VR/AR技術(shù)在建筑設(shè)計及建筑施工中的應(yīng)用

盧博文　吳雨舟　孫志鋮　王靜

摘 要：信息化催生出了很多新型技術(shù)，比如VR和AR，改變了我們的工作和學(xué)習(xí)習(xí)慣，提高了生活質(zhì)量，在建筑行業(yè)同樣如此。本文通過論述VR/AR技術(shù)概念以及意義，指出該技術(shù)應(yīng)用在建筑設(shè)計中，主要是提高了建筑物采光、通風(fēng)效果，同時能夠?qū)ㄖ飪?nèi)外部構(gòu)造進行預(yù)體驗，豐富了設(shè)計師思路;在建設(shè)施工中，通過采集可靠數(shù)據(jù)，利用三維動態(tài)方式將施工圖紙進行優(yōu)化，降低了施工誤差。

關(guān)鍵詞：VR/AR;建筑設(shè)計;建筑施工

文章編號：2095-4085（2020）09-0017-02

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，建筑設(shè)計和施工中高科技技術(shù)應(yīng)用越來越多，比如VR/AR技術(shù)，極大的提高了建筑工程管理效率。利用VR/AR技術(shù)進行建筑設(shè)計和施工，以可視、全景和動態(tài)的方式展示建筑物所處的地理環(huán)境、內(nèi)部構(gòu)造和附屬設(shè)備，讓管理者在一個虛擬的環(huán)境中，實現(xiàn)對建筑工程各方面的再現(xiàn)，能夠突破時間和空間去想象自己想要設(shè)計的建筑物，給設(shè)計者和施工者帶來一種“身臨其境”的感覺。

1 VR/AR技術(shù)概念以及意義

1.1 VR技術(shù)

VR是一種將虛擬和現(xiàn)實相結(jié)合的技術(shù)，將建筑物從三維立體的角度進行再現(xiàn)，同時利用傳感和交互技術(shù)產(chǎn)生虛擬現(xiàn)實空間。VR技術(shù)可以在建筑設(shè)計的初期，將設(shè)計者的想象理念融入到建筑模型中，構(gòu)建出理想的建筑物類型，對具體的建筑物部位和構(gòu)件進行說明，不僅提高了建筑物的質(zhì)量，同時對建筑企業(yè)控制成本帶來很大幫助?？梢哉fVR技術(shù)對建筑工程項目的全流程管理提供了很好的方法，對于投資決策階段、設(shè)計階段、施工階段的優(yōu)化提出了寶貴的意見。

1.2 AR技術(shù)

AR技術(shù)是在VR基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，與VR技術(shù)存在著緊密的聯(lián)系，同時有自己顯著的優(yōu)勢。AR技術(shù)主要是將虛擬技術(shù)進行多方面的論證，通過技術(shù)疊加的方式最大化的應(yīng)用到現(xiàn)實中，實現(xiàn)對制定的方案的優(yōu)化。AR技術(shù)除了將虛擬物體用于現(xiàn)實場景中外，還能將虛擬的對象在現(xiàn)實情況下進行動態(tài)的展示，讓設(shè)計的虛擬事物與現(xiàn)實的差距逐漸縮小，增加人們的感受和體驗效果。在具體的實現(xiàn)路徑中，AR利用攝像頭對虛擬和現(xiàn)實的場景進行拍攝，以該視頻為基礎(chǔ)，進行持續(xù)的跟蹤計算。此外，對視頻中每秒甚至更小單位內(nèi)產(chǎn)生的視頻流進行擴大化展示和計算，得出虛擬和現(xiàn)實的真實布景，對于計算結(jié)果進行動態(tài)生產(chǎn)和融合，構(gòu)建空間維度。

2 VR/AR技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用

2.1 VR/AR在建筑采光中的應(yīng)用

采光是建筑設(shè)計中的重要內(nèi)容，傳統(tǒng)設(shè)計中，建筑師大部分都采用增加窗戶開口方式增加采光效果，業(yè)主只有在建筑物完成后，才能體驗到采光的效果，建筑師是無法為業(yè)主提供采光體驗的。隨著建筑工程發(fā)展，采光被重視之后，在設(shè)計中主要采用了光照驗證設(shè)計（Daylight verification）和光照設(shè)計（Daylight design）兩種方法，但是這些設(shè)計軟件只能對某天中的平均光照進行可視化的呈現(xiàn)，并不能提供現(xiàn)實的、瞬間的光照體驗。利用VR/AR技術(shù)，可以將太陽光明亮的像素以平滑的方式在更大范圍內(nèi)展示，在有效的亮度范圍內(nèi)，更好的反應(yīng)真實太陽光照下建筑物的視覺效果。通過采光設(shè)計，業(yè)主可以在三維的虛擬環(huán)境下，看到自己各個臥室的采光效果，在以后的裝修設(shè)計中更有針對性，最重要的是為建筑設(shè)計師提供了優(yōu)化房屋設(shè)計的思路，提高了建筑物的居住檔次感。

