基于AR技術(shù)的體育工程管理平臺設(shè)計與實現(xiàn)

趙云杰 李吉 池新宇 李林燕

摘 要：隨著工程建設(shè)行業(yè)逐漸朝著基于BIM數(shù)字化信息管理的方向發(fā)展，需要有更為直觀的視覺化平臺來有效地使用這些信息。AR這種將相應(yīng)的數(shù)字信息植入虛擬現(xiàn)實世界界面的技術(shù)，將有力地填補這一可視化管理平臺的缺失。本文利用AR技術(shù)將二維圖紙與三維BIM模型無縫對接，為三維模型數(shù)據(jù)的應(yīng)用開辟了一條全新的途徑，實現(xiàn)直接通過AR場景進(jìn)行工程問題工單創(chuàng)建、流轉(zhuǎn)功能，并以具體體育工程為例進(jìn)行了試點應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：AR技術(shù);體育工程信息化;智能管理;增強現(xiàn)實

一、引言

原來工程管理人員試圖模擬特定的建造過程并獲得反饋，但是實際狀況是他們只能實現(xiàn)在虛擬環(huán)境中建造過程的可視化，卻無法從現(xiàn)實中得到有效的反饋;而AR 技術(shù)可以將虛擬的3D 模型疊加在實時的視頻錄像中，提高界面可視化效果，從而增強用戶對建筑的理解，幫助工程管理者做出更快速、準(zhǔn)確的反應(yīng)。

利用AR 技術(shù)可將二維圖紙與三維BIM 模型無縫對接，充分發(fā)揮三維協(xié)同設(shè)計的優(yōu)勢，為BIM 模型數(shù)據(jù)的應(yīng)用開辟了一條全新的途徑，BIM 模型中的大量建設(shè)信息得以更充分展示。應(yīng)用AR 技術(shù)與二維圖紙相結(jié)合的方式進(jìn)行交流和決策更加高效。在施工現(xiàn)場，原來從平面圖紙?zhí)崛∈┕?shù)據(jù)，需要專業(yè)化素養(yǎng)非常高的現(xiàn)場人員來完成，而且容易出現(xiàn)誤讀等情況，通過AR 技術(shù)加載虛擬的施工內(nèi)容，可以減少由于對圖紙的誤讀和信息傳遞失真所造成的巨大損失，減少施工人員反復(fù)讀圖、識圖所耗費的時間。

二、基于AR 技術(shù)的體育工程管理平臺系統(tǒng)設(shè)計

通過增強現(xiàn)實的方式，有效提升施工現(xiàn)場管理人員對工程項目各目標(biāo)（進(jìn)度、質(zhì)量、成本、安全等）管控的質(zhì)量和效率，系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1 所示。平臺包括進(jìn)行定位與增強現(xiàn)實信息顯示的體育工程施工信息管控單元，通過AR 影像獲取工程相關(guān)信息，將其同步定位到后臺三維BIM 模型中，根據(jù)虛擬視覺范圍生成以及范圍內(nèi)施工對象信息判定，確定后臺推送的視覺范圍內(nèi)的施工對象的各類施工信息，包括進(jìn)度信息、質(zhì)量信息、安全信息、成本信息等，并傳送到相應(yīng)的增強現(xiàn)實眼鏡上顯示，供現(xiàn)場管理人員進(jìn)行虛擬與現(xiàn)實的對比。管理人員據(jù)此下達(dá)相應(yīng)施工管控指令，完成施工現(xiàn)場的高效管理。

（一）工程動態(tài)信息獲取

工程動態(tài)信息主要包括體育工程施工現(xiàn)場實時工程信息和進(jìn)出的人員信息。首先通過相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備獲得相關(guān)監(jiān)測信息，然后啟動AR 攝像頭進(jìn)行工程AR 場景采集和識別，最后通過無線模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳至工程動態(tài)數(shù)據(jù)庫中，具體如圖2 所示。

（二）工程資源共享平臺

體育工程管理平臺的核心是體育工程數(shù)據(jù)，通過構(gòu)建體育工程“一張圖”和體育工程共享平臺，利用大數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計理論，綜合構(gòu)建體育工程的分析專題，統(tǒng)一對外提供共享服務(wù)，體育工程AR 影像數(shù)據(jù)獲取步驟如圖3 所示。體育工程“一張圖”包括AR 影像圖、工程數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)、其他專題數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)，它們被統(tǒng)一保存在服務(wù)器端。由于體育工程資源數(shù)據(jù)中的專題數(shù)據(jù)中的工程信息和人員出入是動態(tài)互動獲得，在數(shù)據(jù)庫中通過設(shè)置歷史庫、臨時庫和現(xiàn)勢庫確保數(shù)據(jù)的及時更新維護(hù)。

