VR/AR技术在建筑设计及建筑施工中的应用

    卢博文　吴雨舟　孙志铖　王静

    摘 要：信息化催生出了很多新型技术，比如VR和AR，改变了我们的工作和学习习惯，提高了生活质量，在建筑行业同样如此。本文通过论述VR/AR技术概念以及意义，指出该技术应用在建筑设计中，主要是提高了建筑物采光、通风效果，同时能够对建筑物内外部构造进行预体验，丰富了设计师思路;在建设施工中，通过采集可靠数据，利用三维动态方式将施工图纸进行优化，降低了施工误差。

    关键词：VR/AR;建筑设计;建筑施工

    文章编号：2095-4085（2020）09-0017-02

    随着信息化技术的发展，建筑设计和施工中高科技技术应用越来越多，比如VR/AR技术，极大的提高了建筑工程管理效率。利用VR/AR技術进行建筑设计和施工，以可视、全景和动态的方式展示建筑物所处的地理环境、内部构造和附属设备，让管理者在一个虚拟的环境中，实现对建筑工程各方面的再现，能够突破时间和空间去想象自己想要设计的建筑物，给设计者和施工者带来一种“身临其境”的感觉。

    1 VR/AR技术概念以及意义

    1.1 VR技术

    VR是一种将虚拟和现实相结合的技术，将建筑物从三维立体的角度进行再现，同时利用传感和交互技术产生虚拟现实空间。VR技术可以在建筑设计的初期，将设计者的想象理念融入到建筑模型中，构建出理想的建筑物类型，对具体的建筑物部位和构件进行说明，不仅提高了建筑物的质量，同时对建筑企业控制成本带来很大帮助。可以说VR技术对建筑工程项目的全流程管理提供了很好的方法，对于投资决策阶段、设计阶段、施工阶段的优化提出了宝贵的意见。

    1.2 AR技术

    AR技术是在VR基础上发展起来的，与VR技术存在着紧密的联系，同时有自己显著的优势。AR技术主要是将虚拟技术进行多方面的论证，通过技术叠加的方式最大化的应用到现实中，实现对制定的方案的优化。AR技术除了将虚拟物体用于现实场景中外，还能将虚拟的对象在现实情况下进行动态的展示，让设计的虚拟事物与现实的差距逐渐缩小，增加人们的感受和体验效果。在具体的实现路径中，AR利用摄像头对虚拟和现实的场景进行拍摄，以该视频为基础，进行持续的跟踪计算。此外，对视频中每秒甚至更小单位内产生的视频流进行扩大化展示和计算，得出虚拟和现实的真实布景，对于计算结果进行动态生产和融合，构建空间维度。

    2 VR/AR技术在建筑设计中的应用

    2.1 VR/AR在建筑采光中的应用

    采光是建筑设计中的重要内容，传统设计中，建筑师大部分都采用增加窗户开口方式增加采光效果，业主只有在建筑物完成后，才能体验到采光的效果，建筑师是无法为业主提供采光体验的。随着建筑工程发展，采光被重视之后，在设计中主要采用了光照验证设计（Daylight verification）和光照设计（Daylight design）两种方法，但是这些设计软件只能对某天中的平均光照进行可视化的呈现，并不能提供现实的、瞬间的光照体验。利用VR/AR技术，可以将太阳光明亮的像素以平滑的方式在更大范围内展示，在有效的亮度范围内，更好的反应真实太阳光照下建筑物的视觉效果。通过采光设计，业主可以在三维的虚拟环境下，看到自己各个卧室的采光效果，在以后的装修设计中更有针对性，最重要的是为建筑设计师提供了优化房屋设计的思路，提高了建筑物的居住档次感。

    2.2 VR/AR建筑空间展览

    VR/AR可以将虚拟和现实技术紧密的融合在一起，在建筑设计中可以利用VR和全景视频的方式展示建筑物内部的环境，比如每个卧室的真实布局、阳台与卫生间的构造设计等。在动态的展示过程中，可以利用Autopano Video Pro进行全景视频的缝合，将建筑物与周围交通的情况以动态的方式展示出来，让业主仿佛处在真实的建筑环境下。除了上述功能外，设计师可以利用VR/AR技术模拟建筑物的实际自然通风、自然采光以及建筑物能耗等，从整体上实现对建筑物的全面再现，可以说是对建筑设计的一次再创新。

    3 VR/AR技术在建筑施工中的应用

    3.1 提高了现场施工管理效率

    VR/AR技术能够通过三维模拟，对于施工过程中的人、机、料做好提前的规划，为施工人员提供准确的施工信息和流程，降低施工中可能出现的各种问题。在传统施工中，项目管理者一般参照CAD出具的施工图纸安排施工，要求项目方具有很强的识图能力，同时CAD图纸是二维的展示图，很多位置和设备等采用专门符号表示，如果审查不到位，在施工中很容易发生遗漏。VR/AR技术相比于CAD，能够提供更具体和真实的施工数据，施工人员不需要具备很强的识图能力也能看懂图纸，能够对重要信息进行标记，减少了施工误差，提高了施工效率。

    3.2 利用BIM+VR实现虚拟施工

    在施工开始之前，结合VR技术的特点，可以利用比如无人机等采集现场的施工图片，将这些图片汇入后台数据库，变成一个个具体的“虚拟模型”，技术人员能够将施工中的一每个细小的环节制作成3D模型，这样得出的施工图，数据不仅准确，而且数据呈现简便，每个施工者都能够看懂。虚拟技术与BIM的联系也越来越多，在施工中项目方可以将施工设备、施工工艺组成相关的数据库，利用BIM技术进行施工4D虚拟建造，通过可视化的预演练和施工过程模拟，对施工工艺、设备、材料等进行检查，从而优化组织施工方案，减少返工的出现。BIM+VR技术目前在一些高规模、大工程以及危险工程中应用越来越多，提供了便捷直观的模拟以及详细精确的分析结果，下一步，应该在普通的建筑工程中也积极的推广，实现真正的“智慧施工”。

    4 结 语

    综上所述，VR/AR技术作为一种新型的虚拟现实技术，在建筑行业中的应用越来越多，提高了建筑工程的质量，满足了业主的多方面要求。目前，VR/AR技术在建筑设计和施工中的应用比较广泛，设计中的应用主要是提高建筑物采光、通风以及全景构造展示上，在施工中则是通过将虚拟数据进行加工，提高施工图纸的准确性。在建筑虚拟技术发展中，VR/AR技术要多融合其他技术，比如BIM技术，满足现代建筑的发展要求。

    参考文献：

    [1]廖子杨，裴书建，车保成.VR/AR技术在建筑设计及建筑施工中的应用[J].数码世界，2018， （05）：32-33.

    [2]朱锋.BIM+VR/AR工程建设与管理体系的建构[J].建筑设计管理，2018，35（6）：87-89.

    [3]孙誉格.VR与AR技术在建筑室内设计中的应用探讨[J].建材与装饰，2019，25（33）：15-16.

    课题项目：课题名称：基于5G的AR技术在建筑施工中的应用研究。

    项目编号：xcx2019102