2.2 VR/AR建筑空間展覽

VR/AR可以將虛擬和現(xiàn)實技術(shù)緊密的融合在一起，在建筑設(shè)計中可以利用VR和全景視頻的方式展示建筑物內(nèi)部的環(huán)境，比如每個臥室的真實布局、陽臺與衛(wèi)生間的構(gòu)造設(shè)計等。在動態(tài)的展示過程中，可以利用Autopano Video Pro進行全景視頻的縫合，將建筑物與周圍交通的情況以動態(tài)的方式展示出來，讓業(yè)主仿佛處在真實的建筑環(huán)境下。除了上述功能外，設(shè)計師可以利用VR/AR技術(shù)模擬建筑物的實際自然通風(fēng)、自然采光以及建筑物能耗等，從整體上實現(xiàn)對建筑物的全面再現(xiàn)，可以說是對建筑設(shè)計的一次再創(chuàng)新。

3 VR/AR技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用

3.1 提高了現(xiàn)場施工管理效率

VR/AR技術(shù)能夠通過三維模擬，對于施工過程中的人、機、料做好提前的規(guī)劃，為施工人員提供準(zhǔn)確的施工信息和流程，降低施工中可能出現(xiàn)的各種問題。在傳統(tǒng)施工中，項目管理者一般參照CAD出具的施工圖紙安排施工，要求項目方具有很強的識圖能力，同時CAD圖紙是二維的展示圖，很多位置和設(shè)備等采用專門符號表示，如果審查不到位，在施工中很容易發(fā)生遺漏。VR/AR技術(shù)相比于CAD，能夠提供更具體和真實的施工數(shù)據(jù)，施工人員不需要具備很強的識圖能力也能看懂圖紙，能夠?qū)χ匾畔⑦M行標(biāo)記，減少了施工誤差，提高了施工效率。

3.2 利用BIM+VR實現(xiàn)虛擬施工

在施工開始之前，結(jié)合VR技術(shù)的特點，可以利用比如無人機等采集現(xiàn)場的施工圖片，將這些圖片匯入后臺數(shù)據(jù)庫，變成一個個具體的“虛擬模型”，技術(shù)人員能夠?qū)⑹┕ぶ械囊幻總€細(xì)小的環(huán)節(jié)制作成3D模型，這樣得出的施工圖，數(shù)據(jù)不僅準(zhǔn)確，而且數(shù)據(jù)呈現(xiàn)簡便，每個施工者都能夠看懂。虛擬技術(shù)與BIM的聯(lián)系也越來越多，在施工中項目方可以將施工設(shè)備、施工工藝組成相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，利用BIM技術(shù)進行施工4D虛擬建造，通過可視化的預(yù)演練和施工過程模擬，對施工工藝、設(shè)備、材料等進行檢查，從而優(yōu)化組織施工方案，減少返工的出現(xiàn)。BIM+VR技術(shù)目前在一些高規(guī)模、大工程以及危險工程中應(yīng)用越來越多，提供了便捷直觀的模擬以及詳細(xì)精確的分析結(jié)果，下一步，應(yīng)該在普通的建筑工程中也積極的推廣，實現(xiàn)真正的“智慧施工”。

4 結(jié) 語

綜上所述，VR/AR技術(shù)作為一種新型的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在建筑行業(yè)中的應(yīng)用越來越多，提高了建筑工程的質(zhì)量，滿足了業(yè)主的多方面要求。目前，VR/AR技術(shù)在建筑設(shè)計和施工中的應(yīng)用比較廣泛，設(shè)計中的應(yīng)用主要是提高建筑物采光、通風(fēng)以及全景構(gòu)造展示上，在施工中則是通過將虛擬數(shù)據(jù)進行加工，提高施工圖紙的準(zhǔn)確性。在建筑虛擬技術(shù)發(fā)展中，VR/AR技術(shù)要多融合其他技術(shù)，比如BIM技術(shù)，滿足現(xiàn)代建筑的發(fā)展要求。

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課題項目：課題名稱：基于5G的AR技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用研究。

項目編號：xcx2019102