CN114329695A - 一种基于HoloLens的BIM+MR的施工管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于HoloLens的BIM+MR的施工管理方法，包括：步骤一：根据项目施工图纸，采用Revit软件构建BIM模型及信息；步骤二：通过Revit端BIM‑MR插件，将Revit软件构建的BIM模型转化为可以被Unity识别的模型格式，同时提取并保留模型信息，Revit端BIM‑MR插件需要对模型面数进行优化以达到HoloLens设备可以承载的要求；步骤三：建立BIM‑MR协同网络服务器，并连接用户PC端Revit软件与HoloLens设备端，以实时获取采集的BIM数据，并同步显示在HoloLens的MR场景中去；步骤四：基于HoloLens客户端BIM‑MR功能进行施工，通过模型定位功能，将BIM模型与现实坐标系进行定位对应；步骤五：基于HoloLens客户端BIM‑MR功能进行施工质量验收和运维。使BIM信息数据更能契合到现场实体施工部位，减少返工，避免材料的浪费，节省成本，提高施工效率。
Description
技术领域
本发明涉及建筑施工技术领域，尤其涉及一种基于HoloLens的BIM+MR的施工管理方法。
背景技术
BIM（Building information modeling，建筑信息模型）是以项目各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息的技术。BIM模型具有完备的数据，信息的直观性、关联性、一致性、可视化、易协调、易模拟、易优化、可出图性是它的八大特点。通过共享统一的建筑模型，建设单位、设计单位、施工单位、监理单位等项目参与方可以在同一平台上共享数据信息，协同完善施工过程，相比传统建设过程可以更迅速的传递信息、管理、调整施工。BIM不仅仅是类似于CAD的软件，而是一种工程管理手段，是实现建筑业精细化、信息化管理的重要技术工具。
MR（Mixed Reality），增强现实技术是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息（视觉信息，声音，味道，触觉等），通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。
建筑行业一直是世界上数字化程度最低的行业之一，BIM的出现使该局面有所改善，越来越多的人开始使用BIM，但是却很少有人将BIM与现场真正的结合起来。一项工程的建成是非常复杂的，中间可能生成上千页的二维图纸，而图纸的表达是不直观的，容易造成空间上的误解，因此，如何实现BIM信息完整的契合到现场实体施工部位中，减少即将施工部位的信息传递错误，确保设计信息在施工过程中固定完整表达，避免返工、减少浪费、节省成本，是目前建筑行业需要考虑和解决的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于HoloLens的BIM+MR的施工管理方法，将BIM技术与MR技术相结合应用到建筑施工过程中，使BIM信息数据更能契合到现场实体施工部位，有效指导现场施工，提高现场施工的智能化管理。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种基于HoloLens的BIM+MR的施工管理方法，包括以下步骤：
步骤一：根据项目施工图纸，采用Revit软件构建BIM模型及信息；
步骤二：通过Revit端BIM-MR插件，将Revit软件构建的BIM模型转化为可以被Unity识别的模型格式，同时提取并保留模型信息，Revit端BIM-MR插件需要对模型面数进行优化以达到HoloLens设备可以承载的要求；
步骤三：建立BIM-MR通信及数据服务器，并连接用户PC端Revit软件与HoloLens设备端，以实时获取采集的BIM数据，并同步显示在HoloLens的MR场景中去；
步骤四：基于HoloLens客户端BIM-MR功能进行施工，通过模型定位功能，将BIM模型与现实坐标系进行定位对应，实时查看1:1的BIM模型，进行现场实际施工作业；
步骤五：基于HoloLens客户端BIM-MR功能进行施工质量验收和运维，管理人员利用HoloLens可穿戴设备与现实结合观看钢筋、复杂节点、机电管线、装置装修的三维效果，并在后期运维时直接看到隐藏在内部的管线走向，以对工程全过程进行质量管控。
进一步的，HoloLens客户端BIM-MR功能的模型定位功能是通过预制在模型中的二维码标记实现的，首先确定BIM模型中二维码模型位置，然后对BIM模型中二维码模型进行统一编码并构建二维码模型，在现实施工中安装二维码，实现BIM模型中的虚拟建筑构件与现场实体空间建筑构件的虚拟现实空间坐标定位，并实现定位后的漫游交互式功能。