（三）基于AR 技術(shù)的工單系統(tǒng)

工單系統(tǒng)采用iOS SDK 提供的UITabBarController 提供的UITabBar 樣式，開發(fā)采用MVC 三層架構(gòu)，包括Model 層、View層和Controller 層。在開發(fā)過程中，把相關(guān)數(shù)據(jù)交互操作全部封裝到Model 層中;Controller 層通過Outlet 控制View 層中的控件操作;對于關(guān)鍵的多線程則View 層與Control 層之間通過JSON 來接手和發(fā)送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)客戶端和后臺服務(wù)器的數(shù)據(jù)交互。

三、系統(tǒng)實現(xiàn)

為了驗證系統(tǒng)設(shè)計的合理性，以蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院操場體育工程為例，實現(xiàn)了基于AR 技術(shù)的體育工程管理平臺。主要以Java、MySQL 等工具實現(xiàn)了體育工程信息搜索、動態(tài)信息記錄、歷史搜索、發(fā)起工單、工單流轉(zhuǎn)、統(tǒng)計分析等功能，如圖4 所示。

圖5 是體育工程工單流轉(zhuǎn)界面，在AR 全景影像中發(fā)現(xiàn)工程問題，即可點擊圖像實現(xiàn)工程工單的上報、派發(fā)、處理、結(jié)轉(zhuǎn)等步驟流轉(zhuǎn)。

在工程建設(shè)管理過程中，可對所有歷史工單進(jìn)行查詢，按照關(guān)鍵字、時間等多個維度進(jìn)行歷史工程查詢。如圖6 所示。另外平臺中支持對接物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)，將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)集成在AR 影像中綜合展示，如圖7 所示。在系統(tǒng)中還可對發(fā)現(xiàn)的體育工程數(shù)據(jù)及歷史工程數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)的統(tǒng)計分析，將工單數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、工程項目數(shù)據(jù)按照不同維度不同條件來進(jìn)行統(tǒng)計分析，如圖8 所示。

四、結(jié)束語

本文結(jié)合AR 技術(shù)、BIM 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無線通信技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、GPS 定位技術(shù)、GIS 技術(shù)以及計算機技術(shù)，設(shè)計開發(fā)可滿足實際需要的體育工程管理平臺，并以蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院操場體育工程為例實現(xiàn)了管理系統(tǒng)，實現(xiàn)體育工程工單發(fā)起、工單流轉(zhuǎn)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)集成、歷史工單搜索、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等功能。該系統(tǒng)目前已經(jīng)投入試運行，能在加強工程智能化管理、規(guī)范工程秩序、提升服務(wù)水平方面有較大的積極作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高展望， 呂寧， 蘇錦耀， 胥富萍， 吳貝.BIM+AR 智慧建造技術(shù)在市政工程項目中的應(yīng)用.2020，27（03），197-198

[2] 黃如寤，鄧?yán)誓? BIM 與AR 技術(shù)在工程質(zhì)量管理中的應(yīng)用. 建材發(fā)展導(dǎo)向， 2018，016（005）：280-281.

[3] 黃濤娟. AR 技術(shù)在建筑施工領(lǐng)域中的開發(fā)與應(yīng)用. 數(shù)字建造，2018，10（053）： 1001-1004.

[4] 王廷魁，胡攀輝，楊喆文.基于BIM 與AR 的施工質(zhì)量控制研究.項目管理技術(shù)，2015，013（005）：19-23.

[5] 林海，楊旭東. 基于BIM 平臺的AR 技術(shù)在機電安裝工程施工管理中的應(yīng)用.互聯(lián)網(wǎng)天地， 2019，（04）：125-126.

[6] 朱鋒. BIM+VR/AR 工程建設(shè)與管理體系的建構(gòu). 建筑設(shè)計管理，2018，35（06）：87-89.

作者簡介：

趙云杰（1998—），男，就讀于蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院軟件技術(shù)專業(yè)，目前研究方向是AR 技術(shù)在體育工程智能化管理方面的應(yīng)用。