)將有效填補(bǔ)可視化平臺(tái)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(jì)環(huán)節(jié)中以更高的效率、更低的成本、更精準(zhǔn)的傳達(dá)設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)進(jìn)度。這樣用戶也可以從認(rèn)知功能上受益，改善工作記憶容量來減少認(rèn)知負(fù)荷，從而使工作人員能更有效地進(jìn)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(fù)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(guó)隨著城市化不斷的深入，更加強(qiáng)調(diào)建筑與人文的結(jié)合，人們對(duì)建筑的要求不再只是居住，而是希望生活在一個(gè)自然、和諧、舒適的空間中。所以從最開始設(shè)計(jì)的時(shí)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(dá)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(shí)體與虛擬聯(lián)系起來也是一個(gè)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(shí)體間的阻隔，以便學(xué)生獲得真正的現(xiàn)場(chǎng)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(shí)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(dá)更直觀準(zhǔn)確[4]，更能幫助學(xué)生了解工程的整個(gè)生命周期，更有實(shí)際工程的參與感。隨著科技的不斷進(jìn)步，BIM和AR也會(huì)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(shí)施這個(gè)強(qiáng)大平臺(tái)鋪平道路。

【參考文獻(xiàn)】

【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(zhǎng)亮. BIM和AR技術(shù)結(jié)合在施工現(xiàn)場(chǎng)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(píng)價(jià)[J].施工技術(shù)，2015，44（06）：54-58.