进一步的，设置多个HoloLens端模型定位二维码，定位时通过HoloLens拍照扫描识别进行坐标定位，用户每走一段距离，就重新定位一次，以实现模型位置的校正。
进一步的，HoloLens客户端BIM-MR功能包括质量问题识别及标记功能、BIM信息数据的可视化显示功能、以及距离测量功能；质量问题识别及标记功能是通过用户肉眼观察和手动点击标记实现的，用户不用输入问题，只需要从下拉菜单中选择质量问题的类别，同时保存当前视点的MR场景截图，即可完成标记；BIM信息数据的可视化显示功能是通过手势选中构件，即可弹出标准信息框，显示BIM构件属性信息；距离测量功能是通过手势选择点的方式，先点击测量UI，光标出现后点击一个点，向其他方向进行延伸，并点击，即可出现距离数值，实现空间距离的测量，管理人员通过测得的数据与模型数据进行比对，实现对质量问题的精确考察。
进一步的，HoloLens客户端BIM-MR功能还包括语音操作功能、模型和图纸图层可见性控制功能；语音操作功能是通过使用语音在 HoloLens 上执行可以使用手势完成的多种操作，并且通过调用HoloLens的语音支持功能，实现通过英语的语音指令完成模型的放置、旋转、重置模型、切换场景和退出；模型和图纸图层可见性控制功能通过菜单选项，手动控制模型和图纸的显示样式，选择性地加载图纸和模型，在相应的轴向方向上调整图纸的显示位置，同时可以设置分专业、分楼层显示模型和图纸，实现打开和关闭显示。
进一步的，HoloLens客户端BIM-MR功能还包括多机互联功能，在局域网下通过HoloLens的锚点同步，实现多机互联的协同体验。
本发明的有益效果是：本发明的施工管理方法能将若干张二维图纸上的信息整合到BIM模型中，将BIM与MR技术相结合并通过HoloLens设备，能够实现从三维虚拟世界向三维增强现实世界的转变，感知性更强，使建筑信息能更加全面、智能、直观地展现出来；运用BIM+MR技术进行虚拟建造、模拟施工，使BIM信息数据更能契合到现场实体施工部位，分析现场施工可行性，从而在具体现实施工时，减少返工，避免材料的浪费，节省成本，提高施工效率；同时运用BIM+MR技术，实现虚拟测距，多机互联，方便现场管理人员对工程的全过程进行质量管控，简单快捷。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明的基于HoloLens的BIM+MR的施工管理方法的具体实施例：
基于HoloLens的BIM+MR的施工管理方法包括以下步骤：
步骤一：根据项目施工图纸，采用Revit软件构建BIM模型及信息；
步骤二：通过Revit端BIM-MR插件，将Revit软件构建的BIM模型转化为可以被Unity识别的模型格式，同时提取并保留模型信息，Revit端BIM-MR插件需要对模型面数进行优化以达到HoloLens设备可以承载的要求；
步骤三：建立BIM-MR通信及数据服务器，并连接用户PC端Revit软件与HoloLens设备端，以实时获取采集的BIM数据，并同步显示在HoloLens的MR场景中去；
步骤四：基于HoloLens客户端BIM-MR功能进行施工，通过模型定位功能，将BIM模型与现实坐标系进行定位对应，实时查看1:1的BIM模型，进行现场实际施工作业；
步骤五：基于HoloLens客户端BIM-MR功能进行施工质量验收和运维，管理人员利用HoloLens可穿戴设备与现实结合观看钢筋、复杂节点、机电管线、装置装修的三维效果，并在后期运维时直接看到隐藏在内部的管线走向，以对工程全过程进行质量管控。
上述步骤一中，BIM模型需要明确建筑工程中每个领域、每个环节所需要的信息，并对信息进行分组、存储、组织、访问，实现BIM信息的优化，最后对建筑在设计、施工阶段的信息数据进行集成，为建筑的维护管理提供数据支撑。
步骤二中的Revit 端 BIM-MR 插件（BIM-MR Plugin），也即BIM 模型转换，该功能是采用 Unity3D 进行设计开发完成，Unity3D 是由Unity Technologies 开发的一个让玩家轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型游戏开发工具，是一个全面整合的专业游戏引擎。其编辑器运行在 Windows 和 MacOS X 下，可发布应用至 Windows、Mac、Wii、iPhone、WebGL(需要 HTML5)、Windows phone 8和 Android 平台。Unity3D、CryEngine 等有更强大的场景渲染能力。
