AR结合BIM的机电工程巡检系统设计.docxVIP

摘?要：

针对机电工程传统资料管理模式因现场环境复杂而导致的缺陷问题，引进建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）技术予以指导，但BIM技术对于电脑端操作过于依赖，难以实现与工程现场的直接关联，其作用发挥仍存在一定的局限性，无法满足工程需求。基于此，在AR产业技术迅速发展的背景下，尝试将AR技术与BIM技术结合起来，设计出适用于机电工程全生命周期的现场巡检系统，分析构建系统总体架构及各功能模块，并通过案例试验验证机电工程选件系统的可行性与实用价值，旨在进一步提升机电工程现场管理水平及效率。

关键词：增强现实技术；BIM；机电工程；巡检系统

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引言

机电工程在初期设计到后期运维的全生命周期中包含诸多复杂设备要素，产生的数据众多，传统纸质文件的管理模式已难以满足现场巡检管理提出的较高要求，所以面向机电工程的信息化建设尤为重要。BIM技术作为当前在机电工程中应用的热门技术之一，能够有效提升项目信息化管理水平，但其在现场巡检管理中的应用仍有局限，包括需要在电脑端操作、难以结合现场实际、设备要求较高、仍采用图纸指导施工等[1]。而应用增强现实（AugmentedReality，AR）技术则能将虚拟模型叠加到现实之中，以此弥补BIM技术应用的弊端。由此，将AR结合BIM，对面向机电工程的现场巡检系统进行开发设计，从而为AR技术在此领域内的应用提供技术方案与开发经验。

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AR应用开发准备

1.1?开发引擎及平台的选择

AR作为一种交互式技术，可以结合计算机生成的虚拟对象实现对物理环境的丰富，从而为用户提供更为生动和真实的体验，利用AR能够使真实环境与虚拟对象共存于同一空间。目前，AR开发工具常见的有ARKit、Vuforia、ARCore、EasyAR，在综合考虑价格、跟踪选项、支持平台及相关功能的基础上，选择国内自主研发的EasyAR作为开发平台，其不仅具有多目标跟踪功能，还支持免费使用，可提供本土化服务，在鲁棒性和稳定性方面也较为优越。

在选择好AR开发引擎后对开发平台进行选择。目前主流开发平台有UnrealEngine与Unity3D。对比二者来看，Unity3D平台具有较强的跨平台性和适配性，支持含EasyAR在内的多种开发工具，开发效率高、稳定性强，并且编辑器功能精简，上手简单，学习成本较低，满足机电工程巡检系统的设计需求，所以将其作为系统设计中的AR开发平台[2]。

1.2?开发环境配置

选择好AR开发引擎与平台之后，需要对计算机的开发环境进行相应配置，先安装Java语言开发工具包JDK和安卓系统软件开发包AndroidSDK，并在Unity3D中完成资源配置，然后导入EasyAR开发包完成相应配置。

完成上述流程，通过对开发环境配置正确性及终端设备适配性的测试后，即可发布应用程序。

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机电工程巡检系统总体设计

2.1?系统设计思路

遵循实时性、准确性、模块化、可视化的设计原则，结合机电信息需求和现场应用场景，构建基于动态数据的中央数据中心，负责读取、上传构件或相关机电信息，并结合BIM模型获取构件几何信息，利用AR技术在现实场景中加载出虚拟的模型与信息，从而实现通过移动终端即可在机电工程现场完成巡检工作。BIM模型在开发平台中的导入采用.fbx格式，使巡检系统能够获取到与现场相匹配的虚拟模型，并借助WBS编码关联任务进度和构件，不同构件均具有相应的工作完成状态值，经过整合即可得到初始的动态数据库。再借助远程连接实现巡检系统对项目信息、模型信息及作业信息的获取和更新，从而实现对机电工程的动态巡检管理[3]。

2.2?系统总体架构

所设计的机电工程巡检系统总体架构如图1所示，共划分为模型层、数据层、应用层和用户层。

2.2.1?模型层

模型层的核心为Revit平台，负责对BIM模型中的综合信息进行初步处理，内含众多专业构件的基本属性，可从中筛选出有关机电工程的相关信息，并将.fbx格式的几何参数与附带属性导入应用层，借助ODBC传递给数据层的动态数据库。

2.2.2?数据层

数据层的核心为PostgreSQL数据库，在整个机电工程巡检系统中数据层主要是有关现场管理信息的动态数据库，其作为系统的数据源，内含大量项目数据和机电安装数据，能够为应用层提供需要的全部数据信息。在数据层中共分为项目进度计划、模型信息与WBS编码三个部分，通过对这三部分信息的集成能够有效实现动态数据库和应用层之间的数据交互，从而确保巡检系统信息的准确性与实时性。

2.2.3?应用层

应用层的核心是Unity3D平台，该层是整个巡检系统的核心层，负责对适用于现场巡检管理中不同需求的应用功能进行设计与开发。应用层能够从模型层与数据层进行项目信息、模型信息、作业信息及Revit模型补充信息