分析 AR+BIM在变电站工程施工中的应用

分析 AR+BIM在变电站工程施工中的应用

杨宝军

山东滨州东力电气有限责任公司 山东 滨州 256600 摘要： 变电站通常由变压器、互感器、开关设备、防雷设备以及各种管线构成，在新时代提出的新要求下，施工全程必须处于“全面可控”的状态下。本文分析了变电站工程施工中 AR+BIM 技术的实现路径，分别从 AR 室内管线印证检测、 AR 室内全面布置预览、实景与 BIM 5D 的结合运用等方面加以介绍，以供参考。

关键词：增强现实技术；建筑信息模型；结合运用；变电站工程施工

引言：AR即为增强现实技术，原理为通过实时计算摄影机影像位置及角度，并配以相应的图像；该技术的目标在于，在显示屏中，使“虚拟世界”与现实世界产生联系，进而实现互动。目前，人们围绕变电站变换、接收、分配电能的能力构建了新的标准，在相关工程中运用AR+BIM技术，能够大幅度提高工程质量。

1 变电站工程施工中AR+BIM技术的实现路径简析

在现代建筑工程中，BIM（虚拟建筑信息模型）技术已经得到了广泛应用，即以工程项目的各项相关信息数据为基础，构建出虚拟模型，在成功设置相关参数后，可以通过数字信息仿真系统，模拟出目标所具有的各项真实信息。在此基础上，结合AR增强现实技术，将真实的数字通过一种特定的转换方式，进一步虚拟出真实性极高的场景，从而使应用者仿佛置身于目标区域，在提高感受的同时，达到提高工程施工效率、保证质量的目的。

AR与BIM两项技术尽管具备一定的关联性，但二者之间的相互结合并非易事。主要难点在于，几乎容纳全部工程数据的BIM虚拟模型，需要采用何种方式，方可全面转化并最终融入AR场景中。目前，一种较为成熟的技术实现路径在于：①以Unity引擎为基本，构建三维立体直角坐标框架；②将AR图像识别的标准设置为“全部基于测量控制网坐标位置关系”；③按照上述思路，通过AR技术捕获及处理的所有虚拟场景数据信息，均同时包含x、y、z三个维度的标识（包含具体方向）；④将BIM虚拟信息模型转换为IFC格式，使之与AR技术“兼容”。如此一来，变电站工程施工中呈现出的具体情况在于：技术人员随身携带移动终端设备（该设备具备实施扫描及信息传递以及成像功能），在人员移动或是调整设备“视线”的过程中，已经标注在BIM模型中的每一个重要点位，均会借由AR智能图像识别功能清晰呈现，从而达到实施印证以及精细化施工的目的^[1]。

2 变电站工程施工中AR+BIM的具体应用

2.1AR+BIM在变电站室内施工中的运用

2.1.1AR室内管线印证检测法

变电站是一类改变电压、控制和分配电能的场所；此外，还需承担组装设备的职责。为了达到上述目的，变电站工程施工期间，各类管线的走向布置是一项不容忽视的环节。基于AR+BIM的管线施工印证检测法，主要应用流程如下：

（1）电气专业设备及线路、包含消防用的给水排水管道、通风及通信线路必须按照相应的要求，分别设置在特定的区域。按照常规方法施工时，不同类别的管线触碰现象频繁发生，竣工核验以及后续的维修均面临较大的麻烦。采用AR+BIM技术之后，终端设备的显示屏中，会实时呈现出预期的管线走向布置图，不同用途的管线应该布置于何处，管口的拼接是否发生错误，预留的长、宽、高等参数是否出现错误，均可得到时时提醒。

（2）管道碰撞、特殊功能的添加，可经由AR+BIM技术实现自动计算及筛查。对于施工人员来说，处于施工现场特定的位置时，监理工程师及技术人员可通过设备进行远端控制或提醒，在一些得到重点标注的区域，每当施工人员完成相应的作业后，控制端的BIM模型均会发生相应的改变，便于技术人员及时了解误差，找出安装问题。

2.1.2AR室内全面布置预览

在变电站工程施工中，单纯运用BIM技术，尽管能够构建虚拟模型，并通过设置参数的方式，找出实际施工与预期目标之间的差异。但此种方式衍生的新问题在于，实际施工期间，虚拟模型内部经常发生构件冲突；此外，冲突的种类（施工中未加注意的、可以避免的“软碰撞”，或是因参数计算错误而导致的设计“硬失误”）缺乏对应的即时判断功能。此外，由于变电站本身的空间构成较为复杂，必须经由多道控制工序实现对应的功能，故单一BIM虚拟模型已经呈现出较大的局限性。为了解决此类问题，在BIM模型基础上，运用AR预览技术，即可针对变电站室内预布置情况进行全面预览，以期尽早发现空间、具体布置方面的不合理因素，提前解决，降低返工频率。一般来说，为了进一步提高变电站室内布置合理性，还可在AR软件中增设“监控模块”，针对已经发现的不合理因素，完成三维空间信息备注。

2.2AR+BIM在室外施工中的应用

2.2.1AR实景与BIM 5D的结合运用

常规的BIM软件，仅仅包含常规的“三维”，只能反映基于特定参数设定而成的施工场景模型，无法对施工进度、成本控制等其他因素进行工程。实际上，BIM软件自带的5D功能，在三维基础上，可以额外添加“工程进度”及“投入成本”两个新的维度，结合AR实景技术，能够对变电站施工进行全方位控制。具体的实现过程在于：

（1）在BIM软件中调出Project项目管理模块，将施工工期、材料及设备、人力资源配比等情况全部输入后，即可按照“日”、“周”、“旬”、“月”、“年”等周期，自动计算出有关成本投入的使用情况；

（2）BIM 5D功能虽然可以单独运行，但尚无法实时反映工程进展情况，故需加入AR实景检测技术，通过对工程各处发生的微小变动情况进行收集，更加全面地掌握工程各处的真实进展度^[2]。

2.2.2基于AR实景的工程信息实景地图对照施工模式

AR+BIM结合技术的另一项重要功能在于，可通过对工程真实信息的追踪，对工程进行虚拟划分，进而在终端的显示屏中自动显示“标注”，完成对现实场景的“虚拟命名”。比如在变压器周围管线布置施工时，变压器所在位置会被系统自动标注为“Transformer”；如果系统连接外网，或是人为预先存入“与变压器施工”有关的备注条件，则在施工期间，相应数据库中的信息会被自行调用，提醒施工人员注意观察。除了文字注释形式之外，施工人员可自行调整标记提醒方式（如改变材质颜色等），从而达到对照信息实景地图开展高质量施工的目的。

结语：AR混合现实技术，充分运用计算机应用软件对虚拟场景的设计及综合处理功能，将虚拟信息转换至现实世界，构建出“真实环境+虚拟物体”相互叠加的虚拟现实场景。此种技术结合BIM模型，能够完整再现变电站工程施工中的所有细节，呈现给使用者极其真实的感官效果，进而从根源上保证施工质量。

参考文献：

[1]张奇.基于建筑安全管理的BIM+AR技术运用[J].地产,2019(15):89.

[2]常红宾,季华卫,刘益安,等.基于BIM与AR的智慧图纸技术研究与应用[J].施工技术,2019,48(S1):372-374.

作者简介：杨宝军，出生年月：1992.9.30，性别：男，籍贯：山东省滨州市惠民县人，学历：滨州学院土木工程本科， 二级建造师。