因此，将Revit 模型的.rvt 格式文件转换为可以被 Unity 识别的模型格式，同时提取并保留模型信息。将 CAD 图纸通过 Revit 端插件进行转换，并与模型位置进行关联，可将图纸转换为模型格式或图片格式信息。Revit 端插件将模型的常用属性信息进行提取，通过ID 与模型进行关联。Revit 端插件有选项对面数进行控制，使用时需要对模型面数进行优化，降低模型面数到 HoloLens 可以承载的要求。受限于 HoloLens 机能，在模型导出后或者 Revit 端导出前，可能还需要进行模型的手工调整，比如剖切模型后开始转换等。在 Revit 模型导出时可以设定模型导出详细程度。后续更进一步的功能，可选择导出模型的楼层、专业、属性类别等。导出的模型保留有专业、楼层等属性，可选择导出时关联的 CAD图纸名称，在 HoloLens 端可通过属性控制模型的显示。
步骤三中的BIM-MR 通信及数据服务器包括局域网下Revit-HoloLens 通信传输和模型资源及数据同步服务器，能够实现BIM 数据传输与同步功能、用户账户管理和BIM数据网络端同步。本实施例中，基于 Revit 端，开发 Revit 导出数据与HoloLens 的通信功能，在局域网下将数据同步到 HoloLens 上。
步骤四中的HoloLens客户端BIM-MR功能包括HoloLens 端模型定位标记码（PositioningMarker）功能、质量问题识别及标记功能、BIM 信息数据的可视化显示功能、图纸和模型图层可见性控制功能、距离测量功能、模型按比例缩放功能、模型的步进式加载功能以及HoloLens 多机互联功能。
其中，HoloLens 端模型定位标记码（PositioningMarker）功能是通过预制在模型中的二维码标记，实现BIM 模型与现场实体空间的二维码标记进行坐标定位，并实现定位后的漫游交互式功能。具体是在每一个 BIM 模型中，内置一个专门的族文件：定位标记码。导出模型前，确认模型与实体空间定位的二维码的位置，然后分别在模型与实体空间中放置相同的码。Revit 端的模型导出插件会专门对此定位标记码进行分类存放，定位码可以放置多个，定位时通过 HoloLens 拍照扫描识别码进行坐标定位。总结起来就是确定BIM模型中二维码模型位置，然后对BIM模型中二维码模型进行统一编码并构建二维码模型，在现实施工中安装二维码，实现BIM模型中的虚拟建筑构件与现场实体空间建筑构件的虚拟现实空间坐标定位，并实现定位后的漫游交互式功能。当然，为保证模型位置的精准，在具体操作时，可以设置多个HoloLens端模型定位二维码，定位时通过HoloLens拍照扫描识别进行坐标定位，用户每走一段距离，就重新定位一次，以实现模型位置的校正。
质量问题识别及标记功能是通过用户肉眼观察+手动点击标记的方式进行质量问题的识别及标记记录的功能。用户不用输入问题，只需要从下拉菜单中选择质量问题的类别，同时保存当前视点的 MR 场景截图，即可完成标记。
BIM 信息数据的可视化显示功能：可通过手势选中构件，即可弹出标准信息框，显示BIM 构件属性信息。
图纸和模型图层可见性控制功能：通过菜单选项，手动控制模型和图纸的显示样式，选择性地加载图纸和模型，可在相应的轴向方向上调整图纸的显示位置。可以设置分专业、分楼层显示模型和图纸，实现打开和关闭显示的功能。
距离测量功能：通过手势选择点的方式，可以实现空间距离的测量。可用于测量实际空间中的距离、直径、长度等，以与模型数据进行比对，实现对质量问题的精确考察。
模型按比例缩放功能：查看模型沙盘，可通过手势条件模型显示的比例，对模型进行等比例缩放。
模型的步进式加载功能：此功能涉及到对模型的拆分，拆分开的模型，可通过算法实现对模型渲染显示范围的限定。
HoloLens 多机互联功能：在局域网下通过 HoloLens 的锚点同步功能，实现多机互联的协同体验。
本发明的基于HoloLens的BIM+MR的施工管理方法在具体操作时：通过HoloLens设备扫描定位标记码加载BIM模型，进行模型载入后模型出现在使用人员四周，使用人员可以进行漫游和查看信息；质量检测或隐蔽工程验收时，利用 HoloLens 可穿戴设备与现实结合观看钢筋、复杂节点、机电管线、装饰装修的三维效果；后期运维时可以直接看到隐藏在内部的管线走向，让维修人员更加直观的感受隐蔽管道真实的相对空间位置，便于维护。当需要查看BIM模型信息时，通过 HoloLens 的移动光标点击模型，对模型信息进行查看；查看的信息数据按专业类别、层楼进行导出，可对不同专业、楼层信息进行分层显示，可通过突出显示某一个专业模型，减少场景中的冗余，方便进行相应构件的质量验收对比；模型按专业类别以单色显示，可通过进度条，调整模型的显示透明度。除了以第一人称视角等比例查看模型之外，以第三人称视角鸟瞰模式查看整体概况也是常用的需求，方便用户直观看到项目宏观结构样式。用户可以通过手势控制进度条，调整模型显示的比例模型信息。以Revit 模型中的信息为显示对象，将模型信息显示 HoloLens 设备上。当需要进行空间测距时，通过点击测距按钮，可以完成对实体或者模型的距离测量；点击测量 UI，光标出现后点击一个点，向其他方向进行延伸，并点击，即可以出现距离数值。使用语音在 HoloLens上执行可以使用手势完成的多种操作，如：选择、放置、移动、正面朝向使用者、放大/缩小等等相关操作；可以通过为应用设定关键词和对应的行为后，来为用户提供语音命令体验，当用户说出关键词时，预设的动作就会被调用；调用 HoloLens 的语音支持功能，使HoloLens 可以通过英语的语音指令完成模型的放置、旋转、重置模型、切换场景、退出等功能。
本发明的基于HoloLens的BIM+MR的施工管理方法能将若干张二维图纸上的信息整合到BIM模型中，将BIM与MR技术相结合并通过HoloLens设备，能够实现从三维虚拟世界向三维增强现实世界的转变，感知性更强，使建筑信息能更加全面、智能、直观地展现出来；运用BIM+MR技术进行虚拟建造、模拟施工，使BIM信息数据更能契合到现场实体施工部位，分析现场施工可行性，从而在具体现实施工时，减少返工，避免材料的浪费，节省成本，提高施工效率；同时运用BIM+MR技术，实现虚拟测距，多机互联，方便现场管理人员对工程的全过程进行质量管控，简单快捷。
以上所述的本发明的实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于HoloLens的BIM+MR的施工管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：根据项目施工图纸，采用Revit软件构建BIM模型及信息；
步骤二：通过Revit端BIM-MR插件，将Revit软件构建的BIM模型转化为可以被Unity识别的模型格式，同时提取并保留模型信息，Revit端BIM-MR插件需要对模型面数进行优化以达到HoloLens设备可以承载的要求；
步骤三：建立BIM-MR通信及数据服务器，并连接用户PC端Revit软件与HoloLens设备端，以实时获取采集的BIM数据，并同步显示在HoloLens的MR场景中去；
步骤四：基于HoloLens客户端BIM-MR功能进行施工，通过模型定位功能，将BIM模型与现实坐标系进行定位对应，实时查看1:1的BIM模型，进行现场实际施工作业；
步骤五：基于HoloLens客户端BIM-MR功能进行施工质量验收和运维，管理人员利用HoloLens可穿戴设备与现实结合观看钢筋、复杂节点、机电管线、装置装修的三维效果，并在后期运维时直接看到隐藏在内部的管线走向，以对工程全过程进行质量管控。
2.根据权利要求1所述的基于HoloLens的BIM+MR的施工管理方法，其特征在于，HoloLens客户端BIM-MR功能的模型定位功能是通过预制在模型中的二维码标记实现的，首先确定BIM模型中二维码模型位置，然后对BIM模型中二维码模型进行统一编码并构建二维码模型，在现实施工中安装二维码，实现BIM模型中的虚拟建筑构件与现场实体空间建筑构件的虚拟现实空间坐标定位，并实现定位后的漫游交互式功能。
3.根据权利要求2所述的基于HoloLens的BIM+MR的施工管理方法，其特征在于，设置多个HoloLens端模型定位二维码，定位时通过HoloLens拍照扫描识别进行坐标定位，用户每走一段距离，就重新定位一次，以实现模型位置的校正。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的基于HoloLens的BIM+MR的施工管理方法，其特征在于， HoloLens客户端BIM-MR功能包括质量问题识别及标记功能、BIM信息数据的可视化显示功能、以及距离测量功能；质量问题识别及标记功能是通过用户肉眼观察和手动点击标记实现的，用户不用输入问题，只需要从下拉菜单中选择质量问题的类别，同时保存当前视点的MR场景截图，即可完成标记；BIM信息数据的可视化显示功能是通过手势选中构件，即可弹出标准信息框，显示BIM构件属性信息；距离测量功能是通过手势选择点的方式，先点击测量UI，光标出现后点击一个点，向其他方向进行延伸，并点击，即可出现距离数值，实现空间距离的测量，管理人员通过测得的数据与模型数据进行比对，实现对质量问题的精确考察。
5.根据权利要求4所述的基于HoloLens的BIM+MR的施工管理方法，其特征在于，HoloLens客户端BIM-MR功能还包括语音操作功能、模型和图纸图层可见性控制功能；语音操作功能是通过使用语音在 HoloLens 上执行可以使用手势完成的多种操作，并且通过调用HoloLens的语音支持功能，实现通过英语的语音指令完成模型的放置、旋转、重置模型、切换场景和退出；模型和图纸图层可见性控制功能通过菜单选项，手动控制模型和图纸的显示样式，选择性地加载图纸和模型，在相应的轴向方向上调整图纸的显示位置，同时可以设置分专业、分楼层显示模型和图纸，实现打开和关闭显示。
6.根据权利要求4所述的基于HoloLens的BIM+MR的施工管理方法，其特征在于，HoloLens客户端BIM-MR功能还包括多机互联功能，在局域网下通过HoloLens的锚点同步，实现多机互联的协同体验